PERANCANGAN STAND ALONE PV SYSTEM DENGAN MAXIMUM POWER POINT TRACKER (MPPT) MENGGUNAKAN METODE MODIFIED HILL CLIMBING Oleh : FARHAN APRIAN NRP 2207 100 629 NRP.
Pembimbing g: Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng Vita Lystianingrum, ST, M.Sc Seminar Tugas Akhir Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro Juni 2010
Latar Belakang dan Permasalahan Latar Belakang dan Permasalahan • Pengguanaan gg panel surya p y untuk PLTS belakangan g ini sudah umum dijumpai. Panel surya sudah mulai banyak digunakan untuk fasilitas-fasilitas umum khususnya di perkotaan. k Sebagai b contoh h aplikasi lk panell surya untuk k Penerangan Jalan Umum (PJU), Traffic light, alat peringatan p g untuk p palang gp perlintasan KA,, dll. • Daya panel yang dipengaruhi intensitas sinar matahari yang selalu berubah-ubah. Sehingga diperlukan sebuah sistem i t yang g dapat d t menjaga j g daya d k l keluaran panell surya untuk tetap konstan.
Aplikasi Panel Surya Untuk Lampu Lalu lintas di Kota Solo Al t peringatan Alat i t untuk t k palang l perlintasan KA
Batasan Masalah dan Tujuan Batasan Masalah dan Tujuan Batasan Masalah : • Mendesain sizing capacity sebuah Stand Alone PV System dalam melayani beban lokal. • Menggunakan model konverter dc-dc buck-boost dengan metode Modified Hill Climbing (MHC) untuk memaksimalkan e a s al a kerja e ja pa panel el su surya. ya. Tujuan : Membuat sebuah pembangkit listrik tenaga surya untuk rumah-rumah penduduk yang terisolir dan letaknya jauh dari jaring distribusi listrik.
Sistem yang direncanakan
Stand Alone PV System adalah....... Stand Alone PV System adalah....... Sebuah sistem pembangkit listrik tenaga surya yang digunakan untuk melayani beban lokal. lokal
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Sistem Maximum Power Point Tracker Secara Umum Maximum Power Point Tracker (MPPT) adalah suatu sistem untuk mencari sebuah point (titik) maksimum dari tegangan dan arus keluaran pada panel surya. Sistem ini dapat memaksa panel surya untuk membangkitkan daya hingga maksimum pada setiap perubahan level intensitas cahaya matahari.
Kurva Karekteristik P‐V Panel Surya Dengan Level Intensitas Cahaya Yang Berbeda‐Beda
Sistem Maximum Power Point Tracker Secara Umum Sistem Maximum Power Point Tracker (MPPT) merupakan sebuah rangkaian devais elektronik yang dapat mengubah‐ubah titik operasi dari panel surya.
Sistem Panel Surya Tanpa MPPT
Sistem Panel Surya Menggunakan MPPT
Kurva Karakteristik I-V I V dan P-V PV Dari Panel Surya
Sistem Maximum Power Point Tracker Sistem Maximum Power Point Tracker Desain panel surya yang terhubung dengan sistem MPPT ke beban ditunjukkan blok diagram dibawah ini.
Blok Diagram Konfigurasi Sistem MPPT
Permodelan Panel Surya Permodelan Panel Surya Permodelan secara matematik dari sebuah panel surya adalah berupa rangkaian pengganti sederhana yang terdiri dari sumber arus yang diparalel dengan diode dan resistensi pada tiap tiap-tiap tiap sel surya. surya
Rangkaian Ekivalen Panel Surya
Î
Panel Surya brand “ New Tomorrow” 50 watt peak
⎡ ⎛ qV0 I 0 = n p I ph − n p I rs ⎢exp⎜⎜ ⎢⎣ ⎝ kTAnS
⎞ ⎤ ⎟⎟ − 1⎥ ⎠ ⎥⎦
⎛ qE ⎡ 1 1 ⎤ ⎞ ⎡T ⎤ I rs = I rr ⎢ ⎥ exp⎜⎜ G ⎢ − ⎥ ⎟ ⎣Tr ⎦ ⎝ kA ⎣Tr T ⎦ ⎠ 3
s I ph = [I scr + k i (T − Tr )] 1000
Simulasi Permodelan Panel Surya Simulasi Permodelan Panel Surya Didapat % error simulasi dari membandingkan antara nilai rating kerja panel surya pada tabel b l sebelumnya b l d dengan nilaiil i nilai rating kerja panel hasil dari simulasi.
Simulasi Panel Surya brand “ New Tomorrow” Tomorrow 50 watt peak
Perancangan Konverter DC‐DC Perancangan Konverter DC DC • •
Jenis konverter dc-dc yang digunakan adalah buck-boost. Tegangan keluaran dapat lebih besar atau lebih kecil dari tegangan masukan. Vout D = Vin 1 − D C min =
Lb
2 ( 1 − D ) RL =
D x Vout V ripple x R L x f
2x f
Rangkaian konverter buck‐boost yang digunakan y g g
Metode MPPT Modified Hill Climbing Metode MPPT Modified Hill Climbing •
Metode bekerja setiap terjadi perubahan berdasarkan karekteristik kurva P-V panel.
Metode Classic Hill Climbing
daya
terhadap
waktu
Metode Modified Hill Climbing
Flowchart Metode Flowchart Metode
Flowchart Metode Classic Hill Climbing
Flowchart Metode Modified Hill Climbing
Simulasi Sistem Simulasi Sistem Desain simulasi sistem panel terhubung sistem MPPT menggunakan konverter buck-boost dengan metode modified hill climbing ditunjukkan pada diagram dibawah ini.
Diagram Simulasi Sistem MPPT Menggunakan Konverter Buck-Boost Dengan Metode Modified Hill Climbing
Hasil Simulasi Hasil Simulasi •
Hasil running simulasi perbandingan antara sistem MPPT menggunakan kedua t d metode Sun Power
1000 W/m² 1000 W/m
Sun Power 400 W/m²
Sun Power 1000 W/m² Hasil Simulasi Perbandingan Kurva Daya Output Sistem MPPT Menggunakan Metode Modified Hill climbing dengan Metode Classic Hill Climbing
Hasil Simulasi Hasil Simulasi Sistem MPPT menggunakan metode modified hill climbing mempunyai effisiensi rata-rata sebesar 90% dari daya output maksimal panel surya.
Effisiensi vs Level Illuminasi Sun Power saat Beban 15 Watt
Perencanaan Stand Alone PV System Perencanaan Stand Alone PV System Stand Alone PV System adalah sebuah pembangkit listrik tenaga surya untuk daerah terisolir.
Blok Diagram Stand Alone PV System Dengan MPPT Menggunakan Metode Modified Hill Climbing
Lokasi Pada tugas akhir ini dipilih lokasi pada daerah yang belum terdistribusi listrik secara merata. merata Dipilih lokasi bernama dusun Bancang yang terletak di desa Tahulu kecamatan Merakurak kota Tuban propinsi JATIM.
Peta Lokasi Î Peta Lokasi Î
Kondisi Eksisting Kelistrikan Lokasi Kondisi Eksisting Kelistrikan Lokasi 500 m 1,5 – 2 Km
kondisi kelistrikan pada lokasi saat ini kurang effisien karena daya listrik yang didistribusikan oleh PLN banyak yang hilang akibat penggunaan kabel yang terlalu panjang (losses kabel). kabel)
Kondisi Lokasi Kondisi Lokasi
Data Beban & Profil Beban Data Beban & Profil Beban
Data beban berfungsi sebagai parameter dalam penentuan kapasitas battery, panel surya dan i inverter t yang akan k di digunakan. k
Kapasitas Penggunaan Harian Battery Storage • Model Rumah Ke-1 = 345 Watt hour Jika dipilih tegangan battery yang dipakai = 12 volt 345 Wh / 12 Volt = 28,75 Ah Diasumsikan effisiensi battery : 90 % Diasumsikan loss cable : 2 % 28,75 Maka penggunaan battery harian :
0,9 x 0,98
= 32 ,59 Ah
Dari tabel di samping dapat dilihat penggunaan battery p gg y harian untuk model rumah 1,2,3 dan 4,5 hampir sama. Maka dalam desain selanjutnya dipilih yang selanjutnya dipilih yang paling besar.
Desain Kapasitas Battery Storage Desain Kapasitas Battery Storage Desain battery untuk model rumah ke-1, 2, dan 3 - 3 × 36,8 Ah = 110,4 ≅ 111 Ah (jika didesain mampu untuk 3 hari) - Maka dipilih kapasitas battery 12 V / 130 Ah - Sehingga % kapasitas terpakai per hari : (36 8 / 130) = 28 (36,8 28,3% 3% Untuk penggunaan DOD 28,3% diasumsikan mampu sampai 1588 cycle penggunaan (1Cycle = 1× charge dan 1× discharge = 1 hari). Jika dalam 1 tahun ada 365 hari maka lifetime battery storage dapat diperkirakan sekitar 4,4 44 tahun penggunaan. Sehingga dipilih desain battery storage menggunakan konfigurasi baterai paralel 2 x @ 12V / 65Ah Kurva Karakteristik Depth Of Discharge (DOD) sebuah battery YUASA
Desain Kapasitas Battery Storage Desain Kapasitas Battery Storage • Untuk model rumah ke-4 dan ke-5 menggunakan gg desain battery storage 5 x @ 12V/100Ah dengan konfigurasi baterai paralel • Menggunakan M k desain d i battery b tt storage t 2 x @ 6V/1850Ah dengan konfigurasi baterai seri, jika diinginkan desain battery untuk total beban 5 model rumah
Battery 12V / 65Ah
Battery 12V/100Ah
Battery 6V/1850Ah
Desain Kapasitas Panel Surya Desain Kapasitas Panel Surya Desain kapasitas panel surya untuk model rumah ke‐1, 2, dan 3 ‐ Dari analisa penggunaan battery harian didapat 36,8 Ah ‐ Effisiensi pada Charge Control menggunakan metode Modified Hill Climbing sebesar 90 % 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 / ) , p ‐ 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 Sistem Untuk Model Rumah K 1 2d Ke1, dan 3
• Desain kapasitas p panel surya p y untuk model rumah ke-4 dan model rumah ke-5 membutuhkan sekitar 5 x @ TYPE 100 WP dengan konfigurasi paralel. • Desain D i kapasitas k it panell surya untuk t k melayani l i beban b b 5 model rumah membutuhkan sekitar 13 x @ TYPE 100 WP dengan konfigurasi paralel
Modul Panel Surya TYPE 50 WP
Modul Panel Surya TYPE 100 WP
Desain Kapasitas Inverter Desain Kapasitas Inverter Penentuan kapasitas p inverter yyang g akan digunakan g yaitu sekitar 2-3 kali besar beban puncak. • 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 p inverter untuk total beban 5 model • Desain kapasitas rumah : Type 1000 Watt
Rincian Biaya Perencanaan Sistem Rincian Biaya Perencanaan Sistem
Kesimpulan • Penggunaan sistem Maximum Power Point Tracker (MPPT) metode t d Modified M difi d Hill Climbing Cli bi pada d konverter k t Buck-Boost B kB t yang terhubung pada panel surya dapat memaksa sistem bekerja pada setiap level illuminasi sun power dengan effisiensi rata-rata sebesar 90%. • 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 nt k model rumah r mah ke-4 ke 4 dan ke-5 ke 5 sekitar Rp. Rp 28.320.000; dan biaya capital cost jika untuk total beban 5 model rumah sekitar Rp. 72.235.000. • Biaya investasi dalam pembuatan stand alone pv system tergolong mahal dan biaya maintenance untuk battery setiap 5 tahun, tetapi sebanding dengan hasil yang diperoleh.
