PENGEMBANGAN METODE MAXIMUM POWER POINT TRACKING MENGGUNAKAN FUZZY LOGIC CONTROL DAN BOOST KONVERTER PADA SOLAR SEL

(1)

TESIS – RE2099

PENGEMBANGAN METODE MAXIMUM POWER POINT

TRACKING MENGGUNAKAN FUZZY LOGIC CONTROL

DAN BOOST KONVERTER PADA SOLAR SEL

PROGRAM STUDI MAGISTER

BIDANG KEAHLIAN TEKNIK SISTEM TENAGA

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

2010

(2)

LATAR BELAKANG

Bahan Bakar

_•

_{Harga Mahal}

Pembangkit

Fosil

Harga Mahal

• Merusak Lingkungan

Listrik

Sumber

Energi

Alternatif

Solar Sel

Keuntungan

•Dapat diperbaruhi

•Ramah Lingkungan

Kekurangan

• Efisiensi Daya

Masih Rendah

Diperlukan

Metode/Teknologi

Beberapa metode

ih

d

masih terdapat

Kekurangan

(3)

TUJUAN PENELITIAN

1. Mendapatkan

efisiensi

pelacakan

daya

maksimum yang tinggi

.

2. Mendapatkan hasil analisa dari perbandingan

pembangkit Solar Sel menggunakan MPPT

d

k

MPPT

(4)

MANFAAT PENELITIAN

¾

_{Diperoleh suatu metode untuk mendapatkan nilai}

¾

_{Diperoleh suatu metode untuk mendapatkan nilai}

daya output yang maksimum pada solar sel terhadap

p

b h

i di i d

t

p t

hi gg d p t

perubahan irradiasi dan temperatur sehingga dapat

meningkatkan efesiensi solar sel.

(5)

BATASAN MASALAH

1 Model konverter yang digunakan adalah Konverter dc‐dc

1. Model konverter yang digunakan adalah Konverter dc dc

tipe boost.

2. Menggunakan Fuzzy Logic Control tipe mandani

3 P

bil

d

dil k k

l l i i

l i d

3. Pengambilan data dilakukan melalui simulasi dengan

membandingkan antara solar Sel yang menggunakan

konverter dengan Solar Sel yang tidak dihubungkan

dengan konverter.

4. Penelusuran (tracking) dilakukan pada kondisi

temperature 25

o

_{C irradiasi 600 W/m}

2

_{800 W/m}

2

₁₀₀₀

temperature 25 C, irradiasi 600 W/m , 800 W/m , 1000

W/m

2

_{dan beban resistive.}

(6)

TINJAUAN PUSTAKA

Contoh Aplikasi solar sel

¾ Untuk mendapatkan tegangan yang

lebih

besar

maka

Solar

Sel

dihubungkan secara seri.

¾ Untuk mendapatkan arus yang lebih

besar maka Solar Sel dihubungkan

secara paralel

(7)

Rangkaian Ekivalen Solar Sel

(8)

Sistem Maximum Power Point Tracker Secara Umum

Sistem Maximum Power Point Tracker (MPPT) sepenuhnya adalah suatu alat

elektronik yang dapat mengubah‐ubah titik operasi dari kurva karakteristik

panel surya.

Si t P l S Y T h b Sistem Panel Surya Yang Terhubung Langsung Dengan Beban

Kurva Karakteristik I‐V

Dari Panel Surya

Sistem Panel Surya Dengan MPPT Yang Terhubung Kebeban

(9)

Pemodelan Panel Surya

• Pemodelan dari panel surya berupa rangkaian pengganti

sederhana yang terdiri dari sumber arus yang diparalel

dengan diode

• Pengaruh suhu pada arus saturasi diode (I

_o

).

• Pengaruh suhu pada arus yang mengalir dari sumber arus panel surya (I

Pengaruh suhu pada arus yang mengalir dari sumber arus panel surya (I

_L_L

)

• Resistor yang dirangkai seri (R

_S

)

• Faktor kualitas diode (A) yang menjadi parameter variable.

F k

di d i i

d i j

i

l

di

k

(10)

DATA SIMULASI

Tabel 4.1. Data teknik panel solar sel

Temperature

T 25°C

Daya Maksimum

P

m

50 W

Arus pada Daya

Maksimum

I

mp

2.91 A

Arus hubung singkat

I

SC

3 25

A

Arus hubung singkat

I

SC

3.25 A

Tegangan rangkaian

terbuka

V

OC

21.75 V

a

Tegangan pada daya

maksimum

V

mp

17.24 V

Fill factor (FF)

ff

0.71

(11)

Hasil simulasi panel

3 3.5 4 S1=1KW/m2 S2=0,8KW/m2 S3=0,6KW/m2 S1 S2 50 60 1000 W/m2 1.5 2 2.5 A ru s [A ] S3 20 30 40 PV Po w e r [W ] 800 W/m2 600 W/m2 0 5 10 15 20 25 0 0.5 1 Tegangan [V] 0 5 10 15 20 25 0 10 Tegangan [V] PV Voltage [V] Gambar 4.2. Karakteristik

(12)

Tabel 4.2. Daya Maksimum hasil simulasi PV

No. Irradiasi Temperatur I

mp(Ampere)

V

mp(Volt) Pmaks (Watt)

(Watt/m²) (°C) (Watt/m ) ( C) 1 250 25 0.6418 16.84 10.8086 2 300 25 0.7678 17.35 13.3217 3 400 25 1.0805 17.35 18.7474 4 500 25 1.3910 17.35 24.1334 5 600 25 1.6987 17.35 29.4717 6 700 25 2.0031 17.35 34.7534 7 800 25 2.3036 17.35 39.9683 8 900 25 2.5997 17.35 45.1051 9 1000 25 2 8906 17 35 50 000 9 1000 25 2.8906 17.35 50.000

(13)

Simulasi Panel Solar Sel Tanpa Menggunakan MPPT

25 30 Tegangan Arus Daya

Irradiasi 800 W/m

2

_{dan beban 20 ohm}

10 15 20 m p e r/ V o lt / W a tt Daya 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 0 5 10 A m Waktu (Detik)

Parameter Hasil Simulasi

V 20 39 Volt

Gambar 4.4. Kurva keluaran dari panel surya tanpa menggunakan MPPT

V_out 20.39 Volt I_out 1.019Ampere P_out 20.78 Watt P_max 39.9683Watt Efisiensi Tracking Efisiensi Tracking Daya Max 51.99 %

(14)

Simulasi Panel Solar Sel Tanpa MPPT Dengan Nilai Beban

Yang Berubah

50 Tanpa MPPT 1000 W/m2

Yang Berubah

30 40 W att) 800 W/m2 600 W/m2 10 20 Da y a ( W 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 Resistansi (Ohm)

(15)

PEMODELAN MPPT MENGGUNAKAN FLC DAN

BOOST CONVERTER PADA SOLAR SEL

Model Sistem

(16)

MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT)

¾ Maximum Power Point Tracker (MPPT) adalah suatu sistem

untuk mencari point (titik) maksimum dari tegangan dan arus

keluaran pada aplikasi panel surya, sehingga dapat

membangkitkan daya maksimum sesuai dengan kemampuan

panel surya tersebut

¾ Titik daya maksimum suatu panel solar sel berhubungan

dengan daya puncak (peak of power)

P(t) = V(t)I(t)

Dengan V(t) = tegangan terminal keluaran panel solar sel

I(t) = arus terminal keluaran panel surya

(17)

PEMODELAN BOOST CONVERTER SEL

Rangkaian konverter boost

pada

rangkaian

ini

berfungsi untuk menaikkan

tegangan sehingga dapat

digunakan untuk memaksa

panel

surya

agar

didapatkan daya keluaran

maksimal

yang

dapat

dihasilkan oleh panel surya

Induktor/Kapasitor Keterangan L (Induktor) 4.5mH C ( i ) 33 9

I

f

k

V

L

s in

Δ

=

.

k I

(3.8)

C (Kapasitor) 33.59µF

Parameter Boost konverter

s C o V f k I C Δ ≥ . .

(3.9)

(18)

FUZZY LOGIC CONTROL

Nama = FLC

Tipe = mamdani

Metode implikasi = min

Metode Defuzzifikasi = centroid

FLC

Tujuan

Mendapatkan duty cycle untuk

1 Vpv

daya maksimum

1 Duty Cycle [k] FLC 2 Ipv 1 FLC

(19)

Variabel Masukan FLC Tegangan

1 a n S M B VB VVB VS VVS MFs Input FLC 0 0.2 0.4 0.6 0.8 D e ra ja t K eanggo ta a 0 5 10 15 20 Vpv

Gambar 3.10. Fungsi keanggotaan input tegangan

l [

]

l h

Nama = Tegangan Interval = [0

24]

Jumlah MFs = 7

MF1 = VVS : trimf, [0

15.63 16.55]

MF2 = VS : trimf,

[15.63

16.55 17.45]

MF3 = S : trimf,

,

[16.55

[

17.45 18.37]

]

MF4 = M : trimf,

[17.45

18.37 19.27]

MF5 = B : trimf,

[18.37

19.27 20.18]

MF6 = VB : trimf,

[19.27

20.18 21.08]

MF7 VVB t i f [20 18

21 08

24 00]

MF7 = VVB : trimf, [20.18

21.08 24.00]

(20)

Variabel Masukan FLC Arus

0.8 1 g ot aa n VVS VS S M B VB VVB MFs Input FLC 0 0.2 0.4 0.6 D e ra ja t K e ang g 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Arus

Gambar 3.11. Fungsi keanggotaan input arus

Nama = Arus

Interval = [0

4]

Jumlah MFs = 7

MF1 = VVS : trimf, [0.0

0.50 1.50]

MF2 = VS : trimf,

[0.50

1.50 1.75]

f

[

]

MF3 = S : trimf,

[1.50

1.75 2.00]

MF4 = M : trimf,

[1.75

2.00 2.25]

MF5 = B : trimf,

[2.00

2.25 2.50]

MF6 = VB : trimf,

,

[2.25

[

2.5 3.00]

]

MF7 = VVB : trimf, [2.5

3.0 4.00]

(21)

Variabel Keluaran FLC Duty Cecle

0.8 1 g ot aan VVS VS SMB VB VVB MFs Output FLC 0 0.2 0.4 0.6 D e ra ja t K eang g 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 Duty Cycle (k)

Gambar 3.12 Fungsi keanggotaan ouput duty cycle

Nama = Duty Cycle Interval =[0 0.45] Jumlah MFs = 7

MF1 = VVS : trimf, [0.0

0.01 0.02]

MF2 = VS: trimf,

[0.2095 0.2195 0.2295]

MF3 = S : trimf

[0 2195 0 2295

0 2395]

MF3 = S : trimf,

[0.2195 0.2295 0.2395]

MF4 = M : trimf,

[0.2295 0.2395 0.2495]

MF5 = B : trimf,

[0.2395 0.2495 0.2595]

MF6 = VB : trimf,

[0.2495 0.2595 0.2695]

MF7 = VVB : trimf, [0.345

0.35 0.355]

(22)

Tabel 3 1 Aturan Dasar FLC

V I

VVS VS S M B VB VVB

Tabel 3.1 Aturan Dasar FLC

VVS VVS VVS VVS VS VVS VVS VS VS VVS VVS VVS VS S M B S VVS VVS VS S M B VB S VVS VVS VS S M B VB M VVS VS S M B VB VVB B VS VVB VVB B VB VVB VVB VB S M B VB VVB VVB VVB VVB M B VB VVB VVB VVB VVB

Aturan Dasar:

1. If V is VVS and I is VVS then D is VVS

2. If V is VS and I is VVS then D is VVS

3 If V is S and I is VVS then D is VVS

3. If V is S and I is VVS then D is VVS

(23)

HASIL SIMULASI MENGGUNAKAN MPPT

24.3 24.35 ]

Hasil simulasi

k

24.15 24.2 24.25 T e ga ng a n [ V ol t]

menngunakan

MPPT dengan

irradiasi 1000 dan

beban 12 Ohm

0.015 0.0155 0.016 0.0165 0.017 0.0175 0.018 0.0185 0.019 0.0195 0.02 24.1 Waktu [Detik]

Gambar 4.6 Tegangan keluaran sistem panel surya dengan MPPT

2.02 2.025 2.03

e

r]

Arus Keluaran Pada Beban 12 Ohm dengan Irradiasi 1000 W?m2

2.01 2.015 Ar us [ A m p e 0.017 0.0175 0.018 0.0185 0.019 0.0195 0.02 2.005 Waktu [Detik]

(24)

Tabel 4.4 Hasil simulasi menngunakan MPPT dengan irradiasi 1000 dan beban 12 Ohm

60

Daya Keluaran Pada Beban 12 Ohm Dengan Irradiasi 1000 W/m2 D M k Parameter Tanpa MPPT MPPT Vout 19.99 V 24.23 V 40 50 Daya Masukan Daya Keluaran Iout 1.67 A 2.017 A Pout 33.30 W 48.87 W Pma 50 W 50 W 20 30 D a y a [W a tt] Pmax 50 W 50 W Frekuensi 20 kHz Duty Cycle (k) 0.26 0 0 002 0 004 0 006 0 008 0 01 0 012 0 014 0 016 0 018 0 02 0 10 Efisiensi MPPT 66.6% 97.74 % Kenaikan eff. _{31.14 %}

Gambar 4.8 Daya keluaran sistem panel surya dengan MPPT

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 Waktu [Detik]

(25)

Simulasi Panel Solar Sel Dengan Menggunakan MPPT

23.7 23.8 23.9

Vo pada beban 14 Ohm

1.69 1.7 1.71

Arus Keluaran Pada Beban 14 Ohm

23.2 23.3 23.4 23.5 23.6 Te gan gan [ V ol t] 1.65 1.66 1.67 1.68 A rus { A m per ] 0.017 0.0175 0.018 0.0185 0.019 0.0195 0.02 23 23.1 Waktu [Detik] 0.017 0.0175 0.018 0.0185 0.019 0.0195 0.02 1.64 1.65 Waktu [Detik] 45

Daya Keluaran Pada Beban 14 Ohm Dengan Irradiasi 800 W/m2

Parameter Tanpa MPPT Dengan MPPT

25 30 35 40 [W a tt] Vout 19.83 V 23.54 V Iout 1.42 A 1.68 A Pout 28.08 W 39.56 0 5 10 15 20 Da y a Daya Masukan Daya Keluaran Pmax 39.69 W 39.69 Frekuensi 20 kHz Duty Cycle (k) 0.24 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0

Waktu [Detik] Efisiensi MPPT 70.75% 99.67 %

(26)

Simulasi Panel Solar Sel Dengan Menggunakan MPPT- 600

W/m

2

23.75 23.8 23.85

Keluaran Tegangan Pada Beban 20 Ohm Dengan Irradiasi 600 W/m2

W/m

2

1 186 1.188 1.19 1.192

Keluaran Arus Pada Beban 20 Ohm Dengan Irradiasi 600 W/m^

23.55 23.6 23.65 23.7 Teg ang an [ V o lt ] 1 176 1.178 1.18 1.182 1.184 1.186 Ar us [ A m p er ] 0.017 0.0175 0.018 0.0185 0.019 0.0195 0.02 23.5 Waktu [Detik] 0.017 0.0175 0.018 0.0185 0.019 0.0195 0.02 1.176 Waktu [Detik] 30

Keluaran Daya Pada Beban 20 Ohm Dengan Irradisi 600 W/m2

Parameter Tanpa MPPT Dengan MPPT

Vout 19 85 V 23 72 V 15 20 25 30 a [W a tt] Vout 19.85 V 23.72 V Iout 0.99 A 1.19 A Pout 19.70 28.14 W Pmax 29 43 W 29 43 W 0 0 002 0 004 0 006 0 008 0 01 0 012 0 014 0 016 0 018 0 02 0 5 10 Da y a Pmax 29.43 W 29.43 W Frekuensi 20 kHz Duty Cycle (k) 0.22 Efisiensi MPPT 66 94 % 95 62 % 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02

Waktu [Detik] Efisiensi MPPT 66.94 % 95.62 %

Kenaikan Efisiensi MPPT

(27)

Simulasi Panel Solar Sel Menggunakan MPPT Dengan Nilai

B b

Y g B

b h

Beban Yang Berubah

Simulasi panel surya dibebani dengan berbagai nilai beban resistansi, mulai dari

1 Ohm sampai 14 Ohm, dengan suhu kerja panel surya sebesar 25

o

_C.

40 50

1 Ohm sampai 14 Ohm, dengan suhu kerja panel surya sebesar 25 C.

30 40 y a ( W a tt ) 10 20 Da y Po --> 1000 W/m2 Po --> 800 W/m2 Po --> 600W/m2 2 4 6 8 10 12 14 0 Resistansi (Ohm)

(28)

4.4. Perbandingan Hasil Simulasi Menggunakan MPPT dan tanpa MPPT

MPPT dan Tanpa MPPT MPPT dan Tanpa MPPT

35 40 45 50 W at t) MPPT dan Tanpa MPPT 30 35 40 W at t) MPPT dan Tanpa MPPT 15 20 25 30 Da y a ( W MPPT1 Tanpa MPPT MPPT2 15 20 25 Da y a ( W MPPT1 Tanpa MPPT MPPT2 2 4 6 8 10 12 14 15 Resistansi (Ohm) 2 4 6 8 10 12 14 10 Resistansi (Ohm)

Gambar 4.16. Daya keluaran untuk irradiasi

1000 W/m2

Gambar 4.17 Daya keluaran untuk irradiasi 800

W/m2 20 25 30 tt ) MPPT dan Tanpa MPPT 10 15 20 Da y a (W a MPPT1 Tanpa MPPT MPPT2 2 4 6 8 10 12 14 5 Resistansi (Ohm) MPPT2

(29)

60 ₃

Perbandingan Daya Hasil Simulasi Menggunakan MPPT dan Daya Puncak

40 50 60 W at t) 2 2.5 3 m pe r) 10 20 30 Po w e r( W Ppeak Pmppt 0.5 1 1.5 Ar u s ( A m Ipeak Imppt 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 Insolation (Watt/m2) 25 Vpeak Vmppt 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 Insolation (Watt/m2) 15 20 o lt age (V ol t) Vmppt 300 400 500 600 700 800 900 1000 5 10 V o Insolation(Watt/m2)

(30)

Irradiasi Ppuncak P_MPPT Duty Cycle η MPPT

Tabel 4.7. Perbandingan daya puncak dan daya hasil MPPT

(k) 300 W/m2 13.32 W 13.18 W 0.01 98.91% 400 W/m2 18.75 W 18.57 W 0.01 99.06% 500 W/m2 24.13 W 23.94 W 0.01 99.23% 600 W/m2 29.47 W 29.02 W 0.13 98.47% 700 W/m2 34 75 W 32 72 W 0 23 94 16% 700 W/m2 34.75 W 32.72 W 0.23 94.16% 800 W/m2 39.97 W 38.25 W 0.23 95.70% 900 W/m2 45.11 W 43.54 W 0.25 96.51% 1000 W/m2 50.00 W 48.33 W 0.28 96.65%

(31)

PENUTUP

KESIMPULAN

1. Penggunaan sistem Maximum Power Point Traking (MPPT) pada

i

l

d

k

l

h ilk

sistem panel surya dapat memaksa panel surya menghasilkan

daya keluaran yang maksimum pada berbagai irradiasi matahari.

2. Presentase kenaikan daya output Solar Sel saat menggunakan

MPPT pada temperatur 25

º

_{C dan variasi irradiasi Solar Sel 1000}

MPPT pada temperatur 25 C dan variasi irradiasi Solar Sel 1000

W/m

2

_{, 800 W/m}

2

_{serta 600 W/m}

2

_{adalah 31,14%, 28.92% dan}

28.68%.

3. Daya input dan output Boost Converter tidak sama, hal tersebut

disebabkan karena adanya rugi‐rugi pada konverter yang

disebabkan oleh rugi‐rugi proses switching yang tidak idial,

sehingga efisiensi berkurang.

gg

g

(32)

SARAN

1. Penelitian ini dapat dilanjutkan dengan mengaplikasikan pada

l

di di l b

i

b d

k

peralatan‐peralatan yang tersedia di laboratorium berdasarkan

parameter‐parameter yang telah disimulasikan.

2. Untuk dapat memperoleh efisiensi yang lebih baik pada setiap

beban dan iradiasi maka metode FLC diperlukan uji coba yang

lebih banyak.

3. Untuk meningkatkan effisiensi MPPT yang lebih baik dapat

dilanjutkan dengan menggunakan Buck boost converter.

dilanjutkan dengan menggunakan Buck_boost converter.

4. Dengan menggunakan metode yang lain, diharapkan dapat

menghasilkan metode kendali yang lebih baik pada penggunaan

Solar Sel pada masa yang akan datang.

p

y g

g

(33)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Geoff Walker “Evaluating MPPT Converter Topologies Using A Matlab PV Model”, Dept of Computer Science and Electrical Engineering, University of Quensland, Australia.

Quensland, Australia.

[2] Kyoungsoo Roo and Saifur Rahman “Two-Loop Controller for Maximizing Performance of a Grid-Connected Solar Cell-Fuel Cell Hybrid Power Plant”,

IEEE T t E C V l 13 N 3 S t b 1998

IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 13, No.3, September 1998.

[3] Eftichios Koutroulis, Kostas Kalaitzakis . “Development of a Microcontroller-Based, Solar Cell Maximum Power Point Tracking Control System”. Elsevier : IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 16. No. 1, January 2001.

(34)

[4]Th d L K tt Yi i S B t li d Ath i D K li “N [4]Theodoros L, Kottas, Yiannis S. Boutalis and Athanassios D. Karlis. “New

Maximum Power Point Tracking for PV Arrays Using Fuzzy Controller in Close Cooperation With Fuzzy Cognitive Networks”. Transactions on Energy Conversion, Vol. 21, No.3, September 2006.

[5] Yiannis,Boutalist, Athanassios D, Karlis, Theodoros L, Kottas,”Fuzzy Cognitive

Networks+Fuzzy Controller as self adapting control system for Trackingy p g y g

Maximum Power Point at a PV_Array”,IEEE Transactions on Energy Conversion,1-4244-0136-4/06/2006

[6]I H Altas A M Sharaf ”a Novel Maximum Power Fuzzy Logic Controller for [6]I.H Altas, A.M. Sharaf, a Novel Maximum Power Fuzzy Logic Controller for

Photovoltaic Solar Energy Systems”, Elsevier,388-399 (2008)

[7]Tom Markvart and Luis Castaner, “Solar Cells : Fundamental and Applications” Elsevier, Ltd. 2003.

[8]Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robins, “Power Electronic

(35)

[9] R hid M h d H “P El t i Ci it D i A d Appli ti ” [9] Rashid, Muhammad H, “Power Electronics Circuits, Devices, And Applications”

Third Edition, Pearson Education International.

[10] Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng.,”Tutorial Power Electronic”, 2008

[12] Dr. Eng. Agus Naba, ”Belajar Cepat Fuzzy Logic Menggunakan Matlab”,Andig g j p y g gg Yogyakarta. 2009

[13] JancarleL, Santos, Fernando Antunes, Anis Chehab, Cicero Cruse, “ A maximum power point tracking for PV system using a high performance boost maximum power point tracking for PV system using a high performance boost converter”, solar energy, 2006

(36)