SKRIPSI
PENGARUH KINERJA MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) TERHADAP
POTENSI DAYA LISTRIK PADA TURBIN ANGIN Simulasi Menggunakan MATLAB-SIMULINK
Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Energi
Oleh : AIDIL BAHARI NIM : 130402064
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Saat ini, berbagai sumber daya energi terbarukan terus dikembangkan
untuk suplai tambahan kebutuhan listrik di dunia. Energi angin merupakan salah
satu energi terbarukan yang hingga kini masih dikembangkan agar dapat
menyumbangkan listrik dengan efisiensi yang semakin baik. Energi angin memiliki
potensi yang besar untuk dimanfaatkan, termasuk di Indonesia. Pemanfaatan energi
angin memiliki kendala pada kecepatan angin yang berubah-ubah. Oleh karena itu,
berbagai cara mulai dikembangkan para peneliti untuk dapat menghasilkan energi
listrik yang semakin baik dari sumber daya angin tersebut. Maximum Power Point
Tracking (MPPT) merupakan salah satu solusi yang saat ini digunakan dan terus
dikembangkan untuk menghasilkan daya yang semakin baik pada pembangkit
listrik tenaga angin.
Pada tugas akhir ini, penulis membahas tentang pengaruh kinerja MPPT
terhadap potensi daya listrik pada turbin angin. Melalui pengontrolan MPPT ini,
akan didapat output generator yang tersambung dengan boost converter pada
kecepatan yang konstan. Penelitian diakukan dengan menggunakan software
simulasi Matlab-Simulink. Hasil yang didapat ialah, MPPT mampu melacak dan
menghasilkan daya output yang dengan efisiensi yang cukup baik dari pengontrolan
MPPT pada turbin angin melalui boost converter tersebut yaitu 63.75% saat
kecepatan angin 10 m/s, 53.10% saat kecepatan angin 11 m/s, dan 73.39% saat
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji syukur ke hadirat Allah SWT, maka skripsi ini
telah disusun dalam rangka memnuhi kewajiban penulis sebagai salah satu syarat
untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam penelitian ini, penulis ingin
menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada orang tua tercinta,
ayahanda Drs. Amrizal dan ibunda Ir. Elfi Diana Lubis yang telah begitu banyak
memberikan pengorbanan untuk membesarkan, mendidik, memberikan kasih
saying, cinta, bimbingan dan semanggat kepada penulis. Penulis juga mengucapkan
terimakasih untuk kakak-kakakku tercinta dr. Sari Anggraini, drg. Sarah Amelia,
dan Selly Amanda, S.T. yang selalu memberikan dorongan dan semangat pada
penulis.
Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bimbingan dan
pengarahan dari berbagai pihak. Oleh karena itupada kesempatan kali ini penulis
ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Eddy Warman, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir
yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberi
bantuan,bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama penyusunan
skripsi ini. Terima kasih sebesar-besarnya penulis ucapkan untuk beliau.
2. Bapak Ir. Raja Harahap, M.T. dan bapak Ir. Syamsul Amien, M.Si. selaku
Dosen Penguji
4. Bapak Dr. Ir. Fahmi, S.T., M.Sc., IPM. selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro USU dan Bapak Ir. Rahmat Fauzi, M.T. selaku Sekretaris
Departemen Teknik Elektro FT USU
5. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro,
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
6. Asisten Laboratorium Konversi Energi, Alvi Handika Siregar dan
Laboratorium Analisis Sistem Tenaga, Chairul Makhfuzh Ash Siddiq yang
telah memberi banyak masukan sehingga skripsi ini dapat terselesaikan
dengan baik
7. Teman-teman terdekat dikampus yaitu Only Us yang beranggotakan Ryan
Pratama Siregar, Alvi Handika Siregar, Fachry Maulana, Muhammad
Faisal, Kemal Syafrizal Arun, Muhammad Hanafi, dan Dona Tiara lubis
atas bantuannya dan saran selama penulis menjalani perkuliahan hingga
menyelesaikan skripsi ini
8. Teman-teman seperjuangan tugas akhir dengan tema energi terbarukan yang
tidak kenal lelah berdiskusi untuk saling membantu dan mengajari yaitu
Kemal Syafrizal Arun, Arifin, Taufik Alfajri Zulhelmi, dan Juliansyah
Harahap hingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik
9. Teman-teman satu grup game dota penulis yang sering memberi inspirasi
kepada penulis yang beranggotakan Muhammad Hanafi, Muhammad
Irsyaad, Fachriansyah, Sulviawan Ramadhan, Wirahadi Gumelar, Ahmad
Taufik, Randy Irawan, dan Taufik Alfajri Zulhelmi
10.Teman-teman stambuk 2013 lainnya: Nurullah Salim, Akbar Maulana,
Muhammad Barri Siregar, dan teman-teman lain yang tidak dapat penulis
sebutkan satu per satu
11.Mega Ratu Pertiwi yang selalu memberi semangat dan motivasi kepada
penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik
12.Teman-teman terbaik penulis yaitu baboon yang beranggotakan, Miftah
Fauzan Putra, Sayyid Fakhri, Aidil Fahrendy, Ridho Adjie, Rochmad
Siddhiqie, Angga Hidayatullah, Yoga Phalovey, Adi Prima, Edward
Anugrah, Jordan, Jefri Nasution, Muthia Faradiba, Minadia Purba, Namira
Sani, Regina Novita, Anita Simanjuntak, Tika Oktaviani, Marini, dan
Zakwanul Ilanah, yang memacu semangat penulis dari awal perkuliahan
hingga penulis menyelesaikan skripsi
13.Semua abang-kakak senior, terkhusus abang-kakak senior yang mau
berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis
14.Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis
ucapkan terima kasih
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu
diharapkan saran dan kritik yang membangun untuk skripsi ini. Penulis berharap
semoga skripsi ini dapat memberikan sumbangsih dalam pengembangan ilmu
pengetahuan yang berguna bagi fakultas, bangsa dan negara.
Medan, 30 Mei 2017
Penulis,
Aidil Bahari
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... x
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 2
1.4 Batasan Masalah... 2
1.5 Manfaat Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Turbin Angin ... 4
2.2 Sistem Konversi Energi Angin... 5
2.3 Karakteristik Turbin Angin ... 7
2.4 Jenis-Jenis Turbin Angin ... 8
2.4.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal ... 9
2.4.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal ... 10
2.4.4 Turbin Angin Kecepatan Berubah ... 12
2.5 Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) ... 14
2.6 Maximum Power Point Tracking (MPPT) ... 16
2.6.1 Konverter Elektronika Daya ... 16
2.6.1.1 Three Phase Diode Rectifier ... 17
2.6.1.2 Konverter Step-Up (Boost Converter) ... 17
2.6.2 Pengontrolan MPPT dengan Hill-Climb Search (HCS) ... 18
BAB III METODE PENELITIAN ... 4
3.1 Tempat dan Waktu ... 22
3.2 Data dan Peralatan... 22
3.3 Pelaksanaan Penelitian ... 22
3.4 Variabel yang Diamati ... 23
3.6 Metoda Kerja Maximum Power Point Tracking (MPPT) ... 25
BAB IV HASIL DAN ANALISIS ... 29
4.1 Umum ... 29
4.2 Model Rangkaian ... 30
4.2.1 Parameter dan Blok Diagram Simulasi ... 30
4.2.2 Sistem Kerja MPPT ... 30
4.3 Hasil dan Simulasi ... 35
4.3.1 Rangkaian Simulasi Turbin Angin dengan MPPT ... 35
4.3.3 Melihat Karakteristik P-t, V-t, dan I-t antara sebelum MPPT dan sesudah
MPPT ... 38
4.3.3.1 Karakteristik V-t Turbin Angin dengan MPPT dan Boost Converter ... 38
4.3.3.2 Karakteristik I-t Turbin Angin dengan MPPT dan Boost Converter ... 39
4.3.3.3 Karakteristik P-t dan Efisiensi Daya Turbin Angin dengan MPPT dan Boost Converter ... 40
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 44
5.1 Kesimpulan ... 44
5.2 Saran ... 45
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Angin ... 5
Gambar 2.2 Kurva Karakteristik Daya Pada Turbin Angin ... 7
Gambar 2.3 Kurva Karakteristik Cp ... 8
Gambar 2.4 Komponen Utama Turbin Angin Sumbu Horizontal ... 9
Gambar 2.5 Jenis-Jenis Turbin Angin Sumbu Vertikal ... 11
Gambar 2.6 Skematik Diagram Pembangkit Tenaga Angin Kecepatan Tetap ... 12
Gambar 2.7 Skematik Diagram Pemangkit Tenaga Angin Kecepatan Berubah ... 14
Gambar 2.8 Rangkaian Umum Dioda 3 fasa ... 18
Gambar 2.9 Skema Boost Converter ... 18
Gambar 2.10 Sistem Konversi Energi Angin dengan Pengontrolan HCS ... 19
Gambar 2.11 Struktur Sistem Pengontrolan dengan HCS Lanjutan ... 21
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 23
Gambar 3.2 Diagram Alir MPPT ... 28
Gambar 4.1 Blok Diagram Simulasi ... 30
Gambar 4.2 Diagram Blok MPPT dengan Pengontrolan HCS ... 31
Gambar 4.3 Fungsi Keanggotaan Logika Fuzzy pada MPPT ... 33
Gambar 4.4 Rangkaian Simulasi Turbin Angin dengan PMSG ... 34
Gambar 4.6 Rangkaian Turbin Angin dengan MPPT ... 35
Gambar 4.7 Karakteristik Turbin Angin pada Simulasi... 36
Gambar 4.8 Kurva V-t Sebelum dan Sesudah MPPT ... 38
Gambar 4.9 Kurva I-t Sebelum dan Sesudah MPPT... 39
Gambar 4.10 Kurva P-t Sebelum dan Sesudah MPPT Saat Kecepatan Angin 12 m/s ... 40
Gambar 4.11 Kurva P-t Sebelum dan Sesudah MPPT Saat Kecepatan Angin 11 m/s ... 41
Gambar 4.12 Kurva P-t Sebelum dan Sesudah MPPT Saat Kecepatan Angin 10 m/s ... 42
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Parameter Turbin Angin Pada Simulasi ... 29
Tabel 4.2 Parameter PMSG Pada Simulasi ... 29
Tabel 4.3 Parameter Boost Converter Pada Simulasi ... 30
