PERANCANGAN STAND ALONE PV SYSTEM DENGAN MAXIMUM POWER POINT TRACKER (MPPT) MENGGUNAKAN METODE MODIFIED HILL CLIMBING

(1)

PERANCANGAN STAND ALONE PV SYSTEM DENGAN MAXIMUM POWER POINT TRACKER (MPPT) MENGGUNAKAN

METODE MODIFIED HILL CLIMBING

Oleh :

FARHAN APRIAN NRP 2207 100 629 NRP. 2207 100 629

Pembimbing : g

Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng Vita Lystianingrum, ST, M.Sc

Seminar Tugas Akhir Seminar Tugas Akhir Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro Juni 2010

(2)

Latar Belakang dan Permasalahan Latar Belakang dan Permasalahan

• Pengguanaan panel surya untuk PLTS belakangan ini gg p y g sudah umum dijumpai. Panel surya sudah mulai banyak digunakan untuk fasilitas-fasilitas umum khususnya di

k b h l k l k

perkotaan. Sebagai contoh aplikasi panel surya untuk Penerangan Jalan Umum (PJU), Traffic light, alat peringatan untuk palang perlintasan KA, dll.

p g p g p ,

• Daya panel yang dipengaruhi intensitas sinar matahari yang selalu berubah-ubah. Sehingga diperlukan sebuah

i t g d t j g d k l l

sistem yang dapat menjaga daya keluaran panel surya

untuk tetap konstan.

(3)

Aplikasi Panel Surya Untuk Lampu Lalu lintas di Kota Solo

Al t i t t k l

Alat peringatan untuk palang

perlintasan KA

(4)

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 kerja panel surya. e a s al a e ja pa el su ya.

Tujuan :

Membuat sebuah pembangkit listrik tenaga surya untuk

rumah-rumah penduduk yang terisolir dan letaknya

jauh dari jaring distribusi listrik.

(5)

Sistem yang

direncanakan

(6)

Stand Alone PV System adalah...

Sebuah sistem pembangkit listrik tenaga Sebuah sistem pembangkit listrik tenaga surya yang digunakan untuk melayani

beban lokal beban lokal.

Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya

(7)

Sistem Maximum Power Point Tracker Secara Umum

Maximum Power Point Tracker (MPPT) adalah suatu sistem untuk 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 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

(8)

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

Kurva Karakteristik I-V dan P-V Sistem Panel Surya Menggunakan MPPT Kurva Karakteristik I V dan P V

Dari Panel Surya

(9)

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

(10)

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 sel surya

resistensi pada tiap tiap sel surya.

Rangkaian Ekivalen Panel Surya

Î

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡ ⎟⎟⎠−

⎜⎜ ⎞

⎝

− ⎛

= exp ⁰ 1

0

S rs

p ph

p kTAn

I qV n I n I

⎜ ⎞

⎛ ⎡ ⎤

⎤

⎡T ³ qE 1 1

Panel Surya brand “ New Tomorrow”

50 watt peak

⎟⎠

⎞

⎜⎜⎝

⎛ ⎥

⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡ −

⎥⎦

⎢ ⎤

⎣

= ⎡

T T kA qE T

I T I

r G r

rr rs

1 exp 1

( )

[ ]

1000 T s

T k I

I_ph = _scr + _i − _r

(11)

Simulasi Permodelan Panel Surya Simulasi Permodelan Panel Surya

Didapat % error simulasi dari membandingkan antara nilai rating kerja panel surya pada

b l b l d il i

tabel sebelumnya dengan nilai- nilai rating kerja panel hasil dari simulasi.

Simulasi Panel Surya brand “ New Tomorrow”

Simulasi Panel Surya brand New Tomorrow 50 watt peak

(12)

Perancangan Konverter DC‐DC Perancangan Konverter DC DC

• Jenis konverter dc-dc yang digunakan adalah buck-boost.

• Tegangan keluaran dapat

• Tegangan keluaran dapat lebih besar atau lebih kecil

dari tegangan masukan. Rangkaian konverter buck‐boost yang digunakan

D D V

V

in out

= − 1

( )

f x

R

L

_b

D

^L

2 1 −

²

=

y g g

f x R x V

V x C D

L ripple

=

out min

(13)

Metode MPPT Modified Hill Climbing Metode MPPT Modified Hill Climbing

• Metode bekerja setiap terjadi perubahan daya terhadap waktu berdasarkan karekteristik kurva P-V panel.

Metode Metode

Metode

Classic Hill Climbing

Metode

Modified Hill Climbing

(14)

Flowchart Metode Flowchart Metode

Flowchart Metode

Classic Hill Climbing

Flowchart Metode

Modified Hill Climbing

(15)

Simulasi Sistem Simulasi Sistem

Desain simulasi sistem panel terhubung sistem MPPT menggunakan 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 Diagram Simulasi Sistem MPPT Menggunakan Konverter Buck-Boost Dengan Metode Modified Hill Climbing

(16)

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

(17)

Hasil Simulasi Hasil Simulasi

Sistem MPPT menggunakan metode modified hill climbing mempunyai effisiensi 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

(18)

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

(19)

Lokasi Lokasi

Pada tugas akhir ini dipilih lokasi pada daerah yang belum terdistribusi listrik secara merata Dipilih lokasi bernama secara merata. Dipilih lokasi bernama dusun Bancang yang terletak di desa Tahulu kecamatan Merakurak kota Tuban propinsi JATIM.

Peta Lokasi Î

(20)

Kondisi Eksisting Kelistrikan Lokasi Kondisi Eksisting Kelistrikan Lokasi

500 m 1,5 – 2 Km

kondisi kelistrikan pada lokasi saat ini kurang effisien 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)

panjang (losses kabel).

(21)

Kondisi Lokasi

(22)

Data Beban & Profil Beban Data Beban & Profil Beban

Data beban berfungsi sebagai parameter dalam penentuan

kapasitas battery, panel surya dan

i t k di k

inverter yang akan digunakan.

(23)

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 %

Maka penggunaan battery harian :

x 32 , 59 Ah 98

, 0 9

, 0

75 ,

28 =

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

paling besar.

(24)

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) (jika didesain mampu untuk 3 hari)

- Maka dipilih kapasitas battery 12 V / 130 Ah - Sehingga % kapasitas terpakai per hari :

(36 8 / 130) 28 3%

(36,8 / 130) = 28,3%

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 storage dapat diperkirakan sekitar 4,4 tahun penggunaan.

Sehingga dipilih desain battery storage menggunakan konfigurasi baterai paralel 2 x @ 12V / 65Ah

Kurva Karakteristik Depth Of Discharge (DOD) sebuah battery YUASA

(25)

Desain Kapasitas Battery Storage Desain Kapasitas Battery Storage

• Untuk model rumah ke-4 dan ke-5 menggunakan desain gg battery storage 5 x @ 12V/100Ah dengan konfigurasi baterai paralel

M k d i b tt t 2 @ 6V/1850Ah

• Menggunakan desain battery storage 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

(26)

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 2 d 3 Ke1, 2 dan 3

(27)

• Desain kapasitas panel surya untuk model rumah ke-4 p p y dan model rumah ke-5 membutuhkan sekitar 5 x @ TYPE 100 WP dengan konfigurasi paralel.

D i k it l t k l i b b 5

• Desain kapasitas panel surya untuk melayani beban 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

(28)

Desain Kapasitas Inverter Desain Kapasitas Inverter

Penentuan kapasitas inverter yang akan digunakan p y g 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

• Desain kapasitas inverter untuk total beban 5 model p

rumah : Type 1000 Watt

(29)

Rincian Biaya Perencanaan Sistem

(30)

Kesimpulan Kesimpulan

• Penggunaan sistem Maximum Power Point Tracker (MPPT) t d M difi d Hill Cli bi d k t B k B t 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%.

• 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 nt k model r mah ke 4 dan ke 5 sekitar Rp capital cost untuk model rumah ke-4 dan ke-5 sekitar Rp.