PERANCANGAN STAND ALONE PV SYSTEM DENGAN MAXIMUM POWER POINT TRACKER (MPPT) MENGGUNAKAN METODE MODIFIED HILL CLIMBING Farhan Aprian Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Keputih-Sukolilo, Surabaya-60111
[email protected] ABSTRAK – Stand Alone PV System adalah sebuah pembangkit listrik tenaga surya untuk daerah terisolir. Rasio elektrifikasi di Indonesia masih tergolong rendah. Hal ini merupakan solusi yang tepat dalam mengatasi masalah krisis energi listrik. Pada umumnya daya yang dibangkitkan oleh panel surya (PV) belum maksimal untuk kondisi beban tertentu. Oleh karena hal itu dibutuhkan teknik Maximum Power Point Tracker (MPPT) dalam sistem panel surya untuk memaksimalkan daya keluaran yang besarnya tergantung pada intensitas cahaya dan suhu di sekitar panel. Panel surya bekerja maksimal pada siang hari. Jadi panel surya juga dimanfaatkan untuk mengisi battery yang berperan penting sebagai sumber backup pada malam hari. Dalam penelitian ini dilakukan studi pv sizing capacity dalam melayani beban area yang belum terdistribusi listrik dan bagaimana cara memaksimalkan daya output PV dengan melacak titik daya maksimal sel surya. Untuk menjaga daya keluaran tetap dalam keadaan konstan, digunakan metode Modified Hill Climbing (MHC) yang disimulasi dahulu menggunakan software PSIM. Tujuan implementasi metode MHC dalam teknik MPPT diharap dapat memaksimalkan kerja sel surya menjadi lebih efisien dan efektif pada Stand Alone PV system.
panel surya dan memanfaatkan kemampuan kapasitas puncak dari karakteristik panel, diharapkan efisiensi daya keluaran ke beban dapat maksimum.
I. PENDAHULUAN Pembangkit listrik tenaga surya merupakan salah satu pembangkit tenaga listrik alternatif yang banyak dikembangkan, panel surya (solar phovovoltaic) sebagai jenis pembangkit listrik terbaharukan di masa depan akan semakin memiliki peranan penting sebagai pengganti energi fosil atau energi tak terbaharukan. Dalam aplikasinya secara konvensional panel surya memiliki banyak kekurangan terutama pada sisi efisensi keluaran yang terbilang rendah, hal tersebut dikarenakan perbedaan karakteristik antara panel surya dengan beban. Selain itu ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya listrik yang dihasilkan oleh panel surya, seperti besarnya tingkat intensitas cahaya dan suhu kerja dari panel surya. oleh karena itu diperlukan sebuah teknologi yang dapat memaksimalkan daya keluaran dari panel surya tersebut [1]. Maximum power point tacker (MPPT) adalah suatu metode untuk mencari point (titik) maksimum dari kurva karakteristik daya dan tegangan input (P-V) pada aplikasi panel surya. Sistem Maximum Power Point Tracker (MPPT) dengan bantuan konverter dc-dc digunakan untuk mengatur besarnya tegangan keluaran pada panel surya, agar dapat memaksa panel surya memperoleh daya maksimum pada berbagai tingkat intensitas cahaya. Dengan menganalisa masukkan sumber hasil konversi
dimana Io merupakan arus keluaran panel surya; np banyaknya sel yang terhubung parallel; ns banyaknya sel terhubung seri; k konstanta Boltzmann; q kecepatan perpindahan electron; T suhu permukaan panel; dan A konstanta deviasi karakteristik sel p-n junction. Irs merupakan arus balik saturasi pada sel yang berubah mengikuti temperatur dengan persamaan di bawah ini, 3 ⎛ qE ⎡ 1 1 ⎤ ⎞ ⎡T ⎤ (2) [2] I rs = I rr ⎢ ⎥ exp⎜⎜ G ⎢ − ⎥ ⎟⎟ T ⎣ r⎦ ⎝ kA ⎣Tr T ⎦ ⎠ dimana q adalah konstanta pengisian muatan elektron; Tr adalah referensi temperatur cell; Irr merupakan arus balik saturasi pada kondisi Tr ; dan EG merupakan lebar sela energi dari semikonduktor yang digunakan pada sel. Photo current (Iph) tergantung pada radiasi cahaya dan suhu sell yang ditunjukkan pada persamaan dibawah ini, s (3) [2] I ph = [I scr + k i (T − Tr )] 1000 dimana Isc adalah arus sel short-circuit (A); ki adalah koefisien suhu short-circuit current ; S adalah tingkat illuminasi cahaya matahari (Watt/m2). Ketika sel dalam kondisi short circuit, arus maksimum atau arus short circuit (ISC) dihasilkan, sedangkan pada kondisi open circuit tidak ada arus yang dapat mengalir sehingga tegangannya maksimum, disebut tegangan open circuit. (VOC). Titik pada kurva
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS, Juni 2010
II.
PERMODELAN PANEL SURYA Dalam permodelan panel surya ini telah dianalisa semua parameter-parameter yang mempengaruhi dalam operasi/kerja panel. Panel surya dapat dimodelkan secara matematis dengan melihat rangkaian pengganti seperti pada gambar di bawah ini,
Gambar 1 Rangkaian Ekivalen Panel Surya [2]. Model matematika dari panel surya merupakan arus short circuit (Isc) panel surya dimana dipengaruhi oleh fungsi illuminasi matahari (S) dan tegangan open circuit (Voc) dengan persamaan di bawah ini, ⎡ ⎛ qV0 I 0 = n p I ph − n p I rs ⎢exp⎜⎜ ⎣⎢ ⎝ kTAnS
⎞ ⎤ ⎟⎟ − 1⎥ ⎠ ⎦⎥
(1) [2]
1
I-V yang menghhasilkan arus dan tegangan n maksimum m power poiint (MPP). Karaktersitik K diseebut maximum pentting lainnya dari sel suryya yaitu fill factor (FF), dengan persamaan n, Vmpp x I mppp (44) [3] FF F = Voc x I sc dengan menggun nakan fill factor f maka maksimum d persamaan n, daya dari sel suurya didapat dari (55) [3] Pmax = Voc x I sc x FF sehiingga efisiensi sel surya yang y didefinisiikan sebagai daya yang dihasilkan dari sel (Pmax) dibagi dengan daya d (P cahaya),, darii cahaya yang datang Pmax (66) η pv = Pcahaya Nilai effisiensi ini yang menjadi tolak ukur glob bal dalam men nentukan kuallitas performannsi suatu sel sury ya. Dalam perancangan simulasi paanel surya, dibu utuhkan beberaapa parameter untuk mendappatkan kurva karaakteristik yang g sesuai denggan datasheet panel yang disimulasikan. Daalam tugas akkhir ini digunnakan panel sury ya New Tomoorrow TYPE 50 Watt-Peakk. Beberapa paraameter panel suurya New Tomorrow TYPE 50 5 Watt-Peak dituunjukkan pada tabel t 1.
Siimulasi pemoddelan panel surya ditunjukkkan pada gambarr 3 dan perbanndingan pemodelan dengan datasheet panel surya New Tomorrow TYPE 50 W Watt-Peak ditunjuukkan pada tabeel 2. OWER POINT T TRACKER R (MPPT) III. MAXIMUM PO Maaximum Powerr Point Trackeer (MPPT) adaalah suatu sistem untuk menccari point (ttitik) maksim mum dari tegangaan dan arus keeluaran pada penggunaan pannel surya. Cara kerja k sistem M MPPT adalah dengan d menguubah titik operasii/kerja pada kuurva karakteristtik P-V dari paanel surya sehingg ga sistem konnverter dc-dc dapat memakksa panel surya untuk membbangkitkan daaya maksimum m sesuai n kemampuan panel surya pada setiap perubahan p dengan tingkatt intensitas cahaya. Sisstem Maximuum Power Point P Tracker (MPPT) sepenu uhnya adalah sebuah rangkkaian devais elektronik e yang dapat d mengubaah-ubah titik opperasi dari pannel surya. Salah satu metode mudah m yang dapat diterapkkan pada m nurunkan sistem MPPT adalaah dengan menaikkan/men teganggan sampai dditemukannya titik daya maksimal m panel. Mengingat peerubahan levell illuminasi suun power berubaah-ubah setiapp waktu, diharaap sistem MPPT dapat bekerjaa dinamis dalaam mencari tittik daya maksiimum. Max imum power point (mpp) 2
Nilai
Maximum M Power (P Pmax)
50 Watt
Sh hort Circuit Curreent (Isc)
3,2 Amperee
Maximum M Power Current C (Imax)
3 Ampere
Open O Circuit Voltag ge (Voc)
21,6 Volt
Nominal N Voltage (V Vmax)
17,2 Volt
Daya (Watt)
Tabel 1 Param meter panel suryaa New Tomorrow w 50WP
Parameter P
10
75
0
W
/m
2
5
/m W 00 2
W/m 250
Tegangan (V)
Seeries Connection (ns) (
36 cell 0.75
Dimensi D panel suryya
640mm×68 80mm×38mm
Gaambar 3 Peranccangan simulasi panel surya New w Tomorrow TYPE 50 Watt-Peak
Sisstem MPPT ddiimplementasikan ke dalaam suatu alat elektronik. Hassil keluaran alat elektronikk tersebut berupaa duty ratio (D D) yang selanjuutnya digunakkan untuk switching transistor pada konverrter DC-DC. Sehingga S n mengatur nillai D diharap dapat d menemuukan titik dengan daya maksimum m dari panel surya. IV. PE ERANCANGA AN DAN SIMULASI MPPT MENGGUNAK KAN KONVER RTER BUCK K BOOST MENGGUNAK KAN METOD DE MODIFIE ED HILL CL LIMBING Seecara umum desain sistem m panel surrya yang terhubuung dengan sistem MPPT ke beban dittunjukkan blok diiagram dibawahh ini. Pulse MPPT Controller
Tab bel 2 Perbanding gan data panel
Vsen
P Parameter
Dataa sheeet
Hasil simulasii
Error
M Maximum Power (Pmax) (
50 Waatt
50 Watt
0%
S Short Circuit Currrent (Isc)
3,2 A
3,2 A
0%
3A
2,94 A
1,03 %
21,6 V
21,04 V
1,02 %
17,2 V
16,99 V
1,01 %
N Nominal Voltage (Vmax) (
2
Gam mbar 2 Kurva Paanel Surya P-V Dengan D Level Iluuminasi Cahayaa Yang Berbeda--Beda [4].
Fill F Factor (FF)
Maximum Power Current M C ( (Imax) O Open Circuit Voltaage ( (Voc)
/m W
00
PV
Is sen Konv verter Buck-Boost
L
C
G Gambar 3 Blok Diagram Konfig gurasi Sistem MPPT M
LOAD
A
Pemodelan Konverter Buck Boost Konverter DC-DC buck-boost merupakan jenis konverter yang dapat menghasilkan magnitudo tegangan output DC lebih besar atau lebih kecil dari tegangan input DC. Konverter jenis ini bekerja dengan cara mengatur waktu switching transisitor yang dilakukan dengan frekuensi yang konstan. Agar sistem konverter dapat bekerja secara maksimum pada setiap level illuminasi sun power, tegangan masukan dari konverter harus dinaikkan atau diturunkan untuk mendapatkan nilai daya maksimal.. Dalam hubungannya terhadap panel surya, konverter seolah-olah berfungsi sebagai regulator tegangan yang dapat bekerja otomatis jika terjadi perubahan level illuminasi sun power. Sehingga dengan mengatur tegangan input konverter otomatis juga dapat mengatur daya output konverter. Oleh karena hal itu sistem konverter berfungsi sebagai pengatur daya yang dihasilkan oleh panel surya menjadi maksimum. Untuk hubungan antara Vout, Vin dan D pada konverter buck-boost seperti ditunjukkan pada persamaan (7).
Vout D = Vin 1 − D
(7) [5]
Untuk pemilihan nilai parameter konverter bekerja dalam keadaan CCM lebih besar dari Cmin, sedangkan bila keadaan DCM maka desain C lebih kecil terlihat pada persamaan (12),
C min =
daya terhadap waktu berdasarkan karekteristik kurva P-V panel, sehingga penggunaan panel surya dapat efektif.. Dalam perkembangannya metode hill climbing mengalami perubahan sedikit dalam mencari titik daya maksimum yaitu dibedakan menjadi metode Classic Hill Climbing (CHC) dan metode Modified Hill Climbing (MHC). 1. Metode Classic Hill Climbing (CHC). Pada pengoperasian metode ini dibutuhkan dua parameter inti yaitu tegangan input V(k) dan arus input I(k) dari penel surya. Daya panel P(k) dapat diketahui dengan mengalikan dua parameter tersebut. Inti tracking dari metode ini adalah menghitung kemiringan (slope) dari respon kurva P-V, seperti dijelaskan pada gambar 4.
kapasitor pada maka desain C bekerja dalam dari Cmin seperti
D x Vout V ripple x R L x f
(8) [5]
Gambar 4 Karakteristik Kurva P-V Panel Surya [6]
Untuk mendapatkan nilai slope pada kurva P-V yaitu dengan membandingkan nilai daya sekarang P(k) dengan daya sebelum P(k-1), (10) [6] P (k ) = V (k ) x I (k ) P(k ) (11) [6] S ( slope ) = P ( k − 1) nilai S dibutuhkan untuk menentukan besar/kecilnya nilai D yang digunakan sebagai switching transistor. Seperti dijelaskan pada flowchart dibawah.
dimana Vripple adalah toleransi ripple tegangan output dan f merupakan frekuensi untuk duty cycle. Begitu pula dalam pemilihan nilai parameter induktor pada konverter bekerja dalam keadaan CCM maka desain L lebih besar dari Lb sedangkan bila bekerja dalam keadaan DCM maka desain L lebih kecil dari Lb seperti terlihat pada persamaan (9).
Lb =
(1 − D )2
RL
(9) [5]
2x f
Pada tugas akhir ini digunakan konverter dc-dc buckboost yang dioperasikan dalam CCM (Continous Conduction Mode). Sehingga dengan menggunakan persamaan-persamaan di atas dapat didesain sebuah konverter dc-dc buck boost dengan dipilih nilai parameter yang umum dijumpai di pasaran yang terlihat pada tabel 3. Tabel 3 Parameter Konverter DC-DC Buck Boost Induktor/Kapasitor
Keterangan
L (Induktor)
680µH
C (Kapasitor)
1000 µF
B
Metode Hill Climbing. Metode hill climbing adalah salah satu metode tracking daya maksimum pada panel yang mudah dioperasikan. Karena metode ini bekerja setiap perubahan Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS, Juni 2010
Gambar 5 Flowchart Metode Classic Hill Climbing [4]
2.
Metode Modified Hill Climbing (MHC). Pada dasarnya metode MHC ini adalah penyempurnaan dari metode sebelumnya yaitu dalam mempercepat proses tracking titik daya maksimum. Perbedaan dengan metode sebelumnya terletak pada perhitungan S (slope) dan sedikit penambahan perhitungan perubahan step tegangan setiap perubahan daya. Sehingga dengan diperhitungkannnya perubahan step tegangan 3
dihaarap dapat mempercepat m respon pen ncarian titik mak ksimum daya. Seperti terlihhat jelas prossesnya pada flow wchart dibawahh.
C
Sim mulasi Panel Surya Mengg gunakan Sistem m MPPT Deengan Metodee Modified Hilll Climbing
STA ART
Sampel V(k), V I(k) P(k) = V(k) × I(k) ∆V(k) = V(kk) - V(k-1) ∆P(k) = P(kk) - P(k-1) Perhitunga an Slope S = ∆P(k)) / ∆V(k)
Gam mbar 7 Diagram m Simulasi Sistem m MPPT Menggunakan Konverter Buck-Boostt Dengan Metodee Modified Hill Climbing
Perhitu ungan Perubahan Tegangan 3 Vref = (∆P(kk) / ∆V(k))
Nilai Tegan ngan Baru V(k)baru = V(kk)lama + Vref D(k) = D(k) + Dstep × S PW WM Control
Gambar G 6 Flow wchart Metode Modified M Hill Cliimbing [6]
d jugga parameter Dalam meetode MHC diperlukan untu uk menghitungg nilai slope yaitu y parameteer perubahan step p daya terhad dap waktu (dP P(k)) dan peruubahan step tegaangan terhadap p waktu (dV(k))).
∆P ( k ) = P ( k ) − P ( k − 1) ∆V V ( k ) = V ( k ) − V ( k − 1)
(112) (113)
Dalam perrhitungan slope pada metodde ini sedikit berb beda dengan metode m sebelum mnya. Nilai slope didapat darii perbandingan n perubahan step s daya terh hadap waktu dengan perubahan n tegangan tegaangan terhadapp waktu.
S (sslope ) =
∆P ( k ) ∆V ( k )
(114) [6]
Untuk mem mpercepat perrubahan responn duty ratio dibu utuhkan juga perbaikan p variaabel step tegangan. Dengan men nggunakan peersamaan (15)) dan (16) variable v step tegaangan dapat berubah b secarra cepat sehin ngga respon peru ubahan duty ratio r yang diggunakan sebaagai tracking untu uk menemukan n titik MPP.
Gam mbar 8 Hasil Sim mulasi Perbandin ngan Kurva Dayaa Output Sistem m MPPT Mengggunakan Metodee Modified Hill climbing c dengan M Metode Classic Hill H Climbing
Gambar 7 m merupakan diaagram simulassi sistem MPPT menggunakann konverter bucck-boost dengaan metode s modifieed hill climbinng menggunakkan program simulator. Sedanggkan gambar 8 adalah hasil h running simulasi perbandingan antara sistem MPPT T menggunakaan kedua metodee. Dari perbanddingan antara 2 metode terseebut dapat metode diambiil kesimpulann dengan menggunakan m modifieed hill climbiing proses traacking titik MPP M lebih effisien n dibanding menggunakann metode claassic hill climbinng. Untuk kurrva warna “hijau” adalah kuurva daya output sistem tanpa MPPT. M Dalam hasil simulasi plot daya vel illuminasi sun power disajikaan jika terjadi perubahan lev berubahh dari 1000 W W/m2 menjadi 400 4 W/m2 pada waktu t = 0.1 sekon s dan leveel illuminasi sun s power beruubah lagi dari 4000 W/m2 menjjadi 1000 W/m m2 pada waktuu t = 0.3 sekon. Sehingga ddapat disimpuulkan perubahhan level illumin nasi sun pow wer mempengaaruhi perubahhan daya output dari sistem MP PPT
3
⎡ ∆P ( k ) ⎤ Vref ef = ⎢ ⎥ ⎣ ∆V ( k ) ⎦ V ( k )baru = V ( k )lama + Vref
(115) [6] (116) [6]
Bila nilai sinyal (slope)) bertanda poositif, berarti tegaangan naik unntuk mendapattkan nilai mppp yang baru. Sebaliknya, jika nilai sinyal (slope) bertan nda negatif, beraarti tegangan panel p surya akkan turun. Jikaa nilai slope naik k maka nilai D (duty cycle) ditambahkan d un ntuk mencari titik k mpp dan sebaliknya jika niilai slope turun n maka nilai D dikurangi d untukk mencapai titikk mpp.
Gam mbar 9 Effisiensii vs Illuminasi Suun Power saat B Beban 15 Watt
Gambar 9 merupakan kurva effisiensi vs level illuminasi sun power pada hasil simulasi perbandingan pada saat beban 15 watt menggunakan metode modified dan classic hill climbing. Setelah melihat data hasil simulasi dapat disimpulkan sistem MPPT menggunakan metode modified hill climbing kerjanya lebih baik dibanding menggunakan metode classic hill climbing. Setelah dianalisa sistem MPPT menggunakan metode modified hill climbing mempunyai effisiensi rata-rata sebesar 90% dari daya output maksimal panel surya. IV. PERENCANAAN STAND ALONE PV SYSTEM Dalam merancang sebuah Stand Alone PV system, kita harus terlebih dahulu mengetahui seberapa besar beban lokal area tersebut. Setelah mengetahui semua datadata tersebut baru kita dapat menentukan profil beban harian. Melalui profil beban harian tersebut kita dapat menentukan kapasitas sizing untuk mendesain size module PV, size inverter dan size battery yang dibutuhkan. Kapasitas size tersebut harus dipastikan dapat menyuplai beban saat kondisi puncak. Profil beban juga digunakan untuk menganalisa size battery mampu menyuplai beban lokal untuk beberapa hari ke depan.
Gambar 9 Blok Diagram Stand Alone PV System dengan MPPT menggunakan Metode Modified Hill Climbing
Dari hasil simulasi analisa daya yang terbangkit menggunakan sistem MPPT menggunakan metode modified hill climbing ini berhasil mengalirkan daya output panel surya dengan effisiensi hingga 90% dari daya output maksimal. A. Lokasi Pada tugas akhir ini dipilih lokasi pada daerah yang belum terdistribusi listrik secara merata. Dipilih lokasi bernama dusun Bancang yang terletak di desa Tahulu kecamatan Merakurak kota Tuban provinsi JATIM.
Gambar 10 Kondisi Eksisting Kelistrikan Pada Lokasi
Kondisi eksisting kelistrikan pada lokasi dapat diilustrasikan seperti pada gambar 10. Aliran listrik dimulai dari rumah no.1 dimana pada rumah tersebut sudah mempunyai MCB. Dari rumah no.1 listrik dialirkan melalui kabel ke rumah no.2 jaraknya lumayan jauh sekitar 1,5 km. Jarak rumah no.2, no.3, no.3, dan no.5 saling berdekatan sekitar 500 m sehingga menjadi tugas rumah no.2 untuk mendistribusikan listrik ke rumah no.3, no.4, dan no.5. Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS, Juni 2010
Tabel 4 Data Beban Tiap Model Rumah
Ruang Teras Tamu Kamar 1 Kamar 2 Kamar 3 Kamar Mandi TV 21”
Beban Rumah Ke – (Watt) 1 2 3 4 5 5 5 5 5 5 20 20 20 20 20 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 100 100
Tabel 5 Profil Beban Harian Model Rumah
Jam 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 24.00 TOTAL(Wh)
1 15 15 15 20 15 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 25 40 40 40 40 35 20 15 345
Beban Rumah Ke- (Watt) 2 3 4 5 20 15 20 15 20 15 20 15 20 15 20 15 20 15 25 15 10 20 20 20 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 100 100 0 0 100 100 0 0 100 100 0 0 100 100 25 25 125 125 45 40 145 125 45 40 145 135 45 40 145 135 45 40 145 135 40 35 145 135 20 15 140 115 20 15 20 15 390 340 1515 1400
Tabel 4 merupakan data beban yang ditanggung pada tiap model rumah pada lokasi. Dengan menggunakan data tabel 4 kita dapat merancang profil beban harian yang ditanggung setiap model rumah pada lokasi seperti ditunjukkan pada tabel 5. B. Desain Battery Storage Setelah mengetahui profil beban harian kita dapat mendesain kapasitas battery storage. Sebelum mendesain kapasitas battery storage kita perlu mengetahui daily battery tiap model rumah. • Model Rumah Ke-1 - Jika dipilih tegangan battery yang dipakai = 12 volt 345 Wh / 12 Volt = 28,75 Ah - Jika diketahui effisiensi battery : 90 % - Jika diketahiu loss cable : 2 % - Maka daily battery : 28,75 / 0,9 / 0,98 = 32,59 Ah Jika langkah-langkah perhitungan di atas dilakukan untuk mencari daily battery untuk mencari tiap model rumah lainya maka didapat data penggunaan battery harian. 5
Tabel 6 Daily Storage Tiap Model Rumah
Model Rumah Rumah ke-1 Rumah ke-2 Rumah ke-3 Rumah ke-4 Rumah ke-5 Jika ditotal 5 beban rumah
Daily Battery 32,59 Ah 36,8 Ah 32,08 Ah 143,14 Ah 132,3 Ah 376,98 Ah
Gambar 10 Kurva karakteristik DOD battery YUASA
Dari tabel diatas dapat dilihat untuk model rumah ke-1, 2, dan 3 mempunyai kesamaan dalam penggunaan battery harian. Sedangkan model rumah ke-4 dan ke-5 juga mempunyai kesamaan. Jika diinginkan battery mampu bertahan dalam 3 hari kedepan maka: • Desain battery untuk model rumah ke-1, 2, dan 3 - 3 × 36,8 Ah = 110,4 ≅ 111 Ah - Maka dipilih kapasitas battery 12 V / 130 Ah - Sehingga % kapasitas terpakai perhari : (36,8 / 130) = 28,3% Diketahui dari kurva karakteristik battery YUASA type VRLA untuk penggunaan DOD 28,3% mampu diasumsikan sampai 1588 cycle penggunaan (1Cycle = 1× charge dan 1× discharge = 1 hari). Dengan perhitungan simpel dapat analisa lifetime battery storage, jika dalam 1 tahun ada 365 hari maka lifetime battery storage dapat diperkirakan sekitar 4,4 tahun penggunaan. Sehingga desain battery storage menggunakan konfigurasi battery paralel 2 x @ 12V / 65Ah • -
Desain battery untuk model rumah ke-4 dan ke-5 3 × 143,14 Ah = 429,42 ≅ 430 Ah Maka dipilih kapasitas battery 12 V / 500 Ah Sehingga % kapasitas terpakai perhari : (143,14 / 500) = 28,6% Diketahui dari kurva karakteristik battery YUASA type VRLA untuk penggunaan DOD 28,6% mampu diasumsikan sampai 1588 cycle penggunaan (1Cycle = 1× charge dan 1× discharge = 1 hari). Dengan perhitungan simpel dapat analisa lifetime battery storage, jika dalam 1 tahun ada 365 hari maka lifetime battery storage dapat diperkirakan sekitar 4,4 tahun penggunaan. Sehingga desain battery storage menggunakan konfigurasi battery paralel 5 x @ 12V / 100Ah
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS, Juni 2010
• -
Desain battery untuk total beban 5 model rumah 3 × 143,14 Ah = 1130,94 ≅ 1131 Ah Maka dipilih kapasitas battery 6 V / 1850 Ah Sehingga % kapasitas terpakai perhari : (376,98 / 1850) = 20,4% Diketahui dari kurva karakteristik battery YUASA type VRLA untuk penggunaan DOD 20,4% mampu diasumsikan sampai 1650 cycle penggunaan (1Cycle = 1× charge dan 1× discharge = 1 hari). Dengan perhitungan simpel dapat analisa lifetime battery storage, jika dalam 1 tahun ada 365 hari maka lifetime battery storage dapat diperkirakan sekitar 4,5 tahun penggunaan. Sehingga desain battery storage menggunakan konfigurasi battery seri 2 x @ 6V / 1850Ah
C. Desain Kapasitas Panel Surya Desain jumlah modul panel surya harus disesuaikan dengan kapasitas arus yang digunakan untuk mengisi battery storage. Sehingga dalam waktu sehari battery storage dapat terisi sesuai dengan kebutuhan untuk melayani beban. Perhitungan kapasitas panel surya sebagai berikut : • Desain kapasitas panel surya untuk model rumah ke1, 2, dan 3 - Dari analisa daily battery sebesar 36,8 Ah - Effisiensi pada Charge Control menggunakan metode Modified Hill Climbing sebesar 90 % (36,8 Ah / 0,9) = 40,89 Ah - Jika kemampuan PV full sun power di Indonesia diasumsikan sekitar 4 hour per hari maka (40,89 Ah / 4 h) = 10,22 Ampere - Jika dipilih panel surya TYPE 50 WP (50 Watt / 12 Volt) = 4,16 ≅ 4,2 Ampere - Sehingga untuk mencapai arus 10,22 Ampere dalam sehari maka dibutuhkan 10,22 A / 4,2 A = 2,4 ≅ 3 buah Jadi, desain kapasitas panel surya untuk model rumah ke-1, ke-2, dan ke-3 membutuhkan sekitar 3 x @ TYPE 50 WP dengan konfigurasi paralel. • Desain kapasitas battery storage untuk model rumah ke-4 dan model rumah ke-5 - Dari analisa daily battery sebesar = 143,14 Ah - Effisiensi pada Charge Control menggunakan metode Modified Hill Climbing sebesar 90 % (143,14 Ah / 0,9) = 159,05 Ah - Jika kemampuan PV full sun power di Indonesia diasumsikan sekitar 4 hour per hari maka (159,05 Ah / 4 h) = 39,79 ≅ 40 Ampere - Jika dipilih panel surya TYPE 100 WP (100 Watt / 12 Volt) = 8,3 Ampere - Sehingga untuk mencapai arus 40 Ampere dalam sehari maka dibutuhkan (40 A / 8,3 A) = 4,8 ≅ 5 buah Jadi, desain kapasitas panel surya untuk model rumah ke-4 dan model rumah ke-5 membutuhkan sekitar 5 x @ TYPE 100 WP dengan konfigurasi paralel.
6
• Jika diinginkan desain jumlah panel surya mampu mengisi battery yang digunakan untuk melayani beban 5 model rumah tersebut disupplai maka perhitungannya: - Dari analisa daily battery sebesar 376,98 Ah - Effisiensi pada Charge Control menggunakan metode Modified Hill Climbing sebesar 90 % (379,98 Ah / 0,9) = 418,87 Ah - Jika kemampuan PV full sun power di Indonesia diasumsikan sekitar 4 hour per hari maka (418,87 Ah / 4 h) = 104,71 ≅ 105 Ampere - Jika dipilih panel surya TYPE 100 WP (100 Watt / 12 Volt) = 8,3 Ampere - Sehingga untuk mencapai arus 105 Ampere dalam sehari maka dibutuhkan (105 A / 8,3 A) = 12,6 ≅ 13 buah Jadi, desain kapasitas panel surya untuk untuk melayani beban 5 model rumah membutuhkan sekitar 13 x @ TYPE 100 WP dengan konfigurasi paralel. D. Desain Kapasitas Inverter Untuk mendesain kapasitas dari inverter yang akan digunakan pada stand alone PV system hanya diperlukan data beban puncak. Dari data beban puncak dapat didesain 2-3 kali besar beban puncak untuk menentukan kapasitas output inverter. Maka dipiilih : • Desain kapasitas inverter untuk model rumah ke-1, 2, dan 3 : Type 300 Watt • Desain kapasitas inverter untuk model rumah ke-4 dan model rumah ke-5 : Type 300 Watt • Desain kapasitas inverter untuk total beban 5 model rumah : Type 1000 Watt E. Rincian Biaya Perencanaan Sistem Dari desain kapasitas battery, jumlah modul panel surya, serta kapasitas inverter yang akan digunakan maka dikalkulasi biaya yang dikeluarkan untuk pembangunan sebuah stand alone PV system. • Rincian biaya pokok yang perlu dikeluarkan untuk instalasi Stand Alone PV system untuk model rumah ke-1, ke-2, dan ke-3 - Panel Surya 3 × TYPE 50 WP @ Rp. 2.700.000 = Rp. 8.100.000 - Battery 2 × Dry (gel) VRLA 12V/65Ah @ Rp. 650.000 = Rp. 1.300.000 - Charge Control (Regulator) = Rp. 750.000 - Inverter 300 Watt = Rp. 320.000 ============ + = Rp. 10.470.000 Jadi biaya pokok yang harus dikeluarkan untuk instalasi Stand Alone PV system untuk model rumah ke-1, ke-2, dan ke-3 sekitar Rp. 10.470.000. • Rincian biaya pokok yang perlu dikeluarkan untuk instalasi Stand Alone PV system untuk model rumah ke-4 dan model rumah ke-5 - Panel Surya 5 × TYPE 100 WP @ Rp. 4.550.000 = Rp. 22.100.000 - Battery 5 × Dry (gel) VRLA 12V/100Ah @ Rp. 900.000 = Rp. 1.300.000 - Charge Control (Regulator) = Rp. 750.000 Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS, Juni 2010
-
Inverter 300 Watt
= Rp. 320.000 ============ + = Rp. 28.320.000
Jadi biaya pokok yang harus dikeluarkan untuk instalasi Stand Alone PV system untuk untuk model rumah ke-4 dan model rumah ke-5 sekitar Rp. 28.320.000 • Rincian biaya pokok yang perlu dikeluarkan untuk instalasi Stand Alone PV system untuk melayani beban 5 model rumah - Panel Surya 13 × TYPE 100 WP @ Rp. 4.550.000 = Rp. 59.100.000 - Battery 2 × Dry (gel) VRLA 6V/1850Ah @ Rp. 5.650.000 = Rp. 11.300.000 - Charge Control (Regulator) = Rp. 1.000.000 - Inverter 1000 Watt = Rp. 785.000 ============ + = Rp. 72.235.000 Jadi biaya pokok yang harus dikeluarkan untuk instalasi Stand Alone PV system untuk melayani beban 5 model rumah sekitar Rp. 72.235.000 Dari analisa rincian biaya di atas dapat dilihat semakin besar beban yang di tanggung maka semakin besar biaya pokok untuk pembuatan stand alone pv system. Sedangkan untuk biaya maintenance setiap 5 tahun hanya untuk penggantian battery storage yang umurnya sudah diramalkan dengan melihat kurva DOD sebuah battery. Untuk maintenance modul panel surya sekitar 25 tahun. V. KESIMPULAN Berdasarkan analisa hasil penelitian yang sudah dilakukan pada tugas akhir ini dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Penggunaan sistem Maximum Power Point Tracker (MPPT) metode Modified Hill Climbing pada konverter Buck-Boost yang terhubung pada panel surya dapat memaksa sistem bekerja pada setiap level illuminasi sun power dengan effisiensi rata-rata sebesar 90%. 2. Pada desain battery dalam perancangan stand alone pv system sangat erat hubungannya dengan profil beban harian. Semakin besar profil beban harian semakin besar juga desain battery yang diperlukan untuk melayani beban tersebut. 3. Dari analisa rincian biaya perencanaan stand alone pv system dapat diambil kesimpulan biaya capital cost untuk model rumah ke-1, ke-2, dan ke-3 sekitar Rp. 10.470.000; biaya capital cost untuk model rumah ke-4 dan ke-5 sekitar Rp. 28.320.000; dan biaya capital cost jika beban total untuk 5 model rumah sekitar Rp. 72.235.000. 4. Biaya investasi dalam pembuatan stand alone pv system tergolong mahal dan biaya maintenance untuk battery setiap 5 tahun, tetapi sebanding dengan hasil yang diperoleh.
7
VI. DAFTAR PU USTAKA 1. Ikbal M., “Innterkoneksi Sisstem Photovolltaic dengan Grid”, Prograam studi teknik k elektro, ITB, 2008. 2. Yu G.J., Yun ng Y.S., Choi J.Y., Kim G.S S., “A Novel two-mode MPPT M controol Algorithm based on comparative study of exissting algoritm ms”, Science Direct Solar energy, e 2004. 3. Roger A. Messeger and Jerry J Ventre,”P Photovoltaic RC PRESS, Systems Enggeneering”, 2nnd Edition, CR Washington DC, D 2004. 4. Fangrui Liu, Yong Kang,, Yu Zhang and Shanxu mparison of P& &O and Hill Duan, Membeer, IEEE, Com Climbing MP PPT Methods for Grid-Coonnected PV Converter, paage 804, 2008. 5. Rashid, M.H H, "Power Electronics Handbook", Academic Preess. Canada, 20001. 6. Peftitsis D., Adamidis G., Balouktsis A., A “A New MPPT Metho od for Photovooltaic Generattion Systems Based on Hill H Climbingg Algorithm”,, IEEE on Electrical Maachines, 2008. VIIII. BIOGRAFII PENULIS Farhan n Aprian dilahirkan di Jakartaa pada tanggal 31 Oktober 1986 sebagai s anak kedua dari empat bersaudara daari pasangan Apris dan d Nurani. Setelah S tamat dari SM MUN 1 Tuban tahun 2004, diterim ma di jurusan D3 Teknik Elektroo FTI-ITS dann pada tahun 2007 melanjutkan di jurusan Teknikk Elektro FTI-IITS. Penulis mengam mbil bidang studi s Teknik Sisttem Tenaga denngan konsentraasi Desain dann Manajemen Sisttem Tenaga.
