1. BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Energi listrik merupakan energi yang sangat penting bagi kehidupan manusia. Energi listrik yang digunakan saat ini masih berasal dari energi fosil sebagai energi primer, padahal energi yang bersumber dari fosil sudah semakin menipis dan merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbarui. Permasalahan tersebut membuat manusia berfikir untuk memanfaatkan sumber energi terbarukan dalam proses pemenuhan kebutuhan energi listrik. Sumber energi terbarukan seperti tenaga air, angin, surya, panas bumi, dan biomassa bersifat lebih ramah lingkungan karena sumber daya tersebut lebih sedikit atau bahkan tidak menghasilkan polusi yang dapat mencemari lingkungan. Selain itu, sumber energi baru terbarukan ini jumlahnya sangat melimpah dan tidak akan pernah habis karena selalu tersedia di alam (Abolhosseini, Heshmati, & Altmann, 2014). Energi surya adalah salah satu energi dengan jumlah sangat melimpah dan merata disetiap daerah sehingga energi surya dapat dimanfaatkan secara optimal baik itu dalam skala kecil (rumah tangga) hingga skala besar (Pembangkit Listrik Tenaga Surya) (Suskis & Galkin, 2013). Energi ini dapat dimanfaatkan untuk mengeringkan pakaian, mengeringkan hasil pertanian, memanaskan air, pemanasan ruangan dan pembangkit listrik. Pemanfaatan cahaya matahari sebagai pembangkit listrik terbagi dalam dua jenis yaitu termal dan photovoltaic. Pada sistem photovoltaic, radiasi cahaya matahari akan langsung dikonversikan menjadi listrik 1
melalui perangkat semikonduktor yang disebut sel surya. Sedangkan pada sistem termal, energi surya digunakan untuk memanaskan fluida atau zat tertentu yang selanjutnya fluida atau zat tertentu tersebut dimanfaatkan untuk memanaskan air, air yang panas ini akan menghasilkan uap dan digunakan untuk memutar turbin sehingga dapat menghasilkan energi listrik (Wolf, 1974). Komponen yang terdapat pada panel surya sederhana meliputi modul surya, konverter dan inverter. Komponen-koponen tersebut termasuk beban non linier. Beban non linier merupakan beban yang impedansinya tidak konstan dalam setiap periode tegangan masukan sehingga arus yang dihasilkan tidak berbanding lurus dengan tegangan yang diberikan. Beberapa contoh beban non linier diantaranya static power converter (rectifiers atau inverters), bateray charges, electronic ballast, variable frequency, electric arc furnace, thyristor ac power controllers, dan silicon controlled rectifier (SCR). Meningkatnya pengoperasian beban-beban non linier mengakibatkan terjadinya distorsi pada gelombang arus dan tegangan. Gangguan ini terjadi akibat adanya distorsi gelombang disebut harmonik. Harmonik merupakan gangguan pada sistem tenaga listrik yang mengakibatkan terbentuknya gelombang dengan frekuensi yang menyimpang dari frekuensi fundamentalnya (Rosa, 2006). Sehingga bentuk gelombang tegangan dan arus tidak sinusoidal murni lagi. Harmonik yang muncul pada sistem tenaga dapat membuat peralatan listrik menjadi cepat panas, sehingga dapat menyebabkan terjadi kegagalan isolasi yang dapat mengakibatkan kerusakan pada peralatan. 2
Selain itu, peningkatan temperatur yang terjadi juga akan mengakibatkan rugi daya pada sistem menjadi lebih besar. Penelitian ini akan membahas mengenai distorsi harmonik pada sistem standalone photovoltaic, pengaruh frekuensi switching pada inverter, pengaruh daya aktif pada beban dan pengaruh pemasangan filter pasif. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan, maka perumusan masalah yang akan dibahas pada penelitian ini adalah : 1. Bagaimana pengaruh perubahan temperatur dan radiasi matahari terhadap daya keluaran panel surya? 2. Bagaimana karakteristik harmonik pada sistem standalone photovoltaic dengan beban resistif dan induktif? 3. Bagaimana pengaruh frekuensi switching terhadap nilai THD tegangan dan arus pada sistem? 4. Bagaimana pengaruh variasi nilai beban terhadap nilai THD tegangan dan arus pada sistem? 5. Apakah filter LC dan LCL yang dirancang dapat mengurangi harmonik secara signifikan? 1.3 Batasan Masalah Berdasarkan perumusan masalah yang telah dikemukakan maka akan dibuat batasan-batasan masalah untuk spesifikasi hal-hal yang akan dibahas. Hal ini dilakukan agar pembahasan dan penulisan tugas akhir menjadi terfokuskan dan 3
sesuai dengan judul yang telah ditetapkan. Batasan-batasan masalah tersebut adalah sebagai berikut: 1. Bagian dan lingkup bahasan pada tugas akhir ini adalah harmonik pada sistem standalone photovoltaic dan filter pasif. 2. Komponen harmonik yang dibahas dan dianalisis terbatas pada komponen harmonik dasar. 3. Jenis filter yang dirancang dalam tugas akhir ini adalah filter pasif LC dan LCL. 4. Beban yang digunakan hanya beban resistif dan induktif. 5. Simulasi dilakukan dengan menggunakan software SimPowerSystem berbasis Simulink MATLAB R2015a. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dilaksanakannya penelitian ini adalah : 1. Mengetahui pengaruh perubahan temperatur dan radiasi matahari terhadap daya keluaran panel surya. 2. Mengetahui karakteristik harmonik pada sistem standalone photovoltaic dengan beban resistif dan induktif. 3. Mengetahui pengaruh frekuensi switching terhadap nilai THD tegangan dan arus pada sistem. 4. Mengetahui pengaruh variasi nilai beban terhadap nilai THD tegangan dan arus pada sistem. 4
5. Mengetahui pengaruh pemasangan filter LC dan LCL terhadap nilai THD tegangan dan arus pada sistem. 1.5 Sistematika Penulisan Sistematika yang akan digunakan untuk menyusun penulisan tugas akhir ini yakni sebagai berikut: 1. Bab I Pendahuluan Berisi mengenai latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, dan sistematika penelitian. 2. Bab II Tinjauan Pustaka dan Landasan Teori Berisi mengenai konsep dasar sistem standalone photovoltaic, filter LC dan LCL, definisi harmonik beserta indeks dan standar harmonik yang digunakan dalam penelitian. 3. Bab III Metodologi Penelitian Dalam bab ini dipaparkan metodologi penelitian yang berupa alat dan bahan penelitian, diagram alir penelitian, parameter yang digunakan dalam penelitian, dan tahapan penelitian. 4. Bab IV Hasil dan Pembahasan Berisi tentang hasil simulasi dan analisis hasil simulasi sistem standalone photovoltaic menggunakan Simulink MATLAB. 5. Bab V Penutup Berisi kesimpulan dan saran dari penulis dari hasil penelitian yang telah dilakukan. 5