1 Sistem Kontrol PV-Baterai Berbasis Fuzzy Logic untuk Pembangkit Terdistribusi Muhammad Rizal Falfi, Mochamad Ashari, Heri Suryoatmojo Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Abstrak - Energi terbarukan (renewable energy) dapat digunakan sebagai Distributed Generation System (DGS). Sistem pembangkit terdistribusi (DGS) merupakan suatu sistem dan instalasi yang langsung terhubung ke sistem distribusi. Salah satu sumber DG adalah photovoltaic (PV). Dalam pengoperasiannya PV mempunyai efisiensi rendah jika tidak dilakukan pelacakan titik daya maksimum (Maximum Power Point Tracking) atau dikenal dengan MPPT. Dalam Tugas Akhir ini dilakukan studi MPPT untuk sistem PV dengan metode artificial intelligent yaitu Fuzzy Logic. Dengan menggunakan Iradiasi matahari dan daya PV sebagai masukan dan referensi sebagai keluaran akan didapatkan daya PV maksimum. Disamping itu dibahas mengenai pemodelan boost converter, dan single phase inverter menggunakan Matlab/Simulink. Dari salah satu hasil simulasi menunjukkan pada saat irradiasi 800 W/m 2 , beban rata-rata tanpa MPPT 1392.02 Watt sedangkan daya beban rata-rata menggunakan MPPT 2719.57 Watt, rasio daya rata-rata tanpa MPPT 44.29 % dan rasio daya rata-rata menggunakan MPPT 86.53 %. Kata kunci-MPPT, pembangkit terdistribusi, PV, rasio daya I. PENDAHULUAN asalah energi mempunyai kecondongan untuk selalu meningkat dan berkembang, termasuk antara propinsi di dalam negara berkembang itu sendiri. Beberapa negara kaya diberkahi dengan sumber energi yang baru akan habis setelah beberapa dasawarsa lagi [1]. Disamping itu, perkembangan teknologi tentang sumber energi terbarukan dikombinasikan dengan berkembangnya perhatian masyarakat akan isu-isu lingkungan maka Distributed Generation System (DGS) yang terhubung dengan grid telah banyak digunakan. Cadangan energi fosil yang semakin menipis dan munculnya krisis energi menjadikan manusia berlomba untuk mencari sumber energi alternatif. Beberapa teknologi telah diterapkan dalam aplikasi distributed generation (DG) dengan berbagai sumber energi terbarukan. Diantaranya adalah turbin angin, tenaga air berskala kecil (mikrohidro), biomassa, photovoltaic (PV), dan fuel cell [2]. Salah satu sumber energi terbarukan adalah photovoltaic (PV) atau yang lebih dikenal sebagai sel surya merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Penggunaan PV juga tidak bisa lepas dari masalah, masalah yang dihadapi adalah daya keluaran dari PV yang seringkali tidak mencapai maksimal dari daya maksimal yang sebenarnya bisa dikeluarkan oleh PV[3]. Besarnya beban yang terhubung pada PV sangat mempengaruhi daya keluaran PV. Agar PV dapat mengeluarkan daya yang mendekati daya maximum point (disebut juga daya maximum nameplate) , maka PV harus dihubungkan dengan MPPT. Pada tugas akhir ini akan disimulasikan sistem MPPT dengan menggunakan artificial intelligent, berupa Fuzzy Logic Controller. Dalam sistem ini, PV disambungkan ke boost converter melalaui MPPT dan sebelum terhubung ke grid PV disambungkan melalui inverter. Sistem PV ini dilengkapi juga dengan baterai Lead Acid yang berfungsi untuk membantu sel surya memberikan daya tambahan pada grid karena kondisi tingkat iradiasi dan suhu yang tidak menentu. II. MPPT DALAM SISTEM PV-GRID A. Karakteristik PV Sel surya atau PV merupakan suatu devais semikonduktor yang dapat menghasilkan listrik jika diberikan sejumlah energi cahaya. Adapun karakteristik besarnya daya yang dapat dikeluarkan oleh PV bergantung pada besarnya intensitas cahaya yang mengenai permukaan PV dan suhu pada permukaan PV[4], Gambar 1 dan Gambar 2 menunjukkan pengaruh besarnya intensitas cahaya matahari dan suhu pada sel surya. Gambar 1. Pengaruh Intensitas Cahaya Matahari terhadap Sel Surya Grafik I- V (kiri) dan Grafik P-V (kanan) Gambar 2. Pengaruh Suhu terhadap Sel Surya Grafik I-V (kiri) dan Grafik P- V (kanan) Pemodelan PV yang kita gunakan pada tugas akhir ini dapat dilihat pada Gambar 3 [4]. M
7
Embed
Sistem Kontrol PV-Baterai Berbasis Fuzzy Logic untuk …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16861-Paper... · 2011. 12. 27. · 1 Sistem Kontrol PV-Baterai Berbasis Fuzzy Logic
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
Sistem Kontrol PV-Baterai Berbasis Fuzzy Logic
untuk Pembangkit Terdistribusi
Muhammad Rizal Falfi, Mochamad Ashari, Heri Suryoatmojo
Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS Abstrak - Energi terbarukan (renewable energy) dapat
digunakan sebagai Distributed Generation System (DGS).
Sistem pembangkit terdistribusi (DGS) merupakan suatu sistem
dan instalasi yang langsung terhubung ke sistem distribusi.
Salah satu sumber DG adalah photovoltaic (PV). Dalam
pengoperasiannya PV mempunyai efisiensi rendah jika tidak
dilakukan pelacakan titik daya maksimum (Maximum Power
Point Tracking) atau dikenal dengan MPPT.
Dalam Tugas Akhir ini dilakukan studi MPPT untuk sistem
PV dengan metode artificial intelligent yaitu Fuzzy Logic.
Dengan menggunakan Iradiasi matahari dan daya PV sebagai
masukan dan referensi sebagai keluaran akan didapatkan daya
PV maksimum. Disamping itu dibahas mengenai pemodelan
boost converter, dan single phase inverter menggunakan
Matlab/Simulink. Dari salah satu hasil simulasi menunjukkan
pada saat irradiasi 800 W/m2, beban rata-rata tanpa MPPT
1392.02 Watt sedangkan daya beban rata-rata menggunakan
MPPT 2719.57 Watt, rasio daya rata-rata tanpa MPPT 44.29 %
dan rasio daya rata-rata menggunakan MPPT 86.53 %.
Kata kunci-MPPT, pembangkit terdistribusi, PV, rasio daya
I. PENDAHULUAN
asalah energi mempunyai kecondongan untuk selalu
meningkat dan berkembang, termasuk antara propinsi di
dalam negara berkembang itu sendiri. Beberapa negara kaya
diberkahi dengan sumber energi yang baru akan habis setelah
beberapa dasawarsa lagi [1]. Disamping itu, perkembangan
teknologi tentang sumber energi terbarukan dikombinasikan
dengan berkembangnya perhatian masyarakat akan isu-isu
lingkungan maka Distributed Generation System (DGS) yang
terhubung dengan grid telah banyak digunakan.
Cadangan energi fosil yang semakin menipis dan
munculnya krisis energi menjadikan manusia berlomba untuk
mencari sumber energi alternatif. Beberapa teknologi telah
diterapkan dalam aplikasi distributed generation (DG) dengan
berbagai sumber energi terbarukan. Diantaranya adalah turbin
angin, tenaga air berskala kecil (mikrohidro), biomassa,
photovoltaic (PV), dan fuel cell [2].
Salah satu sumber energi terbarukan adalah photovoltaic
(PV) atau yang lebih dikenal sebagai sel surya merupakan
suatu alat yang dapat mengubah energi cahaya matahari
menjadi energi listrik. Penggunaan PV juga tidak bisa lepas
dari masalah, masalah yang dihadapi adalah daya keluaran
dari PV yang seringkali tidak mencapai maksimal dari daya
maksimal yang sebenarnya bisa dikeluarkan oleh PV[3].
Besarnya beban yang terhubung pada PV sangat
mempengaruhi daya keluaran PV. Agar PV dapat
mengeluarkan daya yang mendekati daya maximum point
(disebut juga daya maximum nameplate) , maka PV harus
dihubungkan dengan MPPT.
Pada tugas akhir ini akan disimulasikan sistem MPPT
dengan menggunakan artificial intelligent, berupa Fuzzy
Logic Controller. Dalam sistem ini, PV disambungkan ke
boost converter melalaui MPPT dan sebelum terhubung ke
grid PV disambungkan melalui inverter. Sistem PV ini
dilengkapi juga dengan baterai Lead Acid yang berfungsi
untuk membantu sel surya memberikan daya tambahan pada
grid karena kondisi tingkat iradiasi dan suhu yang tidak
menentu.
II. MPPT DALAM SISTEM PV-GRID
A. Karakteristik PV
Sel surya atau PV merupakan suatu devais
semikonduktor yang dapat menghasilkan listrik jika diberikan
sejumlah energi cahaya. Adapun karakteristik besarnya daya
yang dapat dikeluarkan oleh PV bergantung pada besarnya
intensitas cahaya yang mengenai permukaan PV dan suhu
pada permukaan PV[4], Gambar 1 dan Gambar 2
menunjukkan pengaruh besarnya intensitas cahaya matahari
dan suhu pada sel surya.
Gambar 1. Pengaruh Intensitas Cahaya Matahari terhadap Sel Surya Grafik I-
V (kiri) dan Grafik P-V (kanan)
Gambar 2. Pengaruh Suhu terhadap Sel Surya Grafik I-V (kiri) dan Grafik P-
V (kanan)
Pemodelan PV yang kita gunakan pada tugas akhir ini
dapat dilihat pada Gambar 3 [4].
M
2
Gambar 3. Rangkaian Ekivalen PV (Sel Surya)
Persamaan yang didapat dari rangkaian PV pada Gambar
3 adalah :
P
SnkT
IRVq
OSCR
RIVeIII
S
1 (1)
Dalam persamaan diatas, besarnya hambatan paralel
diasumsikan sangat besar, sehingga persamaan untuk model
arus output sel surya adalah [3]: 1/
nkTIRVq
OLSeIII (2)
1011
TTKII TLL (3)
nomnomTSCTL GIGI /,11 (4)
12120 / TTIIK TSCTSC (5)
1/1/1//3
1)1(0 /TTnkqVn
TOgeTTII
(6)
)/( 1)1( /
)1()1(
nkTqV
TSCTOTOCeII (7)
VVS XdIdVROC
/1/ (8)
1)1( /
1)1( /nkTqV
TOVTOCenkTqIX (9)
Pada Tugas Akhir ini digunakan panel surya BPSSX60
dengan spesifikasi ditunjukkan pada Tabel I dengan keluaran
daya maksimum 60 Watt dan terdiri dari 36 PVdengan diode
jenis crystalline yang dirangkai secara seri.
Tabel I
Parameter Panel Surya BPSX-60
Untuk mendapatkan besar tegangan dan arus dengan nilai
tertentu pada sel surya, maka harus dilakukan pemasangan PV
secara seri dan paralel. Persamaan arus keluaran PV model
[4]:
C
tSM
MM
S
M
OC
MM
SC
M
VN
IRVVII exp1
(10)
Dimana : C
SCPM
M
SC INI
(11)
C
OCSM
M
OC VNV (12)
C
S
PM
SMM
S RN
NR
(13)
qnkTV C
t / (14)
Pemodelan PV pada Matlab untuk tugas akhir ini
ditunjukkan pada Gambar 4.
B. MPPT Controller
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 rugi-rugi suatu sel surya [4].
Fuzzy logic dalam penggunaan MPPT mempunyai
keuntungan dalam menghadapi ketidaktentuan dan
ketidaktelitian. Dalam MPPT controller ini akan didasarkan
pada penerapan logika fuzzy ini dan terdiri dari dua bagian
yaitu fuzzifikasi dan fuzzy rule [5].
Gambar 4. Model Sel Surya pada Matlab
Fuzzifikasi
Seperti ditunjukkan pada Gambar 5, pada bagian
masukan ada dua yaitu Iradiasi (Ir) dan daya PV (PPV). Ir
mempunyai tiga fungsi segitiga yaitu A, B, dan C dengan nilai
antara 0 - 1000 dan untuk PPV mempunyai empatbelas fungsi
segitiga yaitu A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, dan N
dengan nilai antara 0 – 4100. Sedangkan untuk nilai kelauaran
tegangan referensi (D) mempunyai tujuh fungsi segitiga yaitu
A, B, C, D, E, F, dan G dengan nilai antara 0 – 1.
3
1
0.5
Ir
(a)
Ppv
(b)
4000380036003400320030002800260024002200
0 1000900800700600500400300200100
0 10.90.80.70.60.50.40.30.20.1
1
0.5
0
1
0.5
0
D
(c) Gambar 5. Fungsi Keanggotaan (a) input Ir, (b) input PPV, (c) output D.
Fuzzy Rules
Dalam Tugas Akhir, syntax “if-then” selalu digunakan
untuk mengespresikan fuzzy rules. Untuk MPPT ini
menggunakan total 16 rule base seperti yang ditunjukkan
dibawah.
If Ir = A and PPV = A, then D = G
If Ir = A and PPV = B, then D = D
If Ir = A and PPV = C, then D = E
If Ir = A and PPV = D, then D = C
If Ir = B and PPV = A, then D = G
If Ir = B and PPV = E, then D = G
If Ir = B and PPV = F, then D = B
If Ir = B and PPV = G, then D = C
If Ir = B and PPV = H, then D = A
If Ir = C and PPV = A, then D = G
If Ir = C and PPV = N, then D = G
If Ir = C and PPV = I, then D = F
If Ir = C and PPV = J, then D = A
If Ir = C and PPV = K, then D = F
If Ir = C and PPV = L, then D = D
If Ir = C and PPV = M, then D = C
C. Konverter Boost
Boost konverter digunakan untuk menaikkan tegangan
DC [6]. Adapun gambar rangkaian dari buck boost konverter
diperlihatkan pada Gambar 6. Adapun persamaan yang
digunakan untuk mencari besarnya tegangan output :
D
VV in
O
1
(15)
Boost konverter ini dioperasikan pada mode CCM
(Continous Conduction Mode), oleh karena itu parameter
komponen yang digunakan diperoleh melalui persamaan :
DR
f
DL
2
12
min (16)
Sedangkan untuk besarnya nilai kapasitor kita gunakan
persamaan :
fRV
DVC
R
O
(17)
Gambar 6. Gambar Rangkaian Boost
Gambar 7. Pemodelan MPPT secara Keseluruhan
Gambar 8. Konverter Boost pada Matlab
D. Inverter
Dalam tugas akhir, ini inverter digunakan untuk
mentransformasi tegangan dari DC mennjadi AC. Karena
pada sistem ini PV tersambung pada grid. Inverter yang
digunakan adalah full wave inverter satu fasa dengan sistem
closed loop dengan mengambil referensi berupa tegangan
dibandingkan dengan tegangan keluaran. Pemodelan inverter
dalam tugas akhir ini ditunjukkan pada Gambar 9.
Sistem MPPT
4
E. Rasio Daya PV
Rasio daya PV adalah perbandingan antara daya beban
dengan daya max nameplate dengan cara membagi daya
beban dengan daya maksimal yang bisa dikeluarkan oleh PV.
Semakin tinggi nilai rasio daya, maka semakin baik dan
semakin efisien kinerja dari suatu PV [4].
Rasio Daya Rata-Rata diberikan oleh persamaan (18):
n
i
iT
P
P
n 1 max
1 (18)
Gambar 9. Pemodelan inverter
III. KONFIGURASI SISTEM
Sistem PV-grid yang digunakan pada tugas akhir ini
diperlihatkan pada Gambar 10. Sistem PV-grid yang
diperlihatkan oleh Gambar 10 terdiri dari 6 bagian penting,