Pemodelan dan Simulasi Panel Surya Dengan Teknik MPPT

Transkripsi

1 Pemdelan dan Simulasi Panel Surya Dengan eknik MPP Mhammad aufik Departemen eknik Elektr FMPA Universitas Padjadjaran m.taufik@unpad.ac.id Nendi Suhendi Syafei, Bernard Y umbelaka Departemen eknik Elektr FMPA Universitas Padjadjaran Abstrak Makalah ini menyajikan pemdelan dan simulasi panel surya dengan teknik maximum pwer pint tracker (MPP). Panel surya dimdelkan dengan rangkaian yang terdiri atas sumber arus, dida, dan resistansi seri. Dua algritma MPP yaitu Perturb & Observe (P&O) dan ncremental Cnductance (nccnd) disimulasikan dengan menggunakan Matlab dan Simulink dengan data radiasi yang sebenarnya. Hasil simulasi menunjukkan efisiensi 99,% untuk algritma P&O dan 99,4% untuk algritma nccnd. Hasil memvalidasi bahwa MPP dapat secara signifikan meningkatkan efisiensi panel surya dibandingkan dengan tanpa MPP. Kata Kunci: energi terbarukan, algritma MPP, efisiensi. Abstract his paper presents mdeling and simulatin f a slar panels with maximum pwer pint tracker (MPP) technique. he mdel cnsists f a current surce, a dide, and a series resistance. w MPP algrithms are the Perturb & Observe (P & O) and ncremental Cnductance (nccnd) simulated using Matlab and Simulink with actual irradiance data. he simulatin results shw the efficiency f 99.% fr the P&O algrithm and 99.4% fr the nccnd algrithm. he results further validate that MPP can significantly imprve efficiency f slar panels cmpared t withut MPP. Keywrds: renewable energy, MPP algrithms, efficiency. PENDAHULUAN Beberapa permasalahan energi listrik di ndnesia, antara lain : (a) Knsumsi energi listrik terus meningkat yaitu sebesar 7% per tahun [1]. Meningkatnya kebutuhan masyarakat akan energi listrik ternyata tidak diimbangi dengan prduksi listrik yang memadai. (b) Rasi elektrifikasi tahun 2015 baru mencapai 85,1% [1]. Pelayanan listrik baru menjangkau pemukiman di perktaan, sementara wilayah pedesaan masih banyak yang belum terjangkau listrik. Energi Baru erbarukan (EB) merupakan sumber energi alternatif yang dapat menggantikan energi fsil yang jumlahnya semakin berkurang. Pemanfaatan EB bertujuan sebagai upaya mitigasi dampak emisi karbn yang menyebabkan pemanasan glbal, upaya mitigasi resik gejlak kenaikan harga minyak dunia, dan upaya untuk sekuriti penyediaan listrik bagi generasi mendatang. EB lebih secure dan lebih tinggi envirnmental sustainabilitynya. Salah satu sumber EB yang banyak dimiliki ndnesia adalah energi surya. Energi surya dapat diknversi menjadi energi listrik dengan menggunakan panel surya. Penelitian ini telah memdelkan dan mensimulasikan efisiensi panel surya dengan menggunakan teknik MPP (Maximum Pwer Pint racker). MEODE Panel Surya yang dipilih adalah sel surya 72 multi-kristal silikn susunan seri yang memberikan daya maksimum 150 W [2]. Penelitian lain menunjukkan mdel listrik dari panel surya dengan kmpleksitas mderat, yang ditunjukkan pada Gambar 1, memberikan hasil yang sangat akurat []. Mdel ini terdiri atas sumber arus ( SC), dida (D), dan resistansi seri (R S). Pengaruh resistansi paralel (R P) sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Untuk membuat mdel yang lebih baik, harus menyertakan efek suhu pada saat arus hubung singkat ( SC) dan arus saturasi balik dida ( 0 ). ni menggunakan dida tunggal dengan faktr dida ideal (n) yang mengatur untuk mencapai kurva -V yang terbaik. Page 6

2 Gambar 1. Rangkaian Ekuivalen digunakan dalam simulasi Matlab Persamaan berikut ini menjelaskan hubungan arus-tegangan dari sel surya [] : V R s q nk e 1 (1) dengan: adalah arus sel = arus mdul, V adalah tegangan sel = {mdul tegangan} {# sel dalam seri}, adalah suhu sel dalam Kelvin. Arus hubung singkat ini ( SC ) pertama kali dihitung pada suhu sel yang diberikan () : 1 a (2) dengan: SC di diberikan dalam datasheet (diukur dalam radiasi 1000 W/m 2 ), merupakan suhu erensi sel surya dalam Kelvin, biasanya 298K (25 0 C), dan kefisien suhu SC dalam perubahan persen per derajat suhu juga diberikan dalam datasheet. Arus hubung singkat ( SC ) sebanding dengan jumlah radiasi. SC pada radiasi yang diberikan (G) adalah : G () G G G dengan: G 0 adalah nilai nminal radiasi, yang biasanya 1 KW/m 2. Arus balik saturasi dida ( 0 ) pada suhu acuan ( ) diberikan di bawah ini dengan menambahkan faktr dida ideal : (4) qvc / nk ( e 1) Arus balik saturasi ( 0 ) tergantung suhu dan 0 pada temperatur tertentu () dihitung dengan persamaan : qeg 1 1 nk n e (5) Faktr dida ideal (n) tidak diketahui dan harus diestimasi. Dibutuhkan nilai antara satu dan dua. Namun, nilai n = 1 (untuk dida ideal) digunakan sampai nilai lebih akurat diperkirakan leh kurva fitting. Efek dari berbagai faktr ideal disimulasikan di Matlab seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Resistansi seri (R S ) dari mdul surya memiliki dampak besar pada kemiringan kurva -V mendekati tegangan rangkaian terbuka (V OC ), seperti yang ditunjukkan pada Gambar. Oleh karena itu, nilai R S dihitung dengan mengevaluasi kemiringan kurva -V di V OC. Persamaan untuk R S berasal : nk q d R s (6) dv e V Rs q nk Untuk tegangan rangkaian terbuka, V = V OC (juga = 0) : dv nk q Rs (7) qvc d Vc nk e Page 7

3 5 4.5 n= n= Rs=0 Mdule Current (A) Mdule Current (A) Rs=5 mohm Rs=10 mohm Rs=15 mohm Mdule Vltage (V) Mdule Vltage (V) Gambar 2. Pengaruh faktr dida ideal Gambar. Pengaruh resistansi seri Akhirnya, persamaan karakteristik -V terpecahkan. Slusinya bersifat rekursif dengan dimasukkannya resistansi seri dalam mdel. Metde Newtn dipilih untuk mencapai slusi knvergensi seperti yang ditunjukkan di bawah ini : n1 n n 1 e q Rs nk V n Rs q nk e 1 V n Rs q nk (8) Gambar 4 menunjukkan karakteristik -V dari berbagai suhu panel surya dengan simulasi Matlab dan memberikan hubungan yang sesuai untuk data dari datasheet pabrikan. Gambar 5 menggambarkan titik pada kurva -V yang menghasilkan daya maksimum. itik ini disebut titik daya maksimum (MPP), di mana mdul berperasi dengan efisiensi maksimum dan menghasilkan daya utput maksimum. Hal ini dimungkinkan untuk menvisualisasikan psisi MPP dengan tepat pada persegi panjang terbesar dalam kurva -V seperti yang diilustrasikan pada Gambar 6, dan wilayahnya sama dengan daya utput yang merupakan perkalian dari tegangan dan arus. ni menunjukkan bahwa jumlah listrik yang dihasilkan leh mdul surya sangat bervariasi tergantung pada kndisi perasi. Gambar 4. Kurva -V untuk berbagai suhu Gambar 5. Simulasi kurva -V panel surya Page 8

4 HASL DAN PEMBAHASAN Gambar 6. Hubungan -V dan P-V panel surya Psisi MPP dalam kurva -V tidak diketahui sebelumnya dan selalu berubah secara dinamis, tergantung pada radiasi dan suhu. Oleh karena itu, MPP perlu dilacak dengan algritma. Ada beberapa metde yang telah diusulkan. Di antara algritma yang berbeda adalah Perturb & Observe (P & O) dan ncremental Cnductance (nccnd). Pada hari yang cerah, perubahan tingkat radiasi secara bertahap karena tidak ada pengaruh awan. Pelacakan MPP seharusnya mudah. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 7, kedua algritma mencari dan mempertahankan titik perasi panel surya sangat dekat dengan MPP tanpa banyak perbedaan dalam kinerja. Pada hari berawan, tingkat radiasi berubah cepat karena awan yang lewat. Pelacakan MPP seharusnya menantang. Gambar 8 menunjukkan jejak titik perasi panel surya untuk algritma (a) P & O dan (b) nccnd. Untuk kedua algritma, penyimpangan titik perasi dari MPP lebih jelas jika dibandingkan dengan hasil pada hari yang cerah. Gambar 8 menunjukkan bahwa algritma P & O memiliki penyimpangan sedikit lebih besar secara keseluruhan dan beberapa perilaku tidak menentu (seperti deviasi besar ditunjukkan leh panah merah). Hasil simulasi menunjukkan efisiensi 99,% untuk algritma P & O dan 99,4% untuk algritma nccnd. Hasil eksperimen menunjukkan masingmasing 96,5% dan 97,0% untuk hari berawan. Gambar 7. Pelacakan MPP pada hari yang cerah Page 9

5 PENUUP Gambar 8. Pelacakan MPP pada hari berawan Simpulan Simulasi mdel yang dikembangkan dari sistem menunjukkan bahwa mdel panel surya menggunakan rangkaian ekuivalen dalam kmpleksitas mderat memberikan pencckan baik dengan panel surya nyata. Selanjutnya, simulasi juga dilakukan untuk membandingkan dua algritma MPP menggunakan data radiasi yang sebenarnya dalam dua kndisi cuaca yang berbeda. Algritma nccnd menunjukkan lebih baik kinerja dalam hal efisiensi dibandingkan dengan algritma P & O di bawah kndisi cuaca berawan. Hasil memvalidasi manfaat dari MPP yang secara signifikan dapat meningkatkan efisiensi prduksi energi dari panel surya dibandingkan dengan sistem tanpa MPP. DAFAR PUSAKA (akses 2 Januari 2016) UNEP Water Plicy and Strategy (viewed n August 2005) hmpsn, Marry A. Reverse-Osmsis Desalinatin f Seawater Pwered by Phtvltaics Withut Batteries Dctral hesis, Lughbrugh University, 200 Page 10