PERANCANGAN STAND ALONE PV SYSTEM DENGAN MAXIMUM POWER POINT TRACKER (MPPT) MENGGUNAKAN METODE MODIFIED HILL CLIMBING

Transkripsi

1 PERANCANGAN STAND ALONE PV SYSTEM DENGAN MAXIMUM POWER POINT TRACKER (MPPT) MENGGUNAKAN METODE MODIFIED HILL CLIMBING Oleh : FARHAN APRIAN NRP Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng Vita Lystianingrum, ST, M.Sc Seminar Tugas Akhir Seminar Tugas Akhir Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro Juni 2010

2 Latar Belakang dan Permasalahan Pengguanaan panel surya untuk PLTS belakangan ini sudah umum dijumpai. Panel surya sudah mulai banyak digunakan untuk fasilitas-fasilitas umum khususnya di perkotaan. Sebagai contoh aplikasi lk panel surya untuk Penerangan Jalan Umum (PJU), Traffic light, alat peringatan untuk palang perlintasan KA, dll. Daya panel yang dipengaruhi intensitas sinar matahari yang selalu berubah-ubah. Sehingga diperlukan sebuah sistem it yang dapat menjaga daya keluaran panel surya untuk tetap konstan.

3 Aplikasi Panel Surya Untuk Lampu Lalu lintas di Kota Solo Al t i t t k l Alat peringatan untuk palang perlintasan KA

4 Batasan Masalah dan Tujuan Batasan Masalah : Mendesain sizing capacity sebuah Stand Alone PV System dalam melayani beban lokal. Menggunakan model konverter dc-dc buck-boost dengan metode Modified Hill Climbing (MHC) untuk memaksimalkan al a kerja ejapanel surya. Tujuan : Membuat sebuah pembangkit listrik tenaga surya untuk rumah-rumah penduduk yang terisolir dan letaknya jauh dari jaring distribusi listrik.

5 Sistem yang direncanakan

6 Stand Alone PV System adalah... Sebuah sistem pembangkit listrik tenaga surya yang digunakan untuk melayani beban lokal. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya

7 Sistem Maximum Power Point Tracker Secara Umum Maximum Power Point Tracker (MPPT) adalah suatu sistem untuk mencari sebuah point (titik) maksimum dari tegangan dan arus keluaran pada panel surya. Sistem ini dapat memaksa panel surya untuk membangkitkan daya hingga maksimum pada setiap perubahan level intensitas cahaya matahari. Kurva Karekteristik P V Panel Surya Dengan Level Intensitas Cahaya Yang Berbeda Beda

8 Sistem Maximum Power Point Tracker Secara Umum Sistem Maximum Power Point Tracker (MPPT) merupakan sebuah rangkaian devais elektronik yang dapat mengubah ubah titik operasi dari panel surya. Sistem Panel Surya Tanpa MPPT Sistem Panel Surya Menggunakan MPPT Kurva Karakteristik I-V dan P-V Dari Panel Surya

9 Sistem Maximum Power Point Tracker Desain panel surya yang terhubung dengan sistem MPPT ke beban ditunjukkan blok diagram dibawah ini. Blok Diagram Konfigurasi Sistem MPPT

10 Permodelan Panel Surya Permodelan secara matematik dari sebuah panel surya adalah berupa rangkaian pengganti sederhana yang terdiri dari sumber arus yang diparalel dengan diode dan resistensi pada tiap-tiap sel surya. Rangkaian Ekivalen Panel Surya Panel Surya brand New Tomorrow 50 watt peak I I I 0 rs qv 0 = npi ph npirs exp 1 ktans ph = I = rr 3 T qe G 1 1 exp Tr ka Tr T [ I scr + ki ( T Tr )] 1000 s

11 Simulasi Permodelan Panel Surya Didapat % error simulasi dari membandingkan antara nilai rating kerja panel surya pada tabel sebelumnya dengan nilai- i nilai rating kerja panel hasil dari simulasi. Simulasi Panel Surya brand New Tomorrow 50 watt peak

12 Perancangan Konverter DC DC Jenis konverter dc-dc yang digunakan adalah buck-boost. Tegangan keluaran dapat lebih besar atau lebih kecil dari tegangan masukan. V V out in ( = 1 D L = ) 1 D D b 2 x 2 f R L Rangkaian konverter buck boost yang digunakan C min = V ripple D x V x R out L x f

13 Metode MPPT Modified Hill Climbing Metode bekerja setiap terjadi perubahan daya terhadap waktu berdasarkan karekteristik kurva P-V panel. Metode Classic Hill Climbing Metode Modified Hill Climbing

14 Flowchart Metode Flowchart Metode Classic Hill Climbing Flowchart Metode Modified Hill Climbing

15 Simulasi Sistem Desain simulasi sistem panel terhubung sistem MPPT menggunakan konverter buck-boost dengan metode modified hill climbing ditunjukkan pada diagram dibawah ini. Diagram Simulasi Sistem MPPT Diagram Simulasi Sistem MPPT Menggunakan Konverter Buck-Boost Dengan Metode Modified Hill Climbing

16 Hasil Simulasi Hasil running simulasi perbandingan antara sistem MPPT menggunakan kedua t metode Sun Power 1000 W/m² Sun Power 400 W/m² Sun Power 1000 W/m² Hasil Simulasi Perbandingan Kurva Daya Output Sistem MPPT Menggunakan Metode Modified Hill climbing dengan Metode Classic Hill Climbing

17 Hasil Simulasi Sistem MPPT menggunakan metode modified hill climbing mempunyai effisiensi rata-rata sebesar 90% dari daya output maksimal panel surya. Effisiensi vs Level Illuminasi Sun Power saat Beban 15 Watt

18 Perencanaan Stand Alone PV System Stand Alone PV System adalah sebuah pembangkit listrik tenaga surya untuk daerah terisolir. Blok Diagram Stand Alone PV System Dengan MPPT Menggunakan Metode Modified Hill Climbing

19 Lokasi Pada tugas akhir ini dipilih lokasi pada daerah yang belum terdistribusi listrik secara merata. Dipilih lokasi bernama dusun Bancang yang terletak di desa Tahulu kecamatan Merakurak kota Tuban propinsi JATIM. Peta Lokasi

20 Kondisi Eksisting Kelistrikan Lokasi 500 m 1,5 2 Km kondisi kelistrikan pada lokasi saat ini kurang effisien karena daya listrik yang didistribusikan oleh PLN banyak yang hilang akibat penggunaan kabel yang terlalu panjang (losses kabel).

21 Kondisi Lokasi

22 Data Beban & Profil Beban Data beban berfungsi sebagai parameter dalam penentuan kapasitas battery, panel surya dan inverter yang akan digunakan.

23 Kapasitas Penggunaan Harian Battery Storage Model Rumah Ke-1 = 345 Watt hour Jika dipilih tegangan battery yang dipakai = 12 volt 345 Wh / 12 Volt = 28,75 Ah Diasumsikan effisiensi battery : 90 % Diasumsikan loss cable : 2 % Maka penggunaan battery harian : 28,75 0,9 x 0,98 = 32,59 Ah Dari tabel di samping dapat dilihat penggunaan battery harian untuk model rumah 1,2,3 dan 4,5 hampir sama. Maka dalam desain selanjutnya dipilih yang paling besar.

24 Desain Kapasitas Battery Storage Desain battery untuk model rumah ke-1, 2, dan ,8 Ah = 110,4 111 Ah (jika didesain mampu untuk 3 hari) - Maka dipilih kapasitas battery 12 V / 130 Ah - Sehingga % kapasitas terpakai per hari : (36,8 / 130) = 28,3% Kurva Karakteristik Depth Of Discharge (DOD) sebuah battery YUASA Untuk penggunaan DOD 28,3% diasumsikan mampu sampai 1588 cycle penggunaan (1Cycle = 1 charge dan 1 discharge = 1 hari). Jika dalam 1 tahun ada 365 hari maka lifetime battery storage dapat diperkirakan sekitar 4,44 tahun penggunaan. Sehingga dipilih desain battery storage menggunakan konfigurasi baterai paralel 2 12V / 65Ah

25 Desain Kapasitas Battery Storage Untuk model rumah ke-4 dan ke-5 menggunakan desain battery storage 5 12V/100Ah dengan konfigurasi baterai paralel Menggunakan desain battery storage 2 6V/1850Ah dengan konfigurasi baterai seri, jika diinginkan desain battery untuk total beban 5 model rumah Battery 12V / 65Ah Battery 12V/100Ah Battery 6V/1850Ah

26 Desain Kapasitas Panel Surya Desain kapasitas panel surya untuk model rumah ke 1, 2, dan 3 Dari analisa penggunaan battery harian didapat 36,8 Ah Effisiensi pada Charge Control menggunakan metode Modified Hill Climbing sebesar 90 % (36,8 Ah / 0,9) = 40,89 Ah Jika kemampuan PV full sun power di Indonesia diasumsikan sekitar 4 hour per hari maka : (40,89 Ah / 4 h) = 10,22 Ampere Jika dipilih panel surya TYPE 50 WP (50 Watt / 12 Volt) = 4,16 4,2 Ampere Sehingga untuk mencapai arus 10,22 Ampere dalam sehari maka dibutuhkan 10,22 A / 4,2 A = 2,4 3 buah Jadi, desain kapasitas panel surya untuk model rumah ke 1, ke 2, dan ke 3 membutuhkan sekitar 3 TYPE 50 WP dengan konfigurasi paralel. Desain Sistem Untuk Model Rumah Ke1, 2 dan 3

27 Desain kapasitas panel surya untuk model rumah ke-4 dan model rumah ke-5 membutuhkan sekitar 5 TYPE 100 WP dengan konfigurasi paralel. Desain kapasitas panel surya untuk melayani bebanb 5 model rumah membutuhkan sekitar 13 TYPE 100 WP dengan konfigurasi paralel Modul Panel Surya TYPE 50 WP Modul Panel Surya TYPE 100 WP

28 Desain Kapasitas Inverter Penentuan kapasitas inverter yang akan digunakan yaitu sekitar 2-3 kali besar beban puncak. Desain kapasitas inverter untuk model rumah ke-1, 2, dan 3 : Type 300 Watt Desain kapasitas inverter untuk model rumah ke-4 dan model rumah ke-5 : Type 300 Watt Desain kapasitas inverter untuk total beban 5 model rumah : Type 1000 Watt

29 Rincian Biaya Perencanaan Sistem

30 Kesimpulan Penggunaan sistem Maximum Power Point Tracker (MPPT) metode Modified d Hill Climbing pada konverter Buck-Boost B yang terhubung pada panel surya dapat memaksa sistem bekerja pada setiap level illuminasi sun power dengan effisiensi rata-rata sebesar 90%. Dari analisa rincian biaya perencanaan stand alone pv system dapat diambil kesimpulan biaya capital cost untuk model rumah ke-1, ke-2, dan ke-3 sekitar Rp ; biaya capital cost untuk model rumah ke-4 dan ke-5 sekitar Rp ; dan biaya capital cost jika untuk total beban 5 model rumah sekitar Rp Biaya investasi dalam pembuatan stand alone pv system tergolong mahal dan biaya maintenance untuk battery setiap 5 tahun, tetapi sebanding dengan hasil yang diperoleh.