1
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Listrik merupakan salah satu sumber energi utama yang sangat penting dalam kehidupan sehari-hari, baik untuk kebutuhan rumah tangga, instansi pemerintah maupun industri. Jika digunakan untuk pembangkit listrik, energi terbarukan memiliki potensi yang sangat besar. Rencana Usaha Penyediaan Tenaga Listrik PT PLN (Persero) 2019-2028 menyebutkan bahwa saat ini di Indonesia memiliki target untuk pembangunan pembangkit listrik energi baru dan terbarukan sebesar 23% (RUPTL PLN, 2019). Salah satu sumber energi terbarukan yang dapat digunakan untuk menghasilkan listrik yaitu energi surya (Hamonangan, 2019).
Sistem panel surya merupakan salah satu bidang yang sangat menarik untuk diteliti. Namun, sistem ini memiliki kelemahan yaitu efisiensi konversi energinya rendah (Hamonangan, 2019). Energi matahari yang diterima di permukaan bumi menyumbang 69% dari total energi yang dipancarkan matahari.
Pasokan energi matahari yang diterima di permukaan bumi sangat besar, jumlahnya mencapai 3072 Joule per tahun, yang setara dengan 2034 Watt. Jumlah energi ini setara dengan 10.000 kali konsumsi energi dunia saat ini. Dengan kata lain, apabila 0,1% permukaan bumi ditutupi dengan panel surya dengan efisiensi 10% sudah dapat memenuhi kebutuhan energi dunia saat ini (Winarno, 2017).
Panel surya memiliki banyak kekurangan dalam aplikasi konvensional terutama dalam hal efisiensi keluaran yang relatif rendah, yang disebabkan oleh perbedaan karakteristik antara panel surya dengan bebannya. Faktor utama yang mempengaruhi jumlah energi listrik yang dihasilkan oleh panel surya yaitu iradiasi matahari dan suhu pengoperasian panel surya. Inilah yang menyebabkan energi menjadi non-linier (Aprian, 2010).
Terdapat permasalahan lain yaitu ketika modul panel surya menerima iradiasi matahari yang bervariasi karena perubahan cuaca atau kondisi lingkungan setempat, akan muncul bayangan parsial (partial shading), sehingga panel surya tertutup oleh bayangan awan, bangunan, atau pohon. Situasi ini akan
2 mengakibatkan penurunan daya keluaran panel surya (Achmad, 2016). Dari permasalahan tersebut, diperlukan suatu teknologi yang dapat memaksimalkan penggunaan panel surya tersebut untuk mengkonversi energi matahari (Aprian, 2010). Untuk memanfaatkan daya panel secara maksimal, tegangan dari panel surya harus disesuaikan, karena sel surya memiliki diagram karakteristik antara tegangan, daya, dan arus. Penyesuaian ini biasanya menggunakan konverter yang dikontrol algoritma yang disebut Maximum Power Point Tracking (MPPT) (Suryoatmojo, 2017). Bagian utama dari MPPT adalah rangkaian konverter DC- DC dan algoritma pengontrol. Terdapat tiga metode utama dalam mengontrol MPPT yaitu metode konvensional, metode kecerdasan buatan, dan metode hybrid (Hamonangan, 2019).
Penelitian ini dilakukan dengan membandingkan dua metode kecerdasan buatan agar dapat dibandingkan sistem mana yang dapat menghasilkan nilai daya keluaran yang lebih tinggi. Metode kecerdasan buatan (artificial intelligence) yang dipilih adalah Logika Fuzzy. Terdapat 3 macam sistem inferensi fuzzy yaitu Tsukamoto, Mamdani, dan Sugeno (Saputri, 2019). Namun, pada penelitian ini dilakukan perbandingan antara dua metode yaitu Mamdani dan Sugeno. Logika Fuzzy Mamdani memiliki kelebihan yaitu lebih memperhatikan kondisi yang akan terjadi untuk setiap daerah fuzzynya, sehingga menghasilkan hasil keputusan yang lebih akurat (Bova, 2010). Logika Fuzzy Sugeno memiliki kelebihan yaitu menggunakan perhitungan matematika sederhana dalam perancangannya (Saputri, 2019). Perbandingan antara metode-metode ini dilakukan untuk menentukan efisiensi sistem yang lebih tinggi agar dapat diterapkan pada sistem panel surya.
1.2. Perumusan Masalah
Perumusan masalah pada tugas akhir adalah sebagai berikut.
1. Bagaimana mendesain MPPT berbasis Logika Fuzzy Mamdani dan Sugeno pada Matlab R2018b Simulink?
2. Apakah penggunaan Logika Fuzzy Mamdani pada MPPT dapat mempercepat pelacakan titik daya maksimum bila dibandingkan dengan Logika Fuzzy Sugeno?
3 3. Berapa efisiensi yang diperoleh panel surya saat kondisi normal dan
partial shading?
1.3. Tujuan
Penelitian tugas akhir ini memiliki tujuan sebagai berikut.
1. Merancang MPPT berbasis Logika Fuzzy Mamdani dan Sugeno pada Matlab R2018b Simulink.
2. Membandingkan kecepatan pelacakan titik daya maksimum antara Logika Fuzzy Mamdani dan Sugeno dalam pengaplikasiannya pada MPPT.
3. Menganalisis efisiensi yang diperoleh panel surya saat kondisi normal dan partial shading.
1.4 Manfaat
Penelitian tugas akhir ini memiliki manfaat sebagai berikut.
1. Memberikan referensi dalam memilih metode pengendali MPPT yang lebih efisien.
2. Digunakan sebagai arahan untuk mengembangkan MPPT di masa depan.
1.5 Kerangka Penelitian
Kerangka penelitian merupakan sebuah gambaran yang akan dilakukan selama penelitian agar dapat mencapai tujuan. Kerangka penelitian pada tugas akhir ini menggunakan diagram fishbone yang ditunjukkan pada Gambar 1.1.
Gambar 1.1 Kerangka penelitian (Penulis, 2021)
4 Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan 4 alat yaitu Maximum Power Point Tracking (MPPT), panel surya, baterai, dan buck converter. Faktor utama yang mempengaruhi kinerja MPPT adalah arus dan tegangan maksimum panel surya. Faktor utama yang mempengerahui kinerja panel surya adalah iradiasi matahari dan suhu lingkungan. Faktor utama yang mempengaruhi baterai adalah tegangan nominal, State of Charge (SOC), dan kapasitas pengecasan.
Faktor utama yang mempengaruhi kinerja buck converter adalah duty cycle, tegangan riak, arus riak, frekuensi penyaklaran, dan daya output. Pada penelitian ini dilakukan perancangan tiga sistem yaitu MPPT tanpa kendali AI, berbasis Logika Fuzzy Mamdani, dan berbasis Logika Fuzzy Sugeno. Pada ketiga rangkaian ini, faktor yang mempengaruhi kinerja sistem adalah tegangan, arus, dan daya. Setelah dilakukan perancangan tiga sistem, maka dilakukan 4 jenis pengujian yaitu pengujian variasi iradiasi dengan suhu konstan, pengujian variasi suhu dengan iradiasi konstan, pengujian variasi iradiasi dan variasi suhu menggunakan data Kota Samarinda, dan pengujian bayangan parsial (partial shading). Hasil penelitian yaitu berupa perbandingan efisiensi dari ketiga sistem yang telah dirancang.
