SKRIPSI IMPLEMENTASI MAXIMUM POWER POINT TRACKER (MPPT) PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN MENGGUNAKAN METODE PERTURB AND OBSERVE

Transkripsi

1 SKRIPSI IMPLEMENTASI MAXIMUM POWER POINT TRACKER (MPPT) PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN MENGGUNAKAN METODE PERTURB AND OBSERVE Disusun sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Program S-1 Pada Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta Disusun oleh : HAMMAMI AHMAD ZAINI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA 2016 i

2 HALAMAN PERNYATAAN Yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : Hammami Ahmad Zaini NIM : Jurusan : Teknik Elektro Menyatakan bahwa : Semua yang ditulis dalam naskah skripsi ini merupakan hasil karya tulis saya sendiri dan bukan menjiplak hasil karya dari pihak manapun, kecuali dasar teori yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Hasil skripsi yang Saya buat disusun sebagai salah satu syarat untuk menyandang gelar Strata Satu (S1) di Perguruan Tinggi. Demikian surat pernyataan ini Saya buat agar dapat digunakan sebagaimana mestinya. Yogyakarta, 1 Oktober 2016 Menyatakan, Hammami Ahmad Zaini ii

3 MOTTO Maka nikmat Tuhan-mu yang manakah yang kamu dustakan?. (QS. AR- RAHMAN:13) Barang siapa yang menempuh jalan untuk mencari suatu ilmu. Niscaya Allah memudahkannya ke jalan menuju surga. (H.R Turmudzi)....Jika kamu bersabar dan bertakwa, maka sesungguhnya yang demikian itu termasuk urusan yang (patut) diutamakan. (QS. Ali Imran:186) Bekerjalah engaku untuk menyebarkan Islam karena itu sesungguhnya merupakan kewajiban para penguasa di muka bumi ini. Kedepankan kepentingan agama diatas kepentingan lain apapun (Muhammad Al Fatih) Aku meminta kekuatan dan Allah memberikanku kesulitan untuk membuatku semakin kuat. (Shalahuddin Al-Ayyubi). iii

4 PERSEMBAHAN Karya Tugas Akhir ini kupersembahkan untuk : Ibu dan Ayah, yang selalu memberikan cinta tulus tanpa syarat dan tanpa batas kepadaku, iv

5 KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr.Wb. Syukur alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT atas rahmat, taufik, kesehatan, kecerdasan dan bermacam nikmat yang diberikan-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan pembuatan skripsi yang berjudul IMPLEMENTASI MAXIMUM POWER POINT TRACKER (MPPT) PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN MENGGUNAKAN METODE PERTURB AND OBSERVE. Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh kaeran itu penulis memohon maaf apabila terjadi kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Penulis juga menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, sangatlah sulit bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. Dengan penuh rasa syukur dan kerendahan hati, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada : 1. Allah SWT karena atas izin-nya skripsi ini dapat terselesaikan 2. Bapak Ir. Agus Jamal M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. 3. Bapak Dr. Ramadoni Syahputra, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing I tugas akhir yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama pembuatan, dan penyusunan laporan ini. 4. Bapak Rama Oktawiyagi, S.T., M.Eng., selaku Dosen Pembimbing II tugas akhir yang telah memberikan arahan, pembelajaran dan bimbingan dengan v

6 penuh kesabaran kepada penulis selama melakukan proses perencanaan, pembuatan, dan penyusunan skripsi ini. 5. Bapak Muhamad Yusvin Mustar, S.T., M.Eng., selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan masukan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 6. Kedua orang tua tercinta Bapak Cecep Abdul Kodir dan Ibu Umayah S.Pd. atas semua pengorbanan, doa, semangat, dukungan materil dan nonmateril yang kalian berikan. Serta adik saya, Farhah Dzikrotun Nafisah atas doa, semangat dan bantuannya, 7. Sahabat Trafo Konslet, Anggit, Arief, Ardhi, Dany, Galuh, Novangga, Nurriza, dan Sigit yang telah banyak memberikan bantuan, motivasi dan dukungannya, 8. PH JAA 2015, Ichwan, Fikri, Fauzan, Yoga, Nissa, Rahma, Hana, Okta, Nurul, Agis, Umi, Nani, Aisyah dan Nabilah atas doa dan dukunganya, 9. Teman-teman Teknik Elektro 2012 yang selalu memberikan semangat, 10. Keluarga KKN 04, Agem, Fidel, Fathur, Apri, Fauzi, Rosyid, dan Dimas yang telah memberikan semangat dan doa, 11. Teman-Teman HIMMAKA Yogyakarta, UKM Pramuka UMY, dan UKI JAA UMY, yang selalu memberikan semangat, 12. Dan semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang juga turut memberikan dukungan dan doa hingga terlaksananya penyelesaian skripsi ini. Penulis berharap semoga yang sudah direncakan dapat terlaksana dan tidak terlepas dari Qodrat dan Irodhatnya Allah Subhanahu Wata ala. vi

7 Akhir kata, semoga Allah Subhanahu Wata ala membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga laporan skripsi ini membawa manfaat bagi ilmu pengetahuan. Yogyakarta, 1 Oktober 2016 Penulis DAFTAR ISI Judul Skripsi... i Lembar Pengesahan I... ii vii

8 Lembar Pengesahan II... iii Lembar Pernyataan... iv Abstrak... v Abstract... vi Motto... vii Persembahan... viii Kata Pengantar... ix Daftar Isi... xii Daftar Gambar... xiv Daftar Tabel... xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Sistematika Penulisan Laporan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Tinjauan Pustaka Dasar Teori Angin Pemanfaatan Energi Angin Kandungan Energi Angin Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin Turbin Angin Pemodelan Turbin Angin Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) Penyearah Konverter DC-DC Buck Converter Boost Converter Buck Boost Converter Cuck Converter Sepic Converter Baterai (Aki) Maximum Power Point Tracker (MPPT) Algoritma Perturb and Observe Inverter MATLAB BAB III METODOLOGI PERANCANGAN viii

9 3.1 Sumber Data Alat dan Bahan Penelitian Diagram Alur Penelitian Prosedur Penelitian Data Karakteristik Turbin Angin Pemodelan Sistem Model Boost Konverter Implementasi Algoritma Perturb and Observe Analisis Sistem Turbin Angin BAB IV HASIL DAN ANALISIS Pemodelan Sistem Turbin Angin Implementasi Algoritma Perturb and Observe Analisis Validitas Analalisis Sensitivitas Hasil Pemodelan Sistem Turbin Angin Hasil Pemodelan Sistem Tanpa dilengkapi MPPT dan dengan dilengkapi MPPT Hasil Pemodelan Pembangkit Listrik Tenaga Angin Analisis Pengaruh karakteristik Terhadap Daya Keluaran Sistem Turbin Angin Pengaruh Laju Angin terhadap Daya keluaran Sistem turbin Angin Perbandingan Sistem Turbin Angin dengan dan tanpa MPPT BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Ilustrasi laju Angin... 9 Gambar 2.2 Grafik daya output terhadap angin Gambar 2.3 Turbin angin sumbu horizontal dan vertikal ix

10 Gambar 2.4 Penyearah Jembatan Gelombang Penuh 3 Phasa Gambar 2.5 Bentuk Gelombang Penyearah Penuh 3 Phasa Gambar 2.6 Rangkaian DC Chopper Tipe Buck Gambar 2.7 Rangkaian DC Chopper Tipe Buck dengan MOSFET ON Gambar 2.8 Rangkaian DC Chopper Tipe Buck dengan MOSFET OFF Gambar 2.9 Rangkaian DC Chopper Tipe Boost Gambar 2.10 Skema Boost Converter beserta Keluaranya Gambar 2.11 MOSFET Boost Converter ON Gambar 2.12 MOSFET Boost Converter OFF Gambar 2.13 Gelombang keluaran DC Chopper Tipe Boost Gambar 2.14 Rangkaian DC Chopper Tipe Buck Boost Gambar 2.15 Rangkaian DC Chopper Tipe Cuck Gambar 2.16 Rangkaian DC Chopper Tipe Sepic Gambar 2.17 Instalasi baterai dan pengisiannya Gambar 2.18 Karakteristik daya output dan torsi turbin angin dengan MPPT Gambar 3.1 Flowchart Penelitian Gambar 3.2 Rangkaian Boost Konverter Gambar 3.3 Posisi dp/dv yang berbeda pada kurva daya Gambar 3.4 Flowhchart Metode Perturb and Observe Gambar 4.1 Diagram Blok Sistem Gambar 4.2 Blok Simulink Sistem Turbin Angin Gambar 4.3 Parameter Turbin Angin Gambar 4.4 Model Wind Turbine Gambar 4.5 Jenis Rotor PMSG Gambar 4.6 Parameter PMSG Gambar 4.7 Parameter Penyearah Gambar 4.8 Rangkaian Boost Converter pada simulink Gambar 4.9 Keluaran Boost Converter Gambar 4.10 Parameter Baterai Gambar 4.11 Parameter Inverter Gambar 4.12 Flowchart Algoritma Perturb and Observe Gambar 4.13 Grafik Pengaruh Laju Angin Terhadap Daya Keluaran Sistem Turbin Angin Gambar 4.14 Model Sistem Turbin Angin tanpa MPPT Gambar 4.15 Model Sistem Turbin Angin dengan MPPT Gambar 4.16 Grafik Hubungan Daya keluaran dengan hambatan ohm dengan laju angin 4,5 m/s Gambar 4.17 Grafik Hubungan Daya keluaran dengan hambatan ohm dengan laju angin 6,5 m/s x

11 Gambar 4.18 Grafik Hubungan Daya keluaran dengan hambatan ohm dengan laju angin 7 m/s Gambar 4.19 Grafik Hubungan Daya keluaran dengan hambatan ohm dengan laju angin 8,5 m/s Gambar 4.20 Grafik Hubungan Daya keluaran dengan hambatan ohm dengan laju angin 9 m/s Gambar 4.21 Grafik Hubungan Daya keluaran dengan hambatan ohm dengan laju angin 10 m/s Gambar 4.22 Rangkaian Pembangkit Listrik Tenaga Angin pada Simulink dilengkapi MPPT Gambar 4.23 Grafik Tegangan pada Beban Gambar 4.24 Grafik Arus pada Beban Gambar 4.25 Grafik SOC Gambar 4.26 Grafik Perbandingan Laju Angin dengan Laju Rotor Turbine Gambar 4.27 Perbandingan daya listrik sistem turbin angin dengan dan tanpa MPPT DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Kondisi Angin Tabel 2.2 Standar kelas laju angin Tabel 3.1 Data performa turbin angin xi

12 Tabel 3.2 Tabel Variabel Boost Converter Tabel 4.1 Uji Validitas algoritma Perturb and Observe Tabel 4.2 Uji Sensitivitas algoritma Perturb and Observe Tabel 4.3 Daya Beban Resistance Tanpa MPPT dan Menggunkan MPPT untuk Laju Angin 4,5 m/s Tabel 4.4 Daya Beban Resistance Tanpa MPPT dan Menggunkan MPPT untuk Laju Angin 6,5 m/s Tabel 4.5 Daya Beban Resistance Tanpa MPPT dan Menggunkan MPPT untuk Laju Angin 7 m/s Tabel 4.6 Daya Beban Resistance Tanpa MPPT dan Menggunkan MPPT untuk Laju Angin 8,5 m/s Tabel 4.7 Daya Beban Resistance Tanpa MPPT dan Menggunkan MPPT untuk Laju Angin 9 m/s Tabel 4.8 Daya Beban Resistance Tanpa MPPT dan Menggunkan MPPT untuk Laju Angin 10 m/s Tabel 4.9 Pengaruh Laju Angin Terhadap Laju Rotor dan Daya Keluaran dengan beban resistance 200 Ω xii

13 1