OPTIMALISASI SEL SURYA MENGGUNAKAN MAXIMUM POWER POINT TRACKER (MPPT) SEBAGAI CATU DAYA BASE TRANSCEIVER STATION (BTS)

Transkripsi

1 PTMAA E URYA MENGGUNAKAN MAXMUM PWER PNT TRACKER (MPPT) EBAGA CATU DAYA BAE TRANCEER TATN (BT) Aries Pratama Kurniawan Jurusan Teknik Elektro - FT, nstitut Teknologi epuluh Nopember Kampus T, Keputih - ukolilo, urabaya /6 Abstrak : Photovoltaic (P) atau sel surya dapat digunakan sebagai sumber daya bagi peralatan listrik, misalnya pompa air, T, radio, dan tak terkecuali Base Transceiver tation (BT). P digunakan pada BT di daerah yang belum mendapat suplai listrik PN atau daerah yang mengalami masalah kontinuitas pasokan listrik. P memiliki kelemahan yaitu daya yang dihasilkan akan mengikuti beban yang terhubung pada P, sehingga daya rata-rata yang dihasilkan akan rendah. Hal ini berakibat pada rasio daya yang rendah. BT yang akan menggunakan P sebagai sumber pasokan daya, harus dilengkapi juga dengan baterai, sebagai pendukung sel surya memberikan daya pada BT. Pada tugas akhir ini MPPT yang digunakan adalah MPPT pengukuran tegangan open circuit untuk mengatasi permasalahan perubahan daya, dan menggunakan baterai sebagai pendukung P. Hasil simulasi menunjukkan, P tanpa baterai dengan MPPT memiliki rasio daya sebesar 61.2 %, dan P tanpa baterai yang tidak menggunakan MPPT memiliki rasio daya sebesar 5.9 %. edangkan P-baterai yang menggunakan MPPT memiliki rasio daya sebesar 74.6 % dan P-baterai tanpa MPPT memiliki rasio daya sebesar 5.3 %. Berdasarkan hasil rasio daya rata-rata yang telah didapat, kita dapat menyimpulkan bahwa P yang menggunakan MPPT memiliki rasio daya rata-rata yang lebih besar daripada rasio daya rata-rata P yang tidak menggunakan MPPT. Kata kunci : P, MPPT, beban, baterai, rasio daya 1. PENDAHUUAN Cadangan energi fosil yang semakin menipis dan munculnya krisis energi menjadikan manusia berlomba untuk mencari sumber energi alternatif. alah satu energi alternatif yang sangat melimpah dan murah adalah cahaya matahari. Photovoltaic (P) atau yang lebih dikenal sebagai sel surya merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Penggunaan P sebagai salah satu pembangkit tenaga listrik dewasa ini semakin sering kita jumpai, diantaranya sebagai pengisi baterai sepeda listrik, pemanas air, dan juga sebagai pembangkit tenaga listrik yang akan dihubungkan langsung ke jala- jala PN. P juga dapat digunakan sebagai sumber daya pada BT [6] yang berada pada daerah yang belum terdapat jaringan listrik PN. Penggunaan P pada BT yang berada di daerah yang tidak terjangkau jaringan listrik akan sangat membantu operator jaringan seluler menjaga kualitas layanan telepon seluler, karena BT tetap dapat beroperasi walaupun daerah tersebut belum terdapat jaringan listrik PN. Penggunaan P juga tidak bisa lepas dari masalah, masalah yang dihadapi adalah daya keluaran dari P yang seringkali tidak mencapai maksimal dari daya maksimal yang sebenarnya bisa dikeluarkan oleh P [1]. Besarnya beban yang terhubung pada P sangat mempengaruhi daya keluaran P. Agar P dapat mengeluarkan daya yang mendekati daya maximum point (disebut juga daya maximum nameplate), maka P harus dihubungkan dengan MPPT. MPPT yang digunakan adalah MPPT pengukuran tegangan open circuit. Pada tugas akhir ini akan disimulasikan P yang akan dihubungkan dengan beban, adapun beban disini adalah BT. istem P dan beban ini dilengkapi juga dengan baterai ead Acid [1] yang berfungsi untuk membantu sel surya memberikan daya pada BT. 2. KARAKTERTK P, MPPT, RA DAYA 2.1 Karakteristik P [2] el surya atau P merupakan suatu devais semikonduktor yang dapat menghasilkan listrik jika diberikan sejumlah energi cahaya. Adapun karakteristik besarnya daya yang dapat dikeluarkan oleh P bergantung pada besarnya intensitas cahaya yang mengenai permukaan P dan suhu pada permukaan P [2], gambar 1 dan gambar 2 menunjukkan pengaruh besarnya intensitas cahaya matahari dan suhu pada sel surya. Gambar 1. Pengaruh ntensitas Cahaya Matahari terhadap el urya Grafik - (kiri) dan Grafik P- (kanan)

2 2/6 Gambar 2. Pengaruh uhu terhadap el urya Grafik -(kiri) dan Grafik P- (kanan) ( T )( 1+ K ( T 1 )) T 1 T1 G C T1, nom = (3) / ( ) = ( ) G( nom) (4) = ( C ( T 2) C ( T1) )/( T2 T1 ) (5) 3 / n ( qg / nk ( 1/ T 1/ T1 )) = ( T1) ( T / T1 ) e (6) K C T 1) 1 = /( e ) (7) ( T1) C( T1) q ( / nkt R = d / d 1/ X (8) C X qc ( T 1) / nkt1 = q nkt e (9) ( T1) / 1 Pada Tugas Akhir ini digunakan panel surya BPX6 dengan spesifikasi ditunjukkan pada tabel.1 dengan keluaran daya maksimum 6 Watt dan terdiri dari 36 Pdengan diode jenis crystalline yang dirangkai secara seri. Tabel. 1 parameter panel surya BPX-6 Gambar 3. Perubahan Titik Kerja P yang Diakibatkan Perubahan Beban Jika P disambungkan pada beban yang bervariasi akan menghasilkan keluaran daya yang berbeda-beda, tergantung pada besarnya nilai hambatan beban tersebut [2]. Berdasarkan gambar 3 kita dapat mengetahui bahwa titik kerja P akan berubah sesuai dengan perubahan nilai hambatan beban. Berdasarkan grafik tersebut kita juga dapat mengetahui terdapat suatu titik kerja optimal, sehingga didapatkan daya maksimal. Titik kerja tersebut adalah pada mp, dan mp, dan akan menghasilkan Pmax Pemodelan P [2] yang kita gunakan pada tugas akhir ini dapat dilihat pada gambar 4. Gambar 4. Rangkaian Ekivalen P (el urya) Persamaan yang didapat dari rangkaian P pada gambar 4 adalah : + R q + R nkt = C e 1 (1) RP Dalam persamaan diatas, besarnya hambatan paralel kita asumsikan sangat besar [3], sehingga persamaan untuk model arus output sel surya adalah : q( + R )/ nkt = e 1 (2) ( ) Untuk mendapatkan besar tegangan dan arus dengan nilai tertentu pada sel surya [4], maka harus dilakukan pemasangan P secara seri dan paralel. Persamaan arus keluaran P model: M M M M M M C + R = C 1 exp C N Mt (1) Dimana : M C = N (11) M C C = N R C M M N = N PM M PM t = nkt / q C C C R C Gambar 5. Model el urya pada Matlab (12) (13) (14)

3 3/6 2.2 MPPT Pengukuran Tegangan pen Circuit [2] Maximum Power Point Tracker (MPPT) digunakan untuk mendapatkan nilai tegangan dan arus yang optimal sehingga didapat daya keluaran yang maksimal dari suatu sel surya. Daya keluaran yang maksimal ini akan menghasilkan rasio daya yang tinggi dan mengurangi rugirugi suatu sel surya Adapun prinsip kerja dari MPPT (gambar 6) adalah menaikkan dan menurunkan tegangan kerja sel surya. Apabila dalam suatu sistem sel surya, tegangan kerja sel surya jatuh pada daerah disebelah kiri mp (tegangan kerja lebih kecil daripada tegangan mp), maka tegangan kerja sel surya akan dinaikkan sampai mencapai mp, begitu juga sebaliknya apabila tegangan kerja sel surya lebih besar daripada mp (tegangan kerja lebih besar daripada mp), maka tegangan kerja sel surya akan diturunkan sampai mencapai mp. etelah mencapai tegangan maximum point, secara otomatis daya keluaran pada sel surya juga akan menjadi maksimal. Adapun yang bertugas untuk menaikkan dan menurunkan tegangan adalah DC/DC konverter Tidak tart Ukur rad Hitung oc Hitung mp Ukur in pada Buck Boost Ya Hitung Duty Cycle =mp Didapat Daya max point top Gambar 8. Flowchart MPPT Pengukuran Tegangan pen Circuit Gambar 6. Menaikkan dan Menurunkan Tegangan Kerja Menuju mp Dalam tugas akhir kali ini akan digunakan MPPT pengukuran tegangan open circuit. Metode ini menggunakan pendekatan linier antara mp dan oc (gambar 8). = K (15) MP Buck-Boost konverter [5] digunakan untuk menaikkan dan menurunkan tegangan DC. Adapun gambar rangkaian dari buck boost konverter diperlihatkan pada gambar 7. C Adapun persamaan yang digunakan untuk mencari besarnya tegangan output : Besarnya Arus output : D = (16) 1 D in D = 1 (17) D in Buck-Boost konverter ini dioperasikan pada mode CCM (Continous Conduction Mode), oleh karena itu parameter komponen yang digunakan diperoleh melalui persamaan : = ( 1 D) 2 f 2 R min (18) edangkan untuk besarnya nilai kapasitor kita gunakan persamaan : D C = (19) R f Gambar 7. Gambar Rangkaian Buck-Boost

4 4/6 Gambar 9. Blok MPPT pada Matlab Gambar 1. Konverter Buck Boost pada Matlab 2.3 Rasio Daya P [2] Rasio daya P adalah perbandingan antara daya beban dengan daya max nameplate dengan cara membagi daya beban dengan daya maksimal yang bisa dikeluarkan oleh P. emakin tinggi nilai rasio daya, maka semakin baik dan semakin efisien kinerja dari suatu P. Rasio Daya Rata-Rata diberikan oleh persamaan (2): n 1 Pi η T = (2) n i= 1 P max 3. KNFGURA P, MPPT, BATERA, DAN BEBAN (BT) [6] istem BT Tenaga urya [6] yang digunakan pada tugas akhir ini diperlihatkan pada gambar 7. istem BT Tenaga urya yang diperlihatkan oleh gambar 6 terdiri dari 5 bagian penting, diantaranya adalah: P, MPPT, Baterai, Beban (BT), dan BU DC. Pemodelan pada Matlab dari P, MPPT, Buck-Boost, Baterai, Beban, dan DC BU, ditunjukkan oleh gambar 12. Gambar 12. imulasi eluruh istem P, MPPT, Buck Boost, Baterai, Beban, dan BU DC 4. PENGUJAN TEM DAN ANA DATA 4.1 Nilai-Nilai Parameter dalam imulasi uhu yang digunakan = 25 C - Daya Wattpeak P = 4 W (aat intensitas cahaya matahari = 1 W/m 2 - Tegangan P = 48 volt (saat kondisi wattpeak) Buck Boost - nduktor =.177 mh - Kapasitor = 6.77 mfarad - Frekuensi switching = 1 khz Baterai - Tegangan = 48 volt - Ah Baterai = Ah Beban (BT) berupa Resistor = ohm 4.2 Pengujian Model P Dihubungkan dengan MPPT dan Beban Bervariasi Pengujian ini dilakukan dengan menghubungkan model P dengan hambatan yang nilainya berubah dari.1 ohm sampai 4 ohm. Pengujian ini dilakukan pada dua kondisi, yakni sebelum menggunakan MPPT dan setelah menggunakan MPPT. Adapun data yang akan dianalisis adalah rasio daya P sebelum dan sesudah menggunakan MPPT. Pengujian dan analisis dilakukan pada tiga keadaan intensitas sinar matahari yakni 6 W/m 2, 8 W/m 2, dan 1 W/m 2. Gambar 11. istem BT Tenaga urya dilengkapi MPPT dan Baterai Bagian-bagian yang ada pada gambar 11 akan disimulasikan pada Matlab. Gambar keseluruhan dari P, Buck-Boost, MPPT, Baterai, Beban, dan DC BU akan digambarkan pada gambar12. Gambar 13. Daya Beban tanpa MPPT dengan nilai hambatan sebesar 3 ohm dan rad = 6 W/m 2

5 5/6 4.3 Pengujian Model P Dihubungkan dengan MPPT dan BT yang Dilengkapi Baterai ead Acid Pengujian ini dilakukan dengan menghubungkan P dengan beban BT, besarnya nilai resistansi dari beban BT ini adalah hm, kemudian dihubungkan dengan baterai ead Acid. Pengujian dilakukan pada dua kondisi, yakni tanpa MPPT dan menggunakan MPPT. Adapun data yang akan dianalisis adalah rasio daya P sebelum dan sesudah menggunakan MPPT. Pengujian dan analisis dengan menggunakan tiga keadaan intensitas sinar matahari yakni 6 W/m 2, 8 W/m 2, dan 1 W/m 2. Gambar 14. Daya Beban menggunakan MPPT dengan nilai hambatan sebesar 3 ohm dan rad = 6 W/m 2 Tabel. 2 Rasio Daya Rata-Rata tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT dengan Beban Bervariasi rad (W/m^2) Rasio Daya (%) Rasio Daya ratarata tanpa MPPT (%) Grafik Rasio Daya Rata-Rata s ntensitas Cahaya Matahari Rasio Daya rata-rata tanpa MPPT ntensitas (W/m^2) Rasio Daya ratarata dengan MPPT (%) Rasio Daya rata-rata dengan MPPT Gambar 15. Rasio Daya Rata-Rata tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT dengan Beban Bervariasi Analisis Rasio Daya Rata-Rata P tanpa Baterai Berdasarkan tabel 4.8, rasio daya rata-rata P adalah Rasio Daya Rata-Rata tanpa MPPT = 5.9 % Rasio Daya Rata-Rata menggunakan MPPT = 61.2 % Dari hasil simulasi P tanpa baterai yang dihubungkan dengan beban bervariasi, MPPT terbukti dapat meningkatkan rasio daya rata-rata P karena sebelum menggunakan MPPT, P memiliki rasio daya rata-rata sebesar 5.9 %, sedangkan setelah menggunakan MPPT rasio daya rata-rata P meningkat menjadi 61.2 %. Penggunaan MPPT pada P dapat digunakan untuk mengatasi perubahan daya yang diakibatkan perubahan dari beban yang terhubung pada P Gambar 16. Daya Beban dan Daya Baterai dengan MPPT dan rad = 1 W/m 2 Tabel. 3 Analisis Data Daya P Dihubungkan dengan Beban dan Baterai Daya (W) rad Pmax P P tanpa P P dengan (kw/m^2) mppt mppt Grafik Daya P s olar nsulation olar nsulation (kw/m^2) Pmax Daya output tanpa MPPT Daya ouput dengan MPPT Gambar 17. Daya P Tanpa MPPT dan Daya Beban dengan MPPT Dihubungkan dengan Beban dan Baterai Berdasarkan gambar 17, kita dapat mengetahui daya P yang menggunakan MPPT lebih besar daripada daya P yang tidak menggunakan MPPT.

6 6/6 Tabel. 4 Rasio Daya P Rata-Rata tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT dengan Beban dan Baterai rad (kw/m^2) Rasio Daya (%) Rasio daya tanpa MPPT (%) Grafik Rasio Daya s olar nsulation olar nsulation (kw/m^2) Rasio Daya tanpa MPPT Rasio daya dengan MPPT (%) Rasio Daya dengan MPPT Gambar 18. Rasio Daya P Rata-Rata tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT dengan Beban dan Baterai Berdasarkan gambar 18, kita dapat mengetahui P yang menggunakan MPPT memiliki Rasio daya lebih besar daripada P yang tidak menggunakan MPPT. Rasio daya Rata-rata tanpa MPPT = 5.31% Rasio daya Rata-Rata dengan menggunakan MPPT = 74.59% Dari hasil simulasi P yang dihubungkan dengan beban dan baterai, MPPT terbukti dapat meningkatkan rasio daya rata-rata P karena sebelum menggunakan MPPT, P memiliki rasio daya rata-rata sebesar 5.31 %, sedangkan setelah menggunakan MPPT rasio daya rata-rata P meningkat menjadi %. Jadi MPPT berfungsi untuk meningkatkan rasio daya dari P yang dihubungkan dengan beban dan baterai, rasio daya yang tinggi akan mengurangi rugi-rugi yang timbul pada P. DAFTAR PUTAKA [1] Messenger, Roger A. entre, Jerry, Photovoltaic ystems Engineering, second edition, CRC Press, 23. [2] T. Tafticht, K. Agbossou, M.. Doumbia, A. Cheriti, An improved maximum power point tracking methodfor photovoltaic systems, Elsevier Renewable Energy 33, ctober.27 [3] Walker, Geoff, Evaluating MPPT Converter Topologies Using A Matlab P Model, University of Queensland. Australia [4] Hansen, Anca D. orensen, Poul, Models for a tand- Alone P ystem, Riso National aboratory. Roskilde. December. 2 [5] Rashid M.H, Power Electronics Handbook, Academic Press, 21. [6] ndotama, urya Energi, Presentasi olar Power ystem for BT upply.urya Energi ndotama. Bandung. RWAYAT HDUP PENU Aries Pratama Kurniawan dilahirkan di Bondowoso, 11 Maret Penulis adalah putra dari pasangan (Alm) Kusno ukardjo dan (Almh) Kushati. Penulis memulai jenjang pendidikan di DN Kota Kulon Bondowoso, TPN 1 Bondowoso, serta MAN 2 Bondowoso hingga lulus tahun 26. Pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan ke jenjang perguruan tinggi dan diterima di nstitut Teknologi epuluh Nopember urabaya pada Jurusan Teknik Elektro, dan kemudian mengambil bidang studi Teknik istem Tenaga. emasa kuliah, penulis juga aktif dalam organisasi kemahasiswaan Badan Eksekutif Mahasiswa T (BEM T) dan juga sebagai Asisten aboratorium nstrumentasi, Pengukuran dan dentifikasi istem Tenaga. 5. KEMPUAN 1. MPPT dapat digunakan untuk meningkatkan rasio daya P. P tanpa baterai dengan MPPT memiliki rasio daya sebesar 61.2 %, dan P tanpa baterai yang tidak menggunakan MPPT memiliki rasio daya sebesar 5.9 %. edangkan P-baterai yang menggunakan MPPT memiliki rasio daya sebesar 74.6 % dan P-baterai tanpa MPPT memiliki rasio daya sebesar 5.3 %. 2. el surya dapat digunakan sebagai catu daya BT dengan dilengkapi baterai sebagai backup sel surya.