desain sistem photovoltaic (pv) terhubung dengan grid ... · makalah ini diseminarkan pada seminar...
TRANSCRIPT
1
Abstrak— Pemanfaatan peralatan yang berupa komponen
elektronika daya saat ini semakin banyak. Hal ini
mengakibatkan timbulnya harmonisa pada jaringan.
Penggunaan filter aktif konvensional untuk mengkompensasi
harmonisa telah banyak digunakan saat ini. Filter aktif
konvensional saat ini bekerja dengan menggunakan sumber daya
dari sistem untuk diubah menjadi arus harmonisa yang akan
diserap oleh beban non-linier. Berdasarkan hal tersebut, pada
tugas akhir ini akan dicoba untuk mengembangkan filter aktif
yang telah ada. Sebuah sistem photovoltaic (PV) akan didesain
untuk dapat berfungsi sebagai aktif filter dan secara bersamaan
tetap mengalirkan daya aktif yang dihasilkan secara maksimal.
Sistem PV didesain memiliki kemampuan menghasilkan daya
maksimal sebesar 400W. Dari hasil simulasi dan pengujian
menggunakan perangkat lunak PSIM diperoleh bahwa sistem
PV mampu memperbaiki faktor daya dengan kompensasi arus
reaktif dan menurunkan THD arus pada sistem dengan
mengkompensasi arus harmonisa serta secara bersamaan
mengalirkan daya aktif yang dihasilkan PV secara maksimal
sesuai dengan kondisi kerjanya.
Indeks— sistem photovoltaic, perbaikan faktor daya
I. PENDAHULUAN
ADA daerah dengan iklim tropis, tingkat konsumsi energi
listrik meningkat selama musim kemarau. Puncak beban
tertinggi pada musim panas lebih tinggi jika dibandingkan
dengan puncak beban saat musim penghujan, tetapi puncak
beban tertinggi terjadi saat jam-jam dengan tingkat intensitas
matahari yang terik. Oleh karena itu, sebuah photovoltaic (PV)
yang terhubung dengan grid dapat digunakan untuk
mengurangi puncak beban yang harus dipenuhi oleh jaringan.
Pada tugas akhir ini, sistem PV tidak membutuhkan sebuah
bank baterai, tetapi power stage tetap bekerja sepanjang
malam [3].
Kemampuan dalam menggunakan PV sistem untuk power
conditioning dan kompensasi faktor daya telah dibuktikan.
Bagaimanapun, sebagian besar aplikasinya yang dijelaskan
dalam literatur teknik yaitu digunakan pada sistem tiga fasa
menggunakan teknik-teknik yang dikembangkan untuk filter
Makalah ini diseminarkan pada Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik
Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya tanggal 6 Juli 2011.
Aron Christian adalah mahasiswa program sarjana Jurusan Teknik Elektro
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya , Indonesia (e-mail:
Mochamad Ashari adalah guru besar di Jurusan Teknik Elektro Institut
Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Indonesia (e-mail:
Dedet Candra Riawan adalah pengajar di Jurusan Teknik Elektro Institut
Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Indonesia (e-mail:
aktif, seperti transformasi d-q. Kompensasi faktor daya tidak
biasanya diaplikasikan di daerah perumahan, hal ini umumnya
disebabkan karena tingginya biaya yang dibutuhkan, tetapi
juga karena ada batas standar faktor perubahan arus dan
harmonisa yang dihasilkan beban nonlinier. Bagaimanapun,
masih terdapat banyak peralatan yang telah terpasang sebelum
penetapan standar tersebut. Dengan sebuah inverter yang
terhubung dengan grid dan berperan sebagai sebuah filter
aktif, dapat memperbaiki faktor daya dari sebuah kelompok
beban tidak linier [3].
Konfigurasi satu fasa juga telah dikembangkan, meskipun
tidak sebanyak konfigurasi tiga fasa. Contohnya, sebuah
sistem berdasar pada perluasan dari teori p-q telah dicatat,
tetapi dengan asumsi pada tegangan utama tidak memiliki
harmonisa. Pendekatan lainnya mengikuti penggunaan
konfigurasi konverter ganda dan bank batere, yang mana
membutuhkan pemeliharaan dan mengurangi keandalan [3].
Dalam tugas akhir ini, kinerja dari sebuah sistem PV yang
terhubung dengan jaringan dan digunakan untuk memperbaiki
faktor daya akan dapat dilihat. Sistem dapat menyalurkan daya
maksimum yang tersedia ke jaringan sementara secara
simultan mengkompensasi arus harmonisa dan reaktif [3].
II. SISTEM PV TERHUBUNG DENGAN GRID SEBAGAI FILTER
AKTIF
Prinsip kerja dari sistem PV yang didesain pada tugas akhir
ini, ditunjukkan pada Gambar 1, yang menunjukkan sebuah
bentuk sinyal kotak arus yang tertinggal (lagging) iL pada
beban. Sistem PV dapat dimodelkan sebagai tiga sumber arus
paralel. Amplitudo IP pada sumber arus pertama proporsional
dengan daya maksimum yang dihasilkan oleh sel-sel PV, dan
memiliki frekuensi serta fasa yang sama dengan tegangan
utama (jaringan). Amplitudo IQ dari sumber arus kedua
bergantung dari besar daya reaktif yang mengalir ke beban. IQ
juga memiliki frekuensi yang sama dengan tegangan utama,
tetapi memiliki beda fasa 90° dengan tegangan utama. Sumber
arus ketiga membangkitkan sebuah bentuk gelombang yang
sama dengan jumlah dari harmonisa yang mengalir ke beban.
Saat bekerja sebagai filter aktif untuk arus harmonisa dan
reaktif yang mengalir ke beban, sistem akan membutuhkan
arus iAC yang disuplai dari jaringan utama yang berupa sebuah
sinyal sinusoidal murni.
Blok diagram rangkaian sistem ditunjukkan pada Gambar 2.
Blok MPP tracking membangkitkan sebuah sinyal sinusoidal
𝑣P , yang sinkron dengan bentuk gelombang tegangan utama.
Amplitudo sinyal ini proporsional dengan daya maksimum
yang tersedia di sel-sel PV. Blok 𝐼QD mendeteksi arus reaktif
dan harmonisa yang mengalir ke beban dan membangkitkan
tegangan 𝑣QD yang proporsional dengan arus tersebut.
Aron Christian, Mochamad Ashari, Dedet Candra Riawan
Jurusan Teknik Elektro FTI - ITS
Desain Sistem Photovoltaic (PV) Terhubung
Dengan Grid Sebagai Filter Aktif
P
2
Gambar 1. Prinsip kerja sistem PV [3]
Gambar 2. Diagram blok rangkaian [3]
Sinyal 𝑣P dan 𝑣QD ditambahkan untuk mendapatkan sinyal
modulasi 𝑣M untuk power stage, yang berupa sebuah full
bridge inverter satu fasa. H1, H2, dan H3 merupakan sensor
arus efek Hall.
A. Maximum Power Point Tracker
MPP tracking pada sistem PV ini menggunakan teknik
“Perturb and Observe”, yang merupakan sebuah metode
sederhana dan tidak membutuhkan sel-sel tambahan atau
sebuah model matematik. Tracking diperoleh dengan cara,
pertama mengukur daya yang dihasilkan oleh sel-sel.
Kemudian, sebuah langkah dalam menentukan set point dari
sel diterapkan dengan memodifikasi amplitudo dari 𝑣P , dan
daya yang dihasilkan diukur kembali. Set point diatur berdasar
pada perbedaan antara dua daya yang diukur, dan sebuah
langkah baru dilakukan kembali.
Hal yang harus diingat bahwa arus pada DC bus pada
inverter merupakan sebuah gelombang yang disearahkan
sepenuhnya dengan komponen frekuensi tinggi akibat proses
switching dalam power stage. Jika arus mengalir langsung dari
sel, maka titik kerja PV akan bergeser sepanjang kurva V-I,
dan daya yang diperoleh tidak akan dapat mencapai daya
maksimum yang tersedia. Oleh karena itu, sangat penting
untuk menambahkan filter L-C frekuensi rendah pada keluaran
dari sel (LF dan CF pada Gambar 2) dengan demikian arus
yang mengalir dari sel akan maksimal mungkin dan tidak
terdapat ripple.
B. Deteksi Arus Reaktif dan Harmonisa
Blok diagram rangkaian untuk deteksi arus harmonisa dan
reaktif ditunjukkan pada Gambar 3 [3]. Sinyal 𝑣R merupakan
sebuah referensi sinusoidal, dan 𝑣H3 merupakan sinyal yang
akan diproses. Feedback loop termasuk dalam satu blok
integrating dan dua multiplier. Ketika fungsi transfer untuk
kebanyakan multiplier termasuk sebuah keadaan atenuasi,
blok penguatan G1 dan G2 juga termasuk dalam feedback path.
Jika VR pada posisi puncak amplitudo dari sinyal referensi
senusoidal, dimana frekuensi adalah ω. Juga, jika τ adalah
time constant integrator, maka fungsi transfer untuk filter
adalah:
𝐻 𝑠 =𝑠2+2𝑠3𝜔2+𝑠𝜔4
𝑠5+2𝑠3𝜔2+𝑠𝜔4−𝑘𝜔4 (1)
Dimana
𝑘 =𝐺1𝐺2𝑉𝑅
𝜏 (2)
C. Power stage dan modulator
Respon frekuensi sistem dan performansi dari sistem
sebagai filter aktif bergantung pada tahap ini. Sebuah teknik
pulse width modulation (PWM) dengan histerisis digunakan
pada sistem ini. Arus keluaran iO diukur oleh sensor efek Hall
yang diberi nama H1, yang kemudian keluarannya menjadi
masukan komparator U1. Input kedua pada komparator didapat
dari sinyal modulasi vM tetapi juga termasuk sebuah ripple
yang bergantung dari histerisis milik komparator dan besar
induktor yang digunakan LPV. Meskipun modulasi jenis ini
memiliki kelemahan untuk menyediakan frekuensi switching
yang konstan, sistem ini menawarkan kelebihan yaitu
memiliki implementasi yang sangat sederhana, dan arus
keluaran yang dapat diatur menjadi bentuk yang diinginkan
diantara batas yang ada dari besarnya induktor dan histerisis
komparator.
Tegangan 𝑣𝐻1pada keluaran sensor efek Hall adalah:
𝑣𝐻1= 𝑧1𝑖𝑂 (3)
dimana z1 adalah transimpedance sensor. Diasumsikan bahwa
ripple kecil dan dapat diabaikan, maka modulator
mengusahakan 𝑣𝐻1 memiliki bentuk gelombang yang sama
dengan vM. Oleh karena itu, arus keluaran dapat ditulis
sebagai:
𝑖O = 𝑣M
𝑧1 (4)
Tegangan 𝑣𝐿𝑃𝑉 pada induktor filter LPV adalah:
𝑣𝐿PV= 𝐿PV
d𝑖O
d𝑡 (5)
3
Gambar 3 Rangkaian deteksi arus reaktif dan harmonisa[3]
Besarnya induktor yang diggunakan harus dihitung agar
amplitudo Ih dan frekuensi 𝜔 pada arus harmonisa tertinggi
dapat dieliminasi. Tingkat maksimum dari peningkatan yang
berhubungan dengan harmonisa ini adalah:
d𝑖O
d𝑡
MAX= 𝜔𝐼 (6)
Nilai minimum dari 𝑣𝐿PV timbul saat 𝑣SEC = 𝑛𝑉PV , dan
𝑣CA = 𝑉CA (puncak positif). Oleh karena itu, menggunakan
persamaan (5) dan (6), nilai maksimum untuk LPV adalah:
𝐿PV =𝑛𝑉PV −𝑉CA
𝜔 𝐼 (7)
Menggunakan induktor yang lebih besar akan mencegah
arus keluaran dari mencapai peningkatan yang dibutuhkan
untuk mengeliminasi harmonisa ke-h. Ukuran dari induktor
memiliki pengaruh langsung pada frekuensi switching dari
power stage, yang mana nilai maksimum dapat dihitung
dengan:
𝑓MAX =𝑛𝑉PV
2𝐵𝐿PV (8)
Dimana B adalah lebar band histerisis [4]. Jika B berkurang,
kedua frekuensi switching dan rugi-rugi daya pada power
stage meningkat. Efek ini dapat dikompensasi dengan
meningkatkan LPV, tetapi hal ini akan terjadi pengurangan
bandwith. Oleh karena itu , terdapat sebuah perubahan antara
frekuensi switching maksimum, efisiensi yang diinginkan dan
performansi filter aktif.
III. DESAIN DAN PEMODELAN
Pada tugas akhir ini, sistem didesain dengan menggunakan
PV array sebesar 400W yang tersusun dari lima PV modul
yang dihubungkan seri dengan masing-masing panel memiliki
kemampuan 80W. Dalam memodelkan PV array, digunakan
datasheet dari produk BP Solar yaitu BP 380J yang memiliki
karakteristik sebagai berikut:
Electrical Characteristic 1000 W/m2 800 W/m
2
Maximum power (Pmpp) 80 W 57.6 W
Voltage at MPP (Vmpp) 17.6 V 15.7 V
Current at MPP (Impp) 4.5 A 3.6 A
Short circuit current (Isc) 4.8 A 3.9 A
Open circuit voltage (Voc) 22.1 V 20.1 V
Temperature coefficient of Isc (0.065±0.015)%/K
Temperature coefficient of Voc -(0.365±0.05)%/K
Temperature coefficient of P (0.5±0.05)%/K
Gambar 4 Kurva karakteristik I-V (atas), karak-teristik P-V (bawah)
Dengan menggunakan bantuan software PSIM dan
memasukkan data dari karakteristiknya, dapat diperoleh
pemodelan modul PV yang memiliki kurva karakteristik I-V
dan P-V ditunjukkan pada Gambar 4.
Pada tugas akhir ini menggunakan modul PV yang tersedia
dalam PSIM. Modul PV dalam PSIM memiliki beberapa input
parameter yaitu S untuk intensitas sinar matahari (dalam
W/m2) dan T untuk temperatur udara ambient (dalam °C).
Untuk output terdapat terminal positif dan negatif. Pada sis
atas modul terdapat terminal output yang menunjukkan daya
maksimum secara teori sesuai dengan kondisi operasinya.
Pada tugas akhir ini digunakan MPPT dengan metode
Perturb & Observe untuk mengatur switching inverter agar
dapat menyalurkan daya maksimum yang dihasilkan oleh PV.
Desain MPPT menggunakan rangkaian MPPT yang tersedia
pada PSIM. Rangkaian MPPT ini memiliki input berupa
tegangan dan arus PV yang kemudian dikalikan untuk
memperoleh daya (PPV) yang dihasilkan oleh PV. Kemudian
PPV akan diturunkan melalui proses diferensial dPPV/dvPV.
Apabila hasil yang diperoleh tidak nol (0), berarti daya yang
dialirkan PV belum maksimal. MPPT akan berusaha untuk
mencari daya maksimum dengan menggunakan error. Error
didapat dari selisih tegangan PV dengan tegangan MPPnya.
Output dari MPPT berupa sinyal error DC yang akan
dilewatkan blok PI dan menjadi sinyal referensi kontrol arus
histerisis untuk membangkitkan daya aktif maksimum dari
PV. Sebelum menjadi sinyal referensi, sinyal error DC harus
dijadikan sinyal sinusoidal yang memiliki amplitudo sebesar
error DC.
Pemodelan power stage ditunjukkan pada Gambar 5.
Desain power stage yang digunakan berupa full-bridge VSI
satu fasa jeni bipolar PWM. Dalam memodelkan power stage
harus diperhatikan beberapa parameter yang digunakan
didalamnya antara lain pemilihan perbandingan transformator
dan besarnya LPV yang digunakan. Saklar S1 dan S2
merupakan saklar yang mengatur penyalaan IGBT1,2,3,4. Saklar
S1,2 diatur oleh modulator. Modulator PWM didesain dengan
menggunakan teknik kontrol arus histerisis.
Dengan menggunakan modulator PWM kontrol arus
histerisis, maka besarnya 𝑚𝑎 diasumsikan sama dengan satu.
Dengan menggunakan persamaan (3), maka didapat:
𝑉𝑜 = 𝑉𝑑𝑐
4
Gambar 5 Pemodelan power stage
Modul PV yang digunakan dalam desain sistem PV ini
memiliki Vmpp sebesar 87.5V. Sehingga 𝑉𝑜 didapatkan sebesar
87.5V. Agar sistem PV dapat bekerja terhubung dengan grid
yang memiliki tegangan sebesar 220v, maka tegangan AC
yang dihasilkan inverter harus lebih besar atau sama dengan
tegangan pada grid. Dengan demikian maka besarnya
perbandingan transformator dapat dihitung.
VACgrid = Vo_inverter
𝑉𝐴𝐶𝑔𝑟𝑖𝑑 = 𝑉𝑑𝑐 × 𝑛
220 2 = 87.5 × 𝑛
n =220 2
87.5
𝑛 = 220 2
87.5
𝑛 = 3.56 ≅ 4
Dengan menentukan fmax= 14KHz dan B=100mA, maka
dapat dihitung besarnya LPV dengan menggunakan persamaan
(8).
𝑓𝑀𝐴𝑋 = 𝑛𝑉𝑃𝑉
2𝐵𝐿𝑃𝑉
14𝐾 = 4 × 87.5
2 × 0.1 × 𝐿𝑃𝑉
𝐿𝑃𝑉 = 4 × 87.5
14𝐾 × 0.2
𝐿𝑃𝑉 = 0.125 𝐻
𝐿𝑃𝑉 ≤ 125 𝑚𝐻
Modulator kontrol arus histerisis digunakan rangkaian
yang telah tersedia pada PSIM. Kontrol arus histerisis
memiliki dua input. Yaitu sinyal referensi Vm dan arus
keluaran dari inverter Io yang akan dikontrol. Io dideteksi oleh
sensor H1 yang kemudian menjadi masukan kontroler arus
histerisis.
Sinyal referensi Vm merupakan penjumlahan dari Vqd yang
merupakan output dari rangkaian untuk mendeteksi arus
reaktif dan harmonisa dan Vp yang merupakan output dari
rangkaian MPPT.
Gambar 6 Pemodelan rangkaian deteksi arus reaktif dan harmonisa
Pemodelan rangkaian untuk mendeteksi arus reaktif dan
harmonisa ditunjukkan pada Gambar 6. Rangkaian ini
memiliki dua input yaitu sinyal dari sensor arus pada beban H2
dan sinyal referensi sinusoidal Vr. Besarnya penguatan P1 dan
P2 ditentukan bernilai satu, time constant dari integrator τ
bernilai 0.001, dan Vr sebesar 220/1000. Dengan
menggunakan persamaan (2), maka didapatka besar k:
𝑘 =𝑃1𝑃2𝑉𝑅
𝜏
𝑘 =1 × 1 × 220 1000
0.001
𝑘 = 220
IV. PENGUJIAN SISTEM DAN ANALISIS
Parameter yang digunakan pada rangkaian sistem PV sama
dengan hasil perhitungan dan yang telah ditentukan pada bab
3. Parameter-parameter yang digunakan antara lain:
- Rasio transformator = 1:4
- LPV = 125 mH
- K = 1000
- Bhisterisis = 100mA
- Cf = 1000F
- Lf = 0.1mH
A. Pengujian Modul PV pada PSIM
Pengujian modul PV dilakukan dengan pemberian beban
resistif R yang diubah secara bertahap dengan intensitas
cahaya matahari (S) sebesar 1000W/m2, 800W/m
2, dan
600W/m2
dengan temperatur udara tetap 25°C. Beban berupa
R diberikan mulai dari yang terkecil hingga pada batas PV
tidak mampu lagi mengalurkan arus dan diukur untuk
tegangan dan arus yang mengalir dari PV. Rangkaian
pengujian modul PV ditunjukkan pada Gambar 7.
Dari ketiga pengujian modul PV yang telah dilakukan,
hasil simulasi menunjukkan bahwa PV bekerja sesuai dengan
intensitas cahaya matahari yang diterimanya. Gambar 8
menunjukkan kurva karakteristik I-V dari hasil pengujian
modul PV dengan intensitas cahaya matahari yang diubah-
ubah sedangkan kurva karakteristik P-V ditunjukkan pada
Gambar 9. Berdasarkan kurva karakteristik PV yang
diperoleh, daya maksimum diperoleh pada saat tegangan
sekitar 87.5 V
Gambar 7 Rangkaian Pengujian Modul PV
5
Gambar 8 Kurva Karakteristik Modul PV I-V dengan perbedaan intensitas
cahaya matahari.
Gambar 8 Kurva Karakteristik Modul PV I-V dengan perbedaan intensitas
cahaya matahari.
B. Pengujian MPPT
Dalam pengujian ini akan didapatkan daya maksimum dari
PV apabila rangkaian MPPT yang digunakan telah berjalan
dengan baik. Pada pengujian ini akan digunakan beban yang
berubah-ubah dengan intensitas cahaya matahari yang juga
berubah-ubah dan temperatur udara 25°C. Dengan demikian
maka akan dapat dilihat perbedaan daya yang dapat dialirkan
oleh PV jika tanpa menggunakan MPPT dan dengan
menggunakannya.
Gambar 10 menunjukkan rangkaian pengujian modul PV
dengan menggunakan MPPT. Gambar 11 menunjukkan hasil
simulasi pengujian rangkaian PV dengan MPPT dan tanpa
MPPT. Dapat dilihat bahwa rangkaian PV dengan MPPT akan
mampu mencapai daya maksimum ketika tahanan benilai dari
0 hingga batas tertentu sesuai dengan intensitas cahaya
mataharinya. Untuk S=1000W/m2, daya maksimum akan
dicapai hingga batas tahanan 20Ω. Untuk S=800W/m2, daya
maksimum akan dicapai hingga batas tahanan 25Ω. Untuk
S=600W/m2, daya maksimum akan dicapai hingga batas
tahanan 33Ω.
C. Pengujian Kontrol Arus Histerisis dan Power Stage
Pada pengujian ini, rangkaian kontrol arus harmonisa ini
akan dilihat apakah mampu membangkitkan arus keluaran
sesuai dengan sinyal modulasi yang diberikan. Lebar band
untuk kontrol arus histerisis pada tugas akhir ini telah
ditetapkan sebesar 100mA.
Pada pengujian ini, sistem PV tidak terhubung dengan grid
dan dimodulasi dengan sinyal sinusoidal murni dengan tujuan
agar dapat mengetahui muatan harmonisa yang dihasilkan
proses switching pada power stage. Gambar 12 menunjukkan
Gambar 10 Rangkaian Pengujian Modul PV dengan MPPT
Gambar 11 Daya PV dengan MPPT dan tanpa MPPT
Gambar 12 Bentuk gelombang arus keluaran power stage
hasil pengujian kontrol arus histerisis yang menghasilkan daya
400W tanpa arus harmonisa dan reaktif.
Gambar 13 menunjukkan spektrum frekuensi dari arus
pada Gambar 12. Dapat dilihat bahwa terdapat ripple yang
tampak seperti suatu cluster pada frekuensi antara 2kHz
hingga 100kHz. Hal ini disebabkan karena frekuensi switching
yang tidak konstan. THD yang terdapat pada pengujian ini
sebesar 2.24%.
6
Gambar 13 Spektrum frekuensi arus keluaran power stage
TABEL 1
DAFTAR THD BERDASARKAN ARUS KELUARAN
Io(A) THD(%)
0.2 18.5
0.5 7.4
0.75 4.93
1 3.69
1.3 2.85
1.5 2.47
1.7 2.19
Pada Tabel 1, dapat dilihat besarnya THD yang timbul
pada besar arus keluaran yang berbeda.
D. Pengujian Sistem PV Terhubung Dengan Grid Sebagai
Filter Aktif
Pengujian akan dilakukan untuk melihat kemampuan
sistem PV dalam hal:
- Meningkatkan faktor daya pada sistem (power factor
correction)
- Memperbaiki THD sistem
- Mengalirkan daya aktif maksimum yang mampu
dihasilkan PV
Pengujian Kemampuan Koreksi Faktor Daya
Pada pengujian ini akan dilihat bagaimana sistem PV
dalam melakukan koreksi faktor daya dengan cara kompensasi
arus reaktif pada grid. Pada pengujian ini, digunakan beban
induktif yang mengakibatkan faktor daya pada grid menjadi
rendah. Beban yang digunakan memiliki faktor daya 0.6
sebesar 1.5A. Pengujian dilakukan dengan tegangan grid rms
220V.
Gambar 14 menunjukkan hasil setelah sistem PV bekerja.
Dapat dilihat bahwa arus grid tidak tertinggal lagi dari
tegangan grid. Besar arus pada grid juga mengalami
penurunan karena grid hanya menyuplai arus aktif ke beban
sedangkan arus reaktif disuplai oleh sistem PV. Perlu diingat
bahwa pada pengujian ini, MPPT pada sistem PV tidak
digunakan.
Gambar 15 menunjukkan faktor daya sebelum dan setelah
kompensasi arus reaktif oleh sistem PV. Dapat diamati bahwa
setelah kompensasi arus reaktif oleh sistem PV, faktor daya
pada grid berubah mendekati satu.
Gambar 14 Arus dan tegangan grid setelah kompen-sasi arus reaktif oleh
sistem PV
Gambar 15 Perubahan faktor daya pada grid
Pengujian Kemampuan Kompensasi Arus Harmonisa
Pada pengujian ini akan dilihat kemampuan sistem PV
untuk melakukan kompensasi arus harmonisa yang
ditimbulkan oleh beban nonlinier. Gambar 16 memunjukkan
pemodelan beban nonlinier yang terdapat pada grid.
Gambar 17 menunjukkan perubahan arus grid setelah
sistem PV bekerja. Dari hasil tersebut, dapat dilihat bahwa
arus grid kembali menjadi sinusoidal. Perubahan ini juga dapat
diamati dari nilai THD sebelum dan detelah sistem PV
bekerja. Perubahan nilai THD tersebut ditunjukkan pada
Gambar 18.
Gambar 16 Pemodelan beban nonlinier
Gambar 17 arus grid setelah sistem PV bekerja
7
Gambar 18 perubahan THD arus grid
Gambar 19 perubahan spektrum frekuensi arus grid
Sebelum sistem PV bekerja, THD pada arus grid sebesar
104% sedangkan setelah sistem PV bekerja THD turun
menjadi 11%. Spektrum frekuensi arus grid sebelum dan
setelah kompensasi dapat dilihat pada gambar 19.
Pengujian Kemampuan Injeksi Daya Aktif Maksimum
Pada pengujian ini, MPPT berperan sangat penting. MPPT
akan memberikan sinyal referensi untuk modulator dapat
membangkitkan arus aktif pada PV secara maksimum. Pada
pengujian ini, kemampuan untuk kompensasi arus reaktif dan
harmonisa masih digunakan sambil menyalurkan daya aktif
maksimum PV dikarenakan beban yang diberikan berupa
beban campuran.
Gambar 20 memperlihatkan arus grid ketika sistem PV
bekerja dengan MPPT. Ketika sistem PV bekerja dengan
MPPT, maka arus pada grid menjadi kecil karena mendapat
bantuan dari PV sehingga dapat mengurangi pemakaian arus
grid bahkan mampu memberi suplai pada grid jika beban yang
ada lebih kecil daripada daya aktif yang dibangkitkan sistem
PV. Gambar 21 menunjukkan aliran daya pada sistem.
Gambar 20 arus grid dengan sistem PV dengan MPPT
Gambar 21 Aliran daya selama satu detik pengujian
Dari hasil pengujian, dapat diamati bahwa sistem PV
mampu bekerja dengan baik untuk mengkompensasi arus
harmonisa dan reaktif yang terdapat pada beban sekaligus
secara bersamaan menyalurkan daya aktif maksimumyang
dihasilkan oleh PV.
V. KESIMPULAN
Dari analisis hasil pengujian dan simulasi serta
pembahasan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa :
1. Desain sistem PV mampu melakukan koreksi faktor daya
pada arus grid hingga mendekati satu.
2. Desain sistem PV mampu berperan sebagai aktif filter
untuk kompensasi arus harmonisa pada beban non-linier.
3. Sistem PV sebesar 400W dapat mengalirkan daya aktif ±
380W ke grid dengan tegangan 220V dengan
menggunakan rangkaian MPPT dan full-bridge VSI
bipolar PWM.
4. Desain sistem PV ini dapat diimplementasikan untuk
mengatasi masalah arus harmonisa dan reaktif yang
terdapat pada beban perumahan.
REFERENSI
[1] Rashid M.H, “Power Electronics Handbook”, Academic Press, San
Diego, 2007.
[2] S, Lou and S, Hou, “An adaptive detecting method for harmonic and reactive currents”, IEEE Transactions Industrial Electronics, 42, 1:85-89,
1995.
[3] Calleja, Hugo and Jimenez, Huberto, “Performance of a grid connected
PV system used as active filter”, Energy Conversion and Management,
45, 2417-2428, 2004.
8
Aron Christian dilahirkan di Surabaya, 22 Maret
1989. Penulis adalah putra dari pasangan Andi
Setiono dan Yohana Lestra. Melalui jalur
Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi
Negeri (SNMPTN) 2007, penulis diterima di
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Jurusan Teknik Elektro, dan kemudian
mengambil bidang studi Teknik Sistem Tenaga.
Selama kuliah, penulis juga aktif sebagai asisten
Laboratorium Konversi Energi Listrik.