1
PERANCANGAN SISTEM MONITORING DAN OPTIMASI BERBASIS LABVIEW PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA DAN ANGIN Irwan Fachrurrozi – 2206100084 Jurusan Teknik Elektro – FTI, Istitut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Keputih – Sukolilo, Surabaya - 60111 Abstrak - Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin merupakan pembangkit listrik energi terbarukan yang menawarkan potensi besar dalam kehidupan energi global untuk masa depan. Energi matahari maupun energi angin tersedia pada setiap tempat dan dapat diperoleh dengan mudah. Kelebihan lain yang dimiliki oleh pembangkit tersebut yaitu ramah lingkungan dan bebas polusi. Tujuan pembuatan tugas akhir ini adalah untuk melakukan perancangan sistem monitoring Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin sekaligus melakukan optimasi baterai dengan cara mengatur charge dan discharge baterai agar memiliki lifetime yang lama. Perancangan sistem monitoring dan optimasi dilakukan dengan menggunakan pemrograman grafis LabVIEW. Pengukuran dan proses pengambilan data menggunakan PCI 1710HG sebagai hardware yang dihubungkan dengan pembangkit dan juga dihubungkan dengan komputer untuk selanjutnya data yang didapatkan akan diolah menggunakan LabVIEW. Parameter-parameter yang diambil untuk sistem monitoring yaitu tegangan dan arus photovoltaic dan wind, tegangan dan arus beban serta tegangan dan arus baterai. Optimasi baterai dilakukan dengan mengontrol charge discharge baterai. Melalui perancangan sistem monitoring dan control tersebut maka sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin akan lebih terkoordinasi dan handal karena sistem berjalan secara otomatis. Kata kunci : Photovoltaic, Wind Turbin, Sistem Monitoring dan Optimasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin, LabVIEW
I. PENDAHULUAN Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin merupakan pembangkit listrik energi terbarukan yang menawarkan potensi besar dalam kehidupan energi global untuk masa depan. Energi matahari maupun energi angin tersedia pada setiap tempat dan dapat diperoleh dengan mudah. Tujuan yang ingin dicapai dari pembuatan tugas akhir ini adalah untuk melakukan monitoring Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin sekaligus melakukan optimasi baterai dengan cara mengatur charge dan discharge baterai agar memiliki lifetime yang lama. Batasan – batasan masalah dalam Tugas Akhir ini yaitu monitoring dan optimasi dilakukan dengan menggunakan pemrograman grafis yaitu LabVIEW, peralatan pembangkit yang digunakan
adalah photovoltaic 50 watt dan simulasi wind turbin dengan beban berupa tahanan variabel serta digunakan baterai 40 Ah, tidak digunakan inverter, parameter yang di-monitoring yaitu berupa arus dan tegangan serta optimasi yang dilakukan hanya pada baterai. BEBAN DC
PV
WIND TURBIN
BATERAI
Gambar 1. Diagram Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin II. PV, WIND TURBIN, BATERAI 2.1. Prinsip kerja sel surya Cahaya matahari mengandung energi dalam bentuk foton, dimana foton inilah yang dikonversi menjadi energi listrik. Ketika sinar matahari menerpa sel surya, sejumlah elektron dilepaskan dan berpindah ke elektroda negatif (n-layer). Pada saat yang sama lubang (hole) terbentuk dan berkumpul di elektroda positif (p-layer). Adanya elektron pada elektroda negatif dan hole pada elektroda positif maka akan terbentuk arus listrik dari kedua elektroda tersebut apabila dihubungkan ke beban. 2.2. Karakteristik Panel Photovoltaic Kapasitas daya dari sel atau modul surya dilambangkan dalam watt peak (Wp) dan diukur berdasarkan standar pengujian Internasional yaitu Standard Test Condition (STC). Standar ini mengacu pada intensitas radiasi sinar matahari sebesar 1000 W/m² yang tegak lurus sel surya pada suhu 25°C. Modul photovoltaic memiliki hubungan antara arus dan tegangan yang diwakili dalam kurva I-V. Pada saat tahanan variable bernilai tak terhingga (open circuit) maka arus bernilai minimum (nol) dan tegangan pada sel berada pada nilai maksimum, yang dikenal sebagai tegangan open circuit (Voc). Pada keadaan yang lain, ketika tahanan variable bernilai nol (short circuit) maka arus bernilai maksimum, yang dikenal sebagai arus short circuit (Isc). Jika tahanan variable memiliki nilai yang bervariasi antara nol dan tak terhingga maka arus (I) dan tegangan (V)
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elekto FTI - ITS
2
akan diperoleh nilai yang bervariasi seperti ditunjukkan pada gambar 2, dikenal sebagai kurva karakteristik I-V pada sel surya.
Gambar 2. Kurva karakteristik I-V sel surya pada STC Radiasi sinar matahari akan mempengaruhi arus yang dihasilkan oleh sel surya. Semakin tinggi radiasi matahari maka semakin tinggi pula arus yang dihasilkan.
Gambar 3 Pengaruh radiasi matahari pada kurva I-V
Gambar 4 Pengaruh radiasi matahari pada kurva P-V
Gambar 3 dan gambar 4 menunjukkan pengaruh radiasi matahari pada modul photovoltaic yang berisi 36 sel mono crystalline. Dari kedua gambar tersebut dapat dilihat bahwa semakin besar intensitas radiasi matahari (mendekati 1000 W/m²) maka daya yang dihasilkan oleh sel surya juga akan mendekati maksimal. Semakin kecil intensitas radiasi matahari maka daya yang dihasilkan oleh sel surya semakin kecil. 2.3. Wind Turbin Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill. Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari angin menjadi energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik. 2.4. Faktor kapasitas Faktor kapasitas adalah rasio energi yang dihasilkan dalam suatu periode tertentu. Sebagai contoh, generator dengan rating daya 1500 kW. Jika generator tersebut bekerja dengan maksimal 24 jam sehari selama 365 hari maka daya listrik yang dihasilkan generator yaitu (1500 kW) x (365 x 24 jam) = 13.140.000 kWh dalam satu tahun. Apabila dalam keadaan sebenarnya generator tersebut hanya menghasilkan 3.942.000 kWh dalam satu tahun maka factor kapasitas dari generator tersebut yaitu 13.140.000 / 3.942.000 = 30%. Pembangkit listrik tenaga angin mempunyai faktor kapasitas 20%-40%. 2.5. Baterai Baterai digunakan sebagai back-up pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin. Jenis baterai yang banyak digunakan untuk sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin yaitu baterai jenis timbal-asam (lead acid battery) dan nikel-kadmium. Pada tugas akhir ini digunakan baterai jenis timbal-asam (lead acid battery). Kapasitas baterai mengacu pada jumlah arus listrik yang dapat digunakan pada saat baterai terisi penuh sampai baterai habis. Kapasitas nominal baterai biasanya dilambangkan dalam satuan amperhours (Ah). Kapasitas baterai yang tersedia sangat tergantung pada kondisi tertentu. Jika baterai discharge pada suhu atau besarnya arus yang berbeda maka kapasitas yang efektif pada kondisi tersebut juga berbeda. Misalnya, baterai 60 Ah dengan arus discharge 3 A maka dapat disimpulkan bahwa baterai tersebut pada tingkatan C20. Tingkatan ini maksudnya yaitu baterai tersebut akan discharge sampai habis selama 20 jam.
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elekto FTI - ITS
3
2.6. Karakteristik Discharge Baterai Pada awal discharge, baterai sudah terisi penuh maka tegangan terminal baterai lebih tinggi dari tegangan nominalnya. Kemudian tegangan terminal berkurang dengan cepat dan terus perlahan berkurang selama baterai discharge. Penurunan tegangan ini terjadi karena hambatan internal baterai meningkat dan penurunan konsentrasi asam dalam elektrolit.
berat jenis dilakukan pada elektrolit untuk mengetahui konsentrasi asam dalam elektrolit. Oleh karena itu dapat digunakan untuk menunjukkan State of Charge (SOC) dari baterai. Tegangan open circuit (Voc) juga merupakan fungsi dari konsentrasi asam dalam elektrolit. Apabila digambarkan dalam suatu grafik maka tegangan open circuit (Voc) berbanding lurus dengan State of Charge (SOC) baterai. Perbandingan ini dapat dilihat pada gambar 7 berikut ini.
Gambar 5 Karakteristik discharge baterai Gambar 7 Hubungan antara Voc dan SOC Suhu mempengaruhi kapasitas baterai karena perubahan resistivitas dan viskositas elektrolit. Pada suhu rendah penurunan aktivitas kimia dan peningkatan resistansi internal baterai mengurangi kapasitas total baterai. Penurunan kapasitas baterai yang terjadi pada temperatur rendah juga dipengaruhi oleh arus discharge. Gambar 6 menunjukkan hubungan antara suhu sekitar dan kapasitas pada beberapa arus discharge. Dari gambar 6 dapat dilihat bahwa pada saat arus discharge rendah maka kapasitas total yang tersedia 100% pada suhu lebih dari 20⁰C. Kapasitas total turun pada suhu yang lebih rendah sampai elektrolit membeku di bawah sekitar 25⁰C.
2.8 Depth of Discharge (DOD) Depth of Discharge (DOD) memiliki pengaruh yang besar terhadap cycle dari baterai. Gambar 8 menunjukkan hubungan antara Depth of Discharge (DOD) dan jumlah cycle baterai. Berdasarkan gambar tersebut dapat dilihat bahwa untuk baterai dengan DOD 100% akan memiliki cycle kurang dari baterai dengan DOD 50%. Untuk baterai dengan DOD 100% maka hanya memiliki 1500 cycle sedangkan untuk baterai dengan DOD 50% mampu untuk bertahan hingga 3500 cycle. Jadi dapat disimpulkan bahwa semakin kecil DOD baterai atau semakin kecil kapasitas discharge baterai maka semakin lama cycle baterai. Untuk discharge baterai hingga DOD 100% maka akan memperpendek cycle dari baterai tersebut dan mengurangi kemampuan baterai untuk charge.
Gambar 6 Pengaruh suhu pada baterai 2.7. Tegangan Open Circuit (Voc) Baterai dengan kondisi tanpa beban maka tegangan open circuit (Voc) pada terminal baterai dapat diukur. Pada kondisi ini tidak ada voltage drop pada baterai karena tidak ada arus yang melalui baterai. Konsentrasi asam dalam baterai timbal-asam (SLA) berhubungan langsung State of Charge (SOC) dari baterai. Dalam suatu baterai basah pengukuran Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elekto FTI - ITS
Gambar 8 DOD vs Cycle
4
III. PERANCANGAN SISTEM MONITORING DAN OPTIMASI PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA DAN ANGIN Pada tugas akhir ini, photovoltaic yang digunakan yaitu photovoltaic model eS50236-PCM dengan kapasitas daya maksimum sebesar 50 Watt. Spesifikasi photovoltaic tersebut ditunjukkan dalam tabel berikut ini. Spesifikasi PV Keterangan Pmax 50 W Daya maksimum Isc 3.25 A Arus short circuit Imax 2.91 A Arus maksimum Voc 21.75 V Tegangan open circuit Vnominal 17.24 V Tegangan nominal Tabel 1 Spesifikasi photovoltaic model eS50236PCM Untuk wind turbin yang digunakan hanya sebagai simulasi dan baterai yang digunakan yaitu baterai Genesis Hawker dengan tegangan 12 volt dan kapasitas 40 Ah. Sedangkan beban yang digunakan berupa resistor variable dengan tahanan maksimal 16 ohm dan arus maksimal 3.7 A. 3.1 Rangkaian Utama Sistem Monitoring dan Optimasi Pembangkit Untuk mendapatkan sistem pembangkitan yang handal pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin maka sistem tersebut perlu dilakukan monitoring. Parameter-parameter yang diambil dari sistem monitoring tersebut yaitu berupa parameter tegangan dan arus yang keluar dari photovoltaic dan wind turbin, tegangan dan arus yang masuk menuju baterai maupun yang keluar dari baterai menuju beban, tegangan dan arus yang masuk menuju beban. Monitoring ini juga digunakan untuk membuat sistem kontrol secara otomatis pada pembangkit tersebut. Sistem kontrol yang dimaksud yaitu untuk mengontrol charge discharge baterai secara otomatis. Gambar rangkaian untuk sistem monitoring dan optimasi ditunjukkan pada gambar 9. A B C R
R
BEBAN DC
PV
WIND TURBIN
BATERAI
Gambar 9 Diagram Sistem Monitoring dan Optimasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin
untuk menyuplai beban. Baterai digunakan sebagai back-up ketika kedua sumber listrik yaitu photovoltaic dan wind turbin tidak dapat menyuplai beban. Pada gambar tersebut terdapat resistor R yang diletakkan antara titik A dan B serta diletakkan pada titik B dan C. Tujuan diletakkannya resistor tersebut juga untuk mengukur arus yang masuk ke beban, yang berasal dari photovoltaic dan wind turbin maupun yang berasal dari baterai, serta mengukur arus yang keluar dari photovoltaic. 3.2 Algoritma Monitoring dan Optimasi Pembangkit Pada tugas akhir ini software yang digunakan yaitu LabVIEW. Dengan mneggunakan software tersebut maka dapat dilakukan sistem monitoring dan kontrol untuk mengatur charge discharge baterai sehingga diperoleh masa pakai baterai yang optimal. Algoritma pemrograman grafis LabVIEW yang digunakan sebagai berikut. a. Mengukur tegangan photovoltaic dan wind melalui software LabVIEW. Berdasarkan tegangan yang diukur antara kedua sisi resistor maka dapat diperoleh nilai arus yang dihasilkan oleh photovoltaic dan wind turbin. b. Mengukur tegangan beban melalui software LabVIEW. Berdasarkan tegangan yang diukur antara kedua sisi resistor maka dapat diperoleh nilai arus yang dibutuhkan beban. c. Membandingkan antara arus yang dihasikan photovoltaic dan wind turbin dengan arus yang dibutuhkan beban. 1. Jika arus yang dihasilkan oleh photovoltaic dan wind lebih besar dari arus yang dibutuhkan beban maka kelebihan daya photovoltaic dan wind turbin yang tidak dipakai disimpan dalam baterai (charging baterai), saklar PV+wind serta saklar baterai ON. Pada saat baterai sudah terisi penuh maka saklar PV+wind OFF. Hal ini untuk menjaga agar beban tidak rusak karena mendapatkan daya yang berlebihan. Pada kondisi tersebut maka saklar baterai ON sehingga baterai yang akan menyuplai beban. 2. Jika arus yang dihasilkan photovoltaic dan wind lebih kecil dari arus yang dibutuhkan beban maka saklar baterai ON, baterai menyuplai beban. Pada saat kondisi baterai sudah mencapai DOD 80% maka saklar baterai OFF. d. Menampilkan kapasitas charging baterai (SOC) dan kapasitas discharge baterai (DOD). Gambar 10 menunjukkan flowchart sistem monitoring dan optimasi pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin.
Pada gambar 9 menjelaskan sistem monitoring dan optimasi yang akan digunakan dalam tugas akhir ini. Pada skema gambar tersebut dapat dilihat bahwa photovoltaic dan wind turbin digunakan Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elekto FTI - ITS
5 mulai
Ukur tegangan PV+wind
Ukur tegangan beban
Hitung arus keluaran PV+wind
Hitung arus yang dibutuhkan beban
I PV+wind > Ibeban
Gambar 11 Monitoring tegangan dan arus PV dan Wind Turbin
Saklar baterai dan saklar PV+wind ON
Saklar baterai dan saklar PV+wind ON
DOD > 30%
SOC > 100%
Saklar baterai OFF
Saklar PV+wind OFF
Gambar 12 Monitoring tegangan dan arus beban
Tampilkan tegangan PV+wind, tegangan beban, tegangan baterai, SOC dan DOD
stop
Gambar 10 Flowchart sistem monitoring dan optimasi pembangkit IV. HASIL SIMULASI DAN ANALISIS 4.1. Monitoring pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin Sistem monitoring pada Pembangkit Listrik Tenga Surya dan Angin bertujuan untuk mendapatkan parameter-parameter meliputi tegangan photovoltaic dan wind turbin, tegangan baterai dan tegangan beban. Berdasarkan parameter yang didapatkan maka dapat diperoleh nilai arus yang dihasilkan oleh photovoltaic dan wind turbin, nilai arus yang dibutuhkan beban serta nilai arus charge discharge baterai. Hasil monitoring berbasis pemrograman LabVIEW akan dibandingkan nilainya dengan menggunakan Multimeter Digital GDM-394. Hal ini dilakukan untuk mengetahui tingkat ketelitian dari monitoring yang dilakukan.
Gambar 13 Monitoring tegangan baterai Pada saat kapasitas daya photovoltaic dan wind turbin melebihi kebutuhan daya beban maka kelebihan daya tersebut disimpan dalam baterai yang digunakan sebagai back-up. Hasil simulasi berdasarkan kondisi tersebut ditunjukkan pada gambar 14, gambar 15 serta gambar 16.
4.2 Monitoring saat Baterai Charge Discharge Pada saat kebutuhan daya beban tidak dapat disuplai oleh photovoltaic dan wind turbin maka baterai yang digunakan sebagai back-up akan membantu menyuplai kebutuhan beban (discharge). Hasil simulasi berdasarkan kondisi tersebut ditunjukkan pada gambar 11, gambar 12 dan gambar 13.
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elekto FTI - ITS
Gambar 14 Monitoring tegangan dan arus PV dan Wind Turbin
6
multimeter, akan tetapi perbedaan tersebut kecil.
Gambar 15 Monitoring tegangan dan arus beban
Gambar 16 Monitoring tegangan baterai Berdasarkan sistem monitoring pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin menggunakan pemrograman grafis LabVIEW maka dapat dibandingkan tingkat ketelitian pengukuran terhadap multimeter digital GDM-394 sebagai berikut.
Baterai Discharge Parameter Tegangan PV+wind Arus PV+wind Tegangan beban Arus beban Tegangan baterai Baterai Charge Parameter Tegangan PV+wind Arus PV+wind Tegangan beban Arus beban Tegangan baterai
Pengukuran Meter 12.23
Hasil Penunjukan 12.14
Error (%) 0.73
0.30 11.81 0.6 12.78
0.28 11.67 0.57 12.62
6.67 1.1 5 1.2
Pengukuran Meter 11.95
Hasil Penunjukan 11.83
Error (%) 1
3.2 11.54 0.58 12.71
3.1 11.44 0.55 12.59
3.1 0.8 5.1 0.9
4.3. Optimasi pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin Optimasi pada pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin dilakukan dengan mengatur charge discharge baterai. Umur baterai bergantung pada kapasitas Depth of Discharge (DOD) baterai. Semakin kecil kapasistas DOD dari baterai maka semakin lama cycle baterai. Pada Tugas Akhir ini akan dilakukan perancangan optimasi baterai pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin dengan mengatur charge discharge baterai. Pada saat charging, baterai telah mencapai SOC 100%) maka secara otomatis baterai akan terputus dari sistem (baterai OFF) sedangkan pada saat baterai mencapai kapasitas DOD yang diinginkan (misal DOD 30%) maka secara otomatis baterai akan terputus dari sistem (baterai OFF). Optimasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin pada tugas akhir ini menggunakan pemrograman grafis LabVIEW. Optimasi dilakukan dengan mengatur charge discharge baterai. Pada saat kondisi baterai charging, kapasitas state of charge (SOC) dapat diukur dengan melihat tegangan baterai saat open circuit (Voc). Untuk menentukan nilai tegangan open circuit pada tugas akhir ini dilakukan langkahlangkah sebagai berikut. a. Baterai di-charge sampai SOC 100%. Kondisi SOC 100% didapatkan pada saat indikator arus pada alat charging baterai menunjukkan angka nol. Setelah beberapa jam tegangan baterai diukur. Berdasarkan pengukuran menggunakan multimeter digital GDM-394 didapatkan nilai tegangan open circuit (Voc) 13 volt. b. Setelah baterai penuh (SOC 100%), langkah selanjutnya yaitu baterai di-discharge. Beban yang digunakan berupa tahanan variabel dengan nilai resistansi 11.1 Ω. Tegangan baterai dalam keadaan berbeban pada saat discharge diukur dan didapatkan nilai tegangan 12.81 V. Sedangkan tegangan pada resistor 11.1 Ω diukur dan dari hasil pengukuran tersebut dapat dihitung nilai arus yang melewati resistor tersebut didapatkan nilai arus 1.08 A. R=11.1Ω
Tabel 1 Perbandingan hasil penunjukan LabVIEW dengan pengukuran multimeter digital GDM-394
Beban
I
Vs +-
Tabel 1 menunjukkan hasil pengukuran menggunakan pemrograman grafis LabVIEW dibandingkan dengan hasil pengukuran menggunakan multimeter digital GDM-394. Hasil pengukuran berbasis LabVIEW mempunyai perbedaan nilai jika dibandingkan dengan hasil pengukuran menggunakan Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elekto FTI - ITS
R
Gambar 17 Ilustrasi rangkaian baterai
7
Berdasarkan data-data tersebut dapat dihitung nilai tahanan dalam baterai. Ilustrasi rangkaian baterai ditunjukkan pada gambar 17. Pada baterai terdapat sumber tegangan dan tahanan dalam baterai. Sumber tegangan inilah yang diukur pada keadaan baterai tidak berbeban yang merupakan nilai tegangan open circuit. Berdasarkan rangkaian pada gambar 17 untuk menghitung tahanan dalam baterai (R) dapat menggunakan persamaan 1. (1) Vs = VL + (I x R) Persamaan 1 merupakan persamaan yang digunakan pada kondisi baterai discharge sedangkan pada kondisi baterai charge dapat digunakan persamaan 2. (2) Vs = VL - (I x R) Nilai tahanan dalam ( R ) pada baterai ini bernilai konstan sehingga pada saat charge maupun discharge dapat dihitung tegangan open circuit (Voc) dengan mengetahui arus dan tegangan baterai saat berbeban. Persamaan 1 dan persamaan 2 yang akan dimasukkan dalam algoritma pemrograman berbasis LabVIEW. Berdasarkan persamaan 1 maka didapatkan nilai R = 0.175Ω Pada simulasi tugas akhir ini akan ditampilkan juga kondisi baterai dalam keadaan charge atau discharge beserta SOC dan DOD. Dengan ditampilkannya SOC dan DOD maka charge discharge baterai dapat dikontrol melalui pemrograman grafis LabVIEW. Untuk menampilkan prosentase SOC dan DOD maka algoritma yang digunakan sebagai berikut. a. Setelah 10 jam baterai discharge, beberapa saat kemudian diukur tegangan open circuit baterai. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa nilai tegangan open circuit baterai 12.66 V. Berdasarkan persamaan 3 dan persamaan 4 maka dapat dihitung kapasitas discharge baterai dan state of charge (SOC) baterai. (3)
perhitungan persamaan 5 yaitu 0.0126. Persamaan garis lurus didapatkan dengan memasukkan nilai gradient pada persamaan 6. (6) Y – Y1 = m (X – X1) Persamaan garis lurus yang didapatkan dengan memasukkan nilai gradient dan titik yang akan diambil sampel adalah sebagai berikut. Y – 0.0126X = 11.74 (7) Y merupakan tegangan open circuit baterai (Voc) sedangkan X merupakan State of Charge (SOC) baterai. Persamaan ini yang akan dimasukkan dalam algoritma optimasi baterai menggunakan pemrograman grafis LabVIEW. Pada algoritma optimasi ini batas SOC yang diijinkan 100%, oleh karena itu ketika kondisi baterai charge dengan SOC 100% maka saklar baterai OFF dan baterai tidak charging lagi. Pada kondisi baterai discharge, saklar baterai OFF bergantung pada DOD yang diinginkan, misal DOD 80%. Untuk batas DOD yang diinginkan bergantung pada kebutuhan. Gambar 18 merupakan hubungan antara DOD dengan cycle baterai. Semakin kecil tingkat DOD yang digunakan maka semakin lama cycle baterai.
Gambar 18 Hubungan DOD dengan cycle baterai Berdasarkan gambar 18 maka dapat direncanakan umur baterai dengan menentukan batas DOD baterai. Asumsi yang digunakan yaitu setiap hari berlangsung 1 cycle.
(4)
b.
Dari hasil perhitungan didapatkan nilai kapasitas baterai yang telah di-discharge(Cu) yaitu 10.8 Ah. SOC baterai pada kondisi tegangan 12.66 volt yaitu 73%. Untuk mendapatkan grafik hubungan antara Voc dengan SOC maka perlu diambil dua titik sampel yaitu tegangan baterai pada kondisi SOC 100% dengan kondisi SOC 73%. Dari dua titik tersebut dapat dihitung gradient berdasarkan persamaan 5. (5) m= (Y2 – Y1) / (X2 – X1) Nilai gradient yang didapatkan berdasarkan
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elekto FTI - ITS
Gambar 19 Hubungan DOD dengan umur baterai
8
4.4 Hasil Simulasi Optimasi pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin Berikut ini hasil simulasi optimasi baterai dengan menggunakan pemrograman grafis LabVIEW. Hasil simulasi tersebut menampilkan state of charge (SOC) baterai pada kondisi baterai charge maupun depth of discharge (DOD) pada kondisi baterai discharge.
[4]
[5]
[6]
[7]
of a monitoring system for a PV solar plant”, Colombia, 2006. Picciano, Nick, “Battery aging and characterization of nickel metal hydride and lead acid batteries”, The Ohio State University, 2007. Datta, Abhik, “Design of lead acid battery charger system”, Department of Electronics and Communcation Engineering, National Institute of Technology, Rourkela, 2009. Suozzo, Christopher, “Lead acid battery aging and state of health diagnosis”, The Ohio State University, 2008. Sinclair, Paul Grant, “An adaptive battery monitoring system for an electric vehicle”, University of Canterbury Christchruch, New Zealand, 1998
RIWAYAT HIDUP PENULIS Gambar 20 Hasil simulasi pada kondisi baterai discharge
Gambar 21 Hasil simulasi pada kondisi baterai charge
V. KESIMPULAN Dari simulasi dan analisis yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Perancangan sistem monitoring dapat digunakan dalam aplikasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin karena hasil penunjukan LabVIEW dengan hasil pengukuran menggunakan multimeter digital memiliki selisih yang kecil yaitu maksimal 6.67%. 2. Perancangan optimasi dalam aplikasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Angin dapat dilakukan dengan mengatur saklar charge discharge baterai. Pada saat baterai mencapai SOC 100% maka saklar PV+wind akan dilepas sedangkan pada saat mencapai harga DOD tertentu maka saklar baterai akan dilepas. 3. Perencanaan umur suatu baterai dapat dilakukan dengan menentukan DOD baterai.
Penulis lahir di kota Lumajang pada tanggal 12 Maret 1988 dengan nama Irwan Fachrurrozi. Pada tahun 2006, penulis mendaftarkan diri menjadi mahasiswa Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya dan diterima melalui jalur SNMPTN. Selama kuliah penulis mengambil bidang studi Teknik Sistem Tenaga dan aktif menjadi asisten praktikum Pengkuran Listrik di Laboratorium Instrumentasi Pengukuran Listrik dan Identifikasi Sistem Tenaga (LIPIST). Penulis aktif mengikuti berbagai pelatihan dan kepanitiaan di almamater maupun di luar institut. Selama kuliah penulis mengambil bidang studi Teknik Sistem Tenaga dan aktif menjadi asisten di Laboratorium Instrumentasi Pengukuran Listrik dan Identifikasi Sistem Tenaga (LIPIST).
DAFTAR PUSTAKA [1]
Messenger, Roger A, “Photovoltaic systems engineering second edition”, crcpress, 2003. [2] Rashid, M.H, “Power electronics handbook”, Academic Press. [3] N.Forero, J.Hernandez, G.Gordillo, “Development Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elekto FTI - ITS
