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

(1)

Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS, Juni 2010 ₁

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

farhan.aprian@gmail.com

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.

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

panel surya dan memanfaatkan kemampuan kapasitas puncak dari karakteristik panel, diharapkan efisiensi daya keluaran ke beban dapat maksimum.

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,

⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = exp 0 1 0 S rs p ph p kTAn qV I n I n I (1) [2]

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,

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ₋ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ = T T kA qE T T I I r G r rr rs 1 1 exp 3

(2) [2] 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,

(

)

[

]

1000 s T T k I Iph= scr+ i − r (3) [2]

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

(2)

I-V dise pent den FF den day Pma sehi day dari pv η glob sury dibu kara disi sury para ditu P M Sh M O N Se F D Ga P M S M ( O ( N yang mengh ebut maximum ting lainnya gan persamaan sc oc mpp mpp I x V I x V F = gan menggun a dari sel su x I x Voc sc = x ingga efisiens a yang dihasi i cahaya yang d cahaya P P_max = Nilai ef bal dalam men ya. Dalam utuhkan bebera akteristik yang mulasikan. Da ya New Tomo ameter panel su unjukkan pada t Tabel 1 Param Parameter Maximum Power (P hort Circuit Curre Maximum Power C Open Circuit Voltag Nominal Voltage (V eries Connection ( Fill Factor (FF) Dimensi panel sury

ambar 3 Peranc

Tab

Parameter

Maximum Power ( Short Circuit Curr Maximum Power C (Imax)

Open Circuit Volta (Voc)

Nominal Voltage (

hasilkan arus m power poi dari sel sury n, p nakan fill f urya didapat d FF x i sel surya y lkan dari sel datang (P cahaya), fisiensi ini y nentukan kual perancangan apa parameter g sesuai deng alam tugas ak orrow TYPE urya New Tom tabel 1.

meter panel surya

Pmax) ent (Isc) Current (Imax) ge (Voc) Vmax) (ns) ya cangan simulasi TYPE 50 Wa bel 2 Perbanding Data shee (Pmax) 50 Wa rent (Isc) 3,2 A Current 3 A age 21,6 V (Vmax) 17,2 V dan tegangan int (MPP). K ya yaitu fill (4 factor maka dari persamaan (5 yang didefinisi (Pmax) dibagi , (6 ang menjadi litas performan simulasi pa untuk mendap gan datasheet

khir ini digun 50 Watt-Peak orrow TYPE 5 a New Tomorrow Nilai 50 Watt 3,2 Ampere 3 Ampere 21,6 Volt 17,2 Volt 36 cell 0.75 640mm×68

panel surya New tt-Peak gan data panel

a et Hasil simulasi att 50 Watt 3,2 A 2,94 A V 21,04 V V 16,99 V n maksimum Karaktersitik factor (FF), 4) [3] maksimum n, 5) [3] ikan sebagai dengan daya 6) tolak ukur nsi suatu sel anel surya, patkan kurva panel yang nakan panel k. Beberapa 50 Watt-Peak w 50WP e 80mm×38mm w Tomorrow i Error 0 % 0 % 1,03 % 1,02 % 1,01 % Si gambar panel ditunju III. M Ma sistem teganga Cara k operasi sehingg surya dengan tingkat Sis sepenu yang d Salah sistem tegang panel. beruba bekerja Gam Sis alat el berupa switch dengan daya m IV. PE M M CL Se terhubu blok di G imulasi pemod r 3 dan perban surya New ukkan pada tabe

AXIMUM PO aximum Power untuk menc an dan arus ke kerja sistem M i/kerja pada ku ga sistem kon untuk memb n kemampuan t intensitas cah stem Maximu uhnya adalah dapat menguba satu metode m MPPT adala gan sampai d Mengingat pe ah-ubah setiap a dinamis dala D a y a ( W a tt) Max mbar 2 Kurva Pa Cahaya stem MPPT d ektronik. Has a duty ratio (D ing transistor n mengatur nil maksimum dar ERANCANGA ENGGUNAK ENGGUNAK LIMBING ecara umum ung dengan s iagram dibawah Vsen Is PV Gambar 3 Blok delan panel s ndingan pemo Tomorrow el 2. OWER POINT r Point Tracke cari point (t eluaran pada p MPPT adalah d urva karakterist nverter dc-dc bangkitkan da panel surya aya. um Power P sebuah rangk ah-ubah titik op mudah yang ah dengan m ditemukannya erubahan level p waktu, dihara am mencari tit 1000 W/m 2 750 W/m 2 500 W /m2 250 W/m 2

imum power point (m

anel Surya P-V D a Yang Berbeda-diimplementa sil keluaran a D) yang selanju pada konver lai D diharap d i panel surya. AN DAN KAN KONVER KAN METOD desain sistem istem MPPT h ini. Konv L Pulse MPPT Controller sen Diagram Konfig urya ditunjukk delan dengan TYPE 50 W T TRACKER er (MPPT) ada titik) maksim enggunaan pan dengan mengu tik P-V dari pa dapat memak aya maksimum pada setiap p Point Tracker kaian devais e perasi dari pan dapat diterapk menaikkan/men titik daya m l illuminasi su ap sistem MP tik daya maksi

Tegangan pp)

Dengan Level Ilu -Beda[4]. sikan ke dala lat elektronik utnya digunak rter DC-DC. S dapat menemu SIMULASI RTER BUCK DE MODIFIE m panel sur ke beban dit verter Buck-Boost C gurasi Sistem M kan pada datasheet Watt-Peak R (MPPT) alah suatu mum dari nel surya. ubah titik anel surya ksa panel m sesuai perubahan (MPPT) elektronik nel surya. kan pada nurunkan maksimal un power PT dapat imum. (V) uminasi am suatu k tersebut kan untuk Sehingga ukan titik MPPT K BOOST ED HILL rya yang tunjukkan LOAD MPPT

(3)

Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS, Juni 2010 ₃

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).

D D V V in out − = 1 (7) [5]

Untuk pemilihan nilai parameter kapasitor pada konverter bekerja dalam keadaan CCM maka desain C lebih besar dari Cmin, sedangkan bila bekerja dalam

keadaan DCM maka desain C lebih kecil dari Cmin seperti

terlihat pada persamaan (12),

f x R x V V x D C L ripple out = min

(8) [5]

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).

(

)

f x R D L L b 2 1− 2 = (9) [5]

Pada tugas akhir ini digunakan konverter dc-dc buck-boost 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

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.

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),

) ( ) ( ) (k V k x I k P = (10) [6] ) 1 ( ) ( ) ( − = k P k P slope S (11) [6]

nilai S dibutuhkan untuk menentukan besar/kecilnya nilai D yang digunakan sebagai switching transistor. Seperti dijelaskan pada flowchart dibawah.

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

(4)

diha mak flow G untu step tega ∆P ∆V berb dari den (s S dibu men tega peru untu Vref k V ( tega Seb bera naik titik D d arap dapat m ksimum daya. wchart dibawah Gambar 6 Flow Dalam me uk menghitung p daya terhad angan terhadap ) ( ) (k =P k −P ) ( ) (k =V k − V Dalam per beda dengan m i perbandingan gan perubahan ( ( ) k V k P slope ∆ ∆ = Untuk mem utuhkan juga p nggunakan pe angan dapat b ubahan duty r uk menemukan ) ( ) ( ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ∆ ∆ = k V k P ef k V baru k) = ( Bila nilai angan naik un aliknya, jika arti tegangan p k maka nilai D k mpp dan seb dikurangi untuk mempercepat Seperti terlih h. Sampel V P(k) = V( ∆V(k) = V(k ∆P(k) = P(k D(k) = D(k) + STA PW Con Perhitunga S = ∆P(k) Perhitu Perubahan Vref = (∆P(k Nilai Tegan V(k)_baru= V(k wchart Metode M etode MHC d g nilai slope y dap waktu (dP p waktu (dV(k)) ) 1 (k− P

) 1 (k− V rhitungan slop metode sebelum n perubahan s n tegangan tega ) ) k k mpercepat per perbaikan varia ersamaan (15) berubah secar ratio yang dig n titik MPP. 3 ⎦ ⎤ Vref lama + ) sinyal (slope) ntuk mendapat nilai sinyal panel surya ak (duty cycle) d aliknya jika ni k mencapai titik respon pen hat jelas pros

V(k), I(k) k) × I(k) k) - V(k-1) k) - P(k-1) + Dstep × S ART WM trol an Slope ) / ∆V(k) ungan Tegangan k) / ∆V(k))3 ngan Baru k)_lama+ Vref

Modified Hill Cli

diperlukan jug yaitu paramete P(k)) dan peru ). (1 (1 e pada metod mnya. Nilai s step daya terh angan terhadap

(1

rubahan respon abel step tegan ) dan (16) v ra cepat sehin gunakan seba (1

(1 ) bertanda po tkan nilai mpp (slope) bertan kan turun. Jika ditambahkan un ilai slope turun k mpp. ncarian titik sesnya pada imbing [6] ga parameter er perubahan ubahan step 12) 13) de ini sedikit lope didapat hadap waktu p waktu. 14) [6] n duty ratio gan. Dengan variable step ngga respon agai tracking 15) [6] 16) [6] ositif, berarti p yang baru. nda negatif, a nilai slope ntuk mencari n maka nilai C Sim De Gam Konve Gam Sistem MPPT modifie Sedang perban metode diambi modifie effisien climbin output disajika berubah = 0.1 s dari 40 sekon. illumin output Gam mulasi Panel engan Metode mbar 7 Diagram rter Buck-Boost

mbar 8 Hasil Sim m MPPT Mengg dengan M Gambar 7 m menggunakan ed hill climbin gkan gambar dingan antara e. Dari perband il kesimpulan ed hill climbi n dibanding ng. Untuk kur sistem tanpa M an jika terjadi h dari 1000 W sekon dan leve 00 W/m2 menj

Sehingga d nasi sun pow dari sistem MP mbar 9 Effisiensi Surya Mengg e Modified Hill m Simulasi Sistem t Dengan Metode mulasi Perbandin gunakan Metode Metode Classic H merupakan dia n konverter buc ng menggunak 8 adalah h sistem MPPT dingan antara 2 n dengan m ing proses tra

menggunakan rva warna “hij MPPT. Dalam perubahan lev W/m2 menjadi 4 el illuminasi s jadi 1000 W/m dapat disimpu wer mempenga PPT i vs Illuminasi Su Watt gunakan Sistem l Climbing m MPPT Mengg e Modified Hill

ngan Kurva Daya e Modified Hill c Hill Climbing agram simulas ck-boost denga kan program s hasil running T menggunaka 2 metode terse menggunakan acking titik M n metode cla au” adalah ku hasil simulasi vel illuminasi s 400 W/m2 pad sun power beru m2 pada waktu ulkan perubah aruhi perubah un Power saat B m MPPT unakan Climbing a Output climbing si sistem an metode simulator. simulasi an kedua ebut dapat metode MPP lebih assic hill urva daya plot daya un power a waktu t ubah lagi u t = 0.3 han level han daya Beban 15

(5)

Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS, Juni 2010 ₅ 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 data-data 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.

Tabel 4 Data Beban Tiap Model Rumah

Ruang Beban Rumah Ke – (Watt) 1 2 3 4 5 Teras 5 5 5 5 5 Tamu 20 20 20 20 20 Kamar 1 5 5 5 5 5 Kamar 2 5 5 5 5 5 Kamar 3 5 5 - 5 - Kamar Mandi - 5 5 5 5 TV 21” - - - 100 100

Tabel 5 Profil Beban Harian Model Rumah

Jam Beban Rumah Ke- (Watt)

1 2 3 4 5 01.00 15 20 15 20 15 02.00 15 20 15 20 15 03.00 15 20 15 20 15 04.00 20 20 15 25 15 05.00 15 10 20 20 20 06.00 10 0 10 0 0 07.00 0 0 0 0 0 08.00 0 0 0 0 0 09.00 0 0 0 0 0 10.00 0 0 0 0 0 11.00 0 0 0 0 0 12.00 0 0 0 0 0 13.00 0 0 0 100 100 14.00 0 0 0 100 100 15.00 0 0 0 100 100 16.00 0 0 0 100 100 17.00 25 25 25 125 125 18.00 40 45 40 145 125 19.00 40 45 40 145 135 20.00 40 45 40 145 135 21.00 40 45 40 145 135 22.00 35 40 35 145 135 23.00 20 20 15 140 115 24.00 15 20 15 20 15 TOTAL(Wh) 345 390 340 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.

(6)

Tabel 6 Daily Storage Tiap Model Rumah

Model Rumah Daily Battery

Rumah ke-1 32,59 Ah

Rumah ke-2 36,8 Ah

Rumah ke-3 32,08 Ah

Rumah ke-4 143,14 Ah

Rumah ke-5 132,3 Ah

Jika ditotal 5 beban rumah 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

(143,14 / 500) = 28,6%

Sehingga desain battery storage menggunakan konfigurasi battery paralel 5 x @ 12V / 100Ah

• Desain battery untuk total beban 5 model rumah - 3 × 143,14 Ah = 1130,94 ≅ 1131 Ah

(376,98 / 1850) = 20,4%

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 ke-1, 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

(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.

(7)

Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS, Juni 2010 ₇ • 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

(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

12V/100Ah @ Rp. 900.000 = Rp. 1.300.000 - Charge Control (Regulator) = Rp. 750.000

- 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

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.

(8)

VI. 1. 2. 3. 4. 5. 6. VII Sist Sist DAFTAR PU Ikbal M., “In Grid”, Progra Yu G.J., Yun two-mode M comparative Direct Solar e Roger A. M Systems Eng Washington D Fangrui Liu, Duan, Membe Climbing MP Converter, pa Rashid, M.H Academic Pre Peftitsis D., MPPT Metho Based on H Electrical Ma II. BIOGRAFI

tem Tenaga den tem Tenaga. USTAKA nterkoneksi Sis am studi teknik ng Y.S., Choi MPPT contro study of exis energy, 2004. esseger and J geneering”, 2n DC, 2004. Yong Kang, er, IEEE, Com PPT Methods age 804, 2008. H, "Power ess. Canada, 20 Adamidis G. od for Photovo Hill Climbing achines, 2008. I PENULIS Farhan Jakarta 1986 s empat Apris d dari SM diterim Elektro 2007 Teknik mengam ngan konsentra stem Photovol k elektro, ITB, J.Y., Kim G.S ol Algorithm sting algoritm Jerry Ventre,”P nd Edition, CR , Yu Zhang mparison of P& for Grid-Co Electronics 001. , Balouktsis A oltaic Generat g Algorithm”, n Aprian di a pada tanggal sebagai anak bersaudara da dan Nurani. S MUN 1 Tuban ma di jurusan o FTI-ITS dan melanjutkan k Elektro FTI-I mbil bidang s asi Desain dan

ltaic dengan 2008. S., “A Novel based on ms”, Science Photovoltaic RC PRESS, and Shanxu &O and Hill onnected PV

Handbook", A., “A New tion Systems , IEEE on lahirkan di 31 Oktober kedua dari ari pasangan Setelah tamat tahun 2004, D3 Teknik n pada tahun di jurusan ITS. Penulis studi Teknik n Manajemen