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

Transkripsi

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 Pembangkit Listrik Bahan Bakar Fosil Harga Mahal Merusak Lingkungan Sumber Energi Alternatif Solar Sel Keuntungan Dapat diperbaruhi Ramah Lingkungan Diperlukan Metode/Teknologi Kekurangan Efisiensi Daya Masih Rendah Beberapa metode 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 dengan tanpa menggunakan MPPT

4 MANFAAT PENELITIAN Diperoleh suatu metode untuk mendapatkan nilai daya output yang maksimum pada solar sel terhadap perubahan irradiasi i dan temperatur t sehingga dpt dapat meningkatkan efesiensi solar sel.

5 BATASAN MASALAH 1. Model konverter yang digunakan adalah Konverter dc dc tipe boost. 2. Menggunakan Fuzzy Logic Control tipe mandani 3. Pengambilandata dilakukanmelalui k llisimulasi idengan 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 W/m 2 dan beban resistive.

6 TINJAUAN PUSTAKA Contoh Aplikasi solar sel Untuk mendapatkan tegangan yang lebih besar maka Solar Sel dihubungkan secara seri. Untuk mendapatkan arus yang lebih besar maka Solar Sel dihubungkan secara paralel.

7 Rangkaian Ekivalen Solar Sel Gambar 2.3. 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. Sistem Panel lsurya 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 L ) Resistor yang dirangkai seri (R S ) Faktor kualitas diode (A) yang menjadi parameter variable. Fk Faktor diode d iniitergantung darijenissel surya yang digunakan

10 DATA SIMULASI Tabel 4.1. Data teknik panel solar sel Temperature T 25 C Daya Maksimum Pm 50 W Arus pada Daya Maksimum Imp 2.91 A Arus hubung singkat ISC A Tegangan rangkaian terbuka Tegangan pada daya maksimum VOC V Vmp V Fill factor (FF) ff 0.71

11 Hasil simulasi panel S1 S2 S1=1KW/m2 S2=0,8KW/m2 S3=0,6KW/m W/m 2 Arus [A] S3 PV Power [W] W/m W/m Tegangan [V] PV Voltage [V] Gambar 4.2. Karakteristik Tegangan dan Arus PV Gambar 4.3. Karakteristik Tegangan dan Daya PV

12 Tabel 4.2. Daya Maksimum hasil simulasi PV No. Irradiasi Temperatur (Watt/m²) ( C) I mp(ampere) V mp(volt) Pmaks (Watt)

13 Simulasi Panel Solar Sel Tanpa Menggunakan MPPT Irradiasi 800 W/m 2 dan beban 20 ohm Am mper/ Volt / Watt Tegangan Arus Daya Waktu (Detik) Gambar 4.4. Kurva keluaran dari panel surya tanpa menggunakan MPPT Parameter V out I out P out P max Efisiensi Tracking Daya Max Hasil Simulasi Volt 1.019Ampere Watt Watt %

14 Simulasi Panel Solar Sel Tanpa MPPT Dengan Nilai Beban Yang Berubah Daya (W att) Tanpa MPPT 1000 W/m W/m W/m Resistansi (Ohm) Gambar 4.5 Daya keluaran dengan beban variasi

15 PEMODELAN MPPT MENGGUNAKAN FLC DAN BOOST CONVERTER PADA SOLAR SEL Model Sistem Gambar 3.1. Diagram blok desain yang diusulkan

16 MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) 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 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( (Kapasitor) 33.59µF Parameter Boost konverter L = C f V f I s s o in. k. ΔI. k. ΔV C (3.8) (3.9)

18 FUZZY LOGIC CONTROL Nama = FLC Metode implikasi = min Tipe = mamdani Metode Defuzzifikasi = centroid FLC Tujuan Mendapatkan duty cycle untuk daya maksimum Vpv 1 2 Ipv FLC 1 Duty Cycle [k] Gambar 3.9. Blok FLC dalam simulink MATLAB

19 Variabel Masukan FLC Tegangan Derajat Keanggotaa an MFs Input FLC VVS VS S M BVBVVB Vpv Gambar Fungsi keanggotaan input tegangan Nama = Tegangan Interval = [0 24] Jumlah lhmfs = 7 MF1 = VVS : trimf, [ ] MF2 = VS : trimf, [ ] MF3 = S : trimf, [ ] MF4 = M : trimf, [ ] MF5 = B : trimf, [ ] MF6 = VB : trimf, [ ] MF7 = VVB : ti trimf, [ ]

20 Variabel Masukan FLC Arus Derajat Keangg gotaan MFs Input FLC VVS VS S M B VB VVB Arus Gambar Fungsi keanggotaan input arus Nama = Arus Interval = [0 4] Jumlah MFs = 7 MF1 = VVS : trimf, [ ] MF2 = VS : trimf, [ ] MF3 = S : trimf, [ ] MF4 = M : trimf, [ ] MF5 = B : trimf, [ ] MF6 = VB : trimf, [ ] MF7 = VVB : trimf, [ ]

21 Variabel Keluaran FLC Duty Cecle Derajat Keangg gotaan VVS MFs Output FLC VS SMB VB VVB Duty Cycle (k) Gambar 3.12 Fungsi keanggotaan ouput duty cycle Nama = Duty Cycle Interval =[0 0.45] Jumlah MFs = 7 MF1 = VVS : trimf, [ ] MF2 = VS: trimf, [ ] MF3 = S : trimf, [ ] MF4 = M : trimf, [ ] MF5 = B : trimf, [ ] MF6 = VB : trimf, [ ] MF7 = VVB : trimf, [ ]

22 Tabel 31Aturan 3.1 Dasar FLC I V VVS VS S M B VB VVB VVS VVS VVS VVS VS VVS VVS VS VS VVS VVS VVS VS S M B 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

23 HASIL SIMULASI MENGGUNAKAN MPPT Tegangan [Volt] Hasil simulasi menngunakan MPPT dengan irradiasi 1000 dan beban 12 Ohm Waktu [Detik] Gambar 4.6 Tegangan keluaran sistem panel surya dengan MPPT 2.03 Arus Keluaran Pada Beban 12 Ohm dengan Irradiasi 1000 W?m Arus [Ampe er] Waktu [Detik] Gambar 4.7 Arus keluaran sistem panel surya dengan MPPT

24 Daya [Watt] Daya Keluaran Pada Beban 12 Ohm Dengan Irradiasi 1000 W/m 2 Tabel 4.4 Hasil simulasi menngunakan MPPT dengan irradiasi 1000 dan beban 12 Ohm Daya Masukan Parameter Tanpa Daya Keluaran Waktu [Detik] Gambar 4.8 Daya keluaran sistem panel surya dengan MPPT MPPT MPPT Vout V V Iout 1.67 A A Pout W W Pmax 50 W 50 W Frekuensi 20 khz Duty Cycle (k) 0.26 Efisiensi MPPT 66.6% % Kenaikan eff %

25 Simulasi Panel Solar Sel Dengan Menggunakan MPPT Vo pada beban 14 Ohm Arus Keluaran Pada Beban 14 Ohm Tegangan [Volt] Arus {Amper] Waktu [Detik] Waktu [Detik] 45 Daya Keluaran Pada Beban 14 Ohm Dengan Irradiasi 800 W/m 2 Parameter Tanpa MPPT Dengan MPPT Daya [Watt] Daya Masukan Daya Keluaran Vout V V Iout 1.42 A 1.68 A Pout W Pmax W Frekuensi 20 khz Duty Cycle (k) 0.24 Waktu [Detik] Efisiensi MPPT 70.75% % Kenaikan ef. PPT %

26 Simulasi Panel Solar Sel Dengan Menggunakan MPPT- 600 W/m 2 Keluaran Tegangan Pada Beban 20 Ohm Dengan Irradiasi 600 W/m 2 Keluaran Arus Pada Beban 20 Ohm Dengan Irradiasi 600 W/m^ Tegangan [Volt] Arus [Amper] Waktu [Detik] Waktu [Detik] Keluaran Daya Pada Beban 20 Ohm Dengan Irradisi 600 W/m 2 Parameter Tanpa MPPT Dengan MPPT Vout V V Daya a [Watt] Waktu [Detik] Iout 0.99 A 1.19 A Pout W Pmax W W Frekuensi 20 khz Duty Cycle (k) 0.22 Efisiensi MPPT % % Kenaikan Efisiensi % MPPT

27 Simulasi Panel Solar Sel Menggunakan MPPT Dengan Nilai 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 Day ya (Watt) Po --> 1000 W/m 2 Po --> 800 W/m 2 Po --> 600W/m Resistansi (Ohm) Gambar Daya keluaran dengan beban variasi

28 4.4. Perbandingan Hasil Simulasi Menggunakan MPPT dan tanpa MPPT 50 MPPT dan Tanpa MPPT 40 MPPT dan Tanpa MPPT Daya (W Watt) MPPT1 20 Tanpa MPPT MPPT Resistansi (Ohm) Daya (W Watt) MPPT1 Tanpa MPPT MPPT Resistansi (Ohm) Gambar Daya keluaran untuk irradiasi Gambar 4.17 Daya keluaran untuk irradiasi W/m 2 W/m 2 30 MPPT dan Tanpa MPPT 25 tt) Daya (Wa MPPT1 Tanpa MPPT MPPT Resistansi (Ohm) Gambar 4.18 : Daya keluaran untuk irradiasi 600 W/m 2

29 Perbandingan Daya Hasil Simulasi Menggunakan MPPT dan Daya Puncak Power(W Watt) Ppeak Pmppt 0.5 Arus (Am mper) Ipeak Imppt Insolation (Watt/m 2 ) Vpeak Vmppt Insolation (Watt/m 2 ) Vo oltage(volt) Insolation(Watt/m 2 )

30 Tabel 4.7. Perbandingan daya puncak dan daya hasil MPPT Irradiasi Ppuncak P MPPT Duty Cycle η MPPT 300 W/m W W % 400 W/m W W % 500 W/m W W % 600 W/m W W % 700 W/m W W % 800 W/m W W % 900 W/m W W % 1000 W/m W W % (k)

31 PENUTUP KESIMPULAN 1. Penggunaan sistem Maximum Power Point Traking (MPPT) pada 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 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. 4. Efisiensi MPPT mencapai 94,16% sampai 99,23 %

32 SARAN 1. Penelitian ini dapat dilanjutkan dengan mengaplikasikan pada peralatan peralatan l yang tersedia di lb 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. 4. Dengan menggunakan metode yang lain, diharapkan dapat menghasilkan metode kendali yang lebih baik pada penggunaan Solar Sel pada masa yang akan datang.

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. [2] Kyoungsoo Roo and Saifur Rahman Two-Loop Controller for Maximizing Performance of a Grid-Connected Solar Cell-Fuel Cell Hybrid Power Plant, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 13, No.3, September [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]Theodoros L, Kottas, Yiannisi 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,September2006. [5] Yiannis,Boutalist, Athanassios D, Karlis, Theodoros L, Kottas, Fuzzy Cognitive Networks+Fuzzy Controller as self adapting control system for Tracking Maximum Power Point at a PV_Array,IEEE Transactions on Energy Conversion, /06/2006 [6]I.H Altas, A.M. Sharaf, a Novel Maximum Power Fuzzy Logic Controller for Photovoltaic Solar Energy Systems, Elsevier, (2008) [7]Tom Markvart and Luis Castaner, Solar Cells : Fundamental and Applications Elsevier,Ltd [8]Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robins, Power Electronic Converters, Applications, and Design, John Wiley &Sons,Inc.

35 [9] Rashid, Muhammad H, Power Electronics Circuits, it Devices, And Applications Third Edition, Pearson Education International. [10] Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng., Tutorial Power Electronic, 2008 [11] J,-S.R. Jang.C.-T.Sun. E. Mizutani, Neuro-Fuzzy and Soft Computing, Prentice_Hall International 1997 [12] Dr. Eng. Agus Naba, Belajar Cepat Fuzzy Logic Menggunakan Matlab,Andi Yogyakarta [13] JancarleL, Santos, Fernando Antunes, Anis Chehab, Cicero Cruse, A maximum power point tracking for PV system using a high performance boost converter, solar energy, 2006

36