Perjanjian No. III/LPPM/2017-01/41-P

LAPORAN

Perancangan dan Implementasi

Solar Inverter dengan Pencatatan Daya

pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya Off-Grid

Disusun Oleh:

Levin Halim, S.T., M.T.

Oetomo, S.T., M.T.

Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat

Universitas Katolik Parahyangan

2017

1

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ........................................................................................................... 1

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. 2

ABSTRAK .............................................................................................................. 4

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 5

1.1. LATAR BELAKANG .............................................................................. 5

1.2. TUJUAN PENELITIAN .......................................................................... 7

1.3. METODOLOGI PENELITIAN ............................................................... 8

1.4. KELUARAN PENELITIAN .................................................................... 8

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 10

2.1. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA ..................................... 10

2.2.1. Photovoltaic (PV) Power ................................................................ 10

2.2.2. Energi dari Matahari ....................................................................... 11

2.2.3. Komponen Utama Pembangkit PV ................................................. 13

2.2. Sistem Pendayaan dengan PLTS ............................................................ 17

BAB III METODE PENELITIAN........................................................................ 21

3.1. DESAIN SOLAR INVERTER ................................................................. 21

3.2. PEMBUATAN SOLAR INVERTER UNTUK PLTS OFF-GRID .......... 22

3.3. EVALUASI TERHADAP SOLAR INVERTER UNTUK PLTS OFF-

GRID 23

BAB IV JADWAL PELAKSANAAN ................................................................. 25

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................ 26

5.1. DESAIN STRUKTUR ........................................................................... 26

5.2. PEMODELAN ....................................................................................... 27

2

5.3. SIMULASI ............................................................................................. 30

5.4. IMPLEMENTASI .................................................................................. 31

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 33

6.1. KESIMPULAN ...................................................................................... 33

6.1. SARAN .................................................................................................. 33

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 34

RANCANGAN REKAPITULASI ANGGARAN PENELITIAN ....................... 36

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Peta Jalan Penelitian Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika ............ 7

Gambar 2 Radiasi Extra-Atmospheric [14]........................................................... 12

Gambar 3 Aliran Energi antara Matahari, Atmosphere, dan Tanah [14] .............. 13

Gambar 4 Pembangkit PV [14] ............................................................................. 14

Gambar 5 Photovoltaic Generator [14] ................................................................. 14

Gambar 6 Skema Prinsip Inverter Satu Fasa [14] ................................................. 15

Gambar 7 Prinsip Teknologi PWM [14] ............................................................... 16

Gambar 8 Representasi Skematik (a) sistem PV DC Sederhana untuk Mendayai

Pompa Air tanpa Penyimpanan Energi, (b) sistem PV kompleks termasuk Baterai,

conditioner daya, dan beban AC maupun DC [15] ............................................... 18

Gambar 9 Representasi Skematik Sistem PV Grid-Connected [15] ..................... 19

Gambar 10 Representasi Skematik Sistem PV Hybrid [15] ................................. 19

Gambar 11 Diagram Alir Metodologi Penelitian .................................................. 21

Gambar 12 Topologi Umum Inverter ................................................................... 23

Gambar 13 Rangkaian Pengukur Arus [16] .......................................................... 24

Gambar 14 Beban Dummy [17], [18] ................................................................... 24

Gambar 15 Desain Solar Inverter .......................................................................... 26

Gambar 16 Rangkaian Boost Converter ............................................................... 27

3

Gambar 17 Rangkaian Boost Converter SW=ON ................................................ 27

Gambar 18 Rangkaian Boost Converter SW=OFF ............................................... 27

Gambar 19 Verifikasi Pemodelan Boost Converter .............................................. 30

Gambar 20 Rangkaian Simulasi Inverter .............................................................. 31

Gambar 21 Hasil Simulasi Inverter ....................................................................... 31

Gambar 22 Rangkaian Implementasi Inverter ...................................................... 32

Gambar 23 Hasil Implementasi Inverter ............................................................... 32

4

ABSTRAK

Pembimbing : Dr. Ali Sadiyoko, S.T., M.T.

Ketua Peneliti : Levin Halim, S.T., M.T.

Anggota Peneliti : Oetomo, S.T., M.T.

Solar Inverter merupakan salah satu komponen utama pada sistem PLTS agar dapat

menghasilkan daya yang dapat dikonsumsi oleh beban-beban yang ada. Solar

Inverter berperan untuk mengubah energi listrik DC, yang intermittent dari PLTS,

menjadi AC untuk suplai ke arah beban. Hal ini menjadikan solar inverter beserta

sistem kendali untuk menghasilkan AC yang diinginkan merupakan hal yang

esensial pada sistem PLTS.

Pada penelitian ini, akan dirancang dan dibuat sebuah teknologi tepat guna berupa

solar inverter yang kemudian dibandingkan dengan inverter yang dipakai pada

sistem PLTS off-grid. Solar Inverter yang dibuat akan memiliki fitur pure-sine, dan

memiliki regulasi output yang baik sebagaimanapun input dari solar inverter

tersebut.

Hasil pembuatan solar inverter tersebut akan dibandingkan dengan inverter yang

ada di pasaran untuk kemudian dibandingkan performanya pada sistem PLTS Off-

Grid.

Kata Kunci : Inverter, PLTS Off-Grid, Solar Inverter, Konversi Energi

5

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Energi yang digunakan di bumi semuanya diperoleh dari bintang terdekat, yaitu

matahari. Bentuk-bentuk energi tersebut tersimpan dalam bentuk yang beragam.

Dewasa ini, perkembangan pada sektor energi listrik difokuskan kepada energi

listrik dengan sumber energi terbarukan yang dikonversikan ke energi listrik.

Sumber energi terbarukan tersebut meliputi tenaga surya, tenaga angin, arus air dari

siklus air, dan panas bumi yang merupakan proses alam yang berkelanjutan.

Kebutuhan akan energi listrik dari sumber energi primer terbarukan menjadi

sangat meningkat. Energi listrik di Indonesia, terutama di Jawa-Bali pada tahun

2016 berdasarkan pada [1], sebagian besar energi listrik berasal dari bahan bakar

fosil yang dihasilkan oleh Pembangkit Listrik Tenaga Uap sekitar lebih dari 50%.

Pembangkitan energi listrik dari bahan bakar fosil akan menghasilkan gas

karbon yang menjadi penyebab efek rumah kaca. Terlebih lagi, sebagian besar

energi listrik di dunia, terutama yang dihasilkan dari energi nuklir.Sejak terjadinya

kecelakaan reaktor nuklir di Fukushima, Jepang, banyak proyek-proyek

pembangkit listrik tenaga nuklir yang dihentikan atau dimatikan lebih awal dari

jadwal COD (Commercial Operation Date) ketika PLTN tersebut masih dalam

tahap konstruksi.Salah satu dari sumber energi terbarukan yang paling mudah untuk

dikonversikan menjadi energi listrik adalah sumber energi dari tenaga surya dengan

menggunakan sistem pembangkit listrik tenaga surya (PLTS).

Matahari merupakan sumber energi yang ramah lingkungan dan terbarukan.

Jumlah radiasi sinar matahari yang dihasilkan oleh matahari sangatlah besar

sehingga menjadikan PLTS menjadi alternatif sumber energi terbarukan yang

sangat menjanjikan.

Namun, sebagai pembangkit listrik yang bersih dan terbarukan, listrik yang

dihasilkan oleh PLTS berlimpah pada siang hari ketika beban listrik yang

dibutuhkan tidak terlalu besar.

6

PLTS memanfaatkan teknologi fotovoltaik pada solar cell yang

mengkonversikan radiasi sinar matahari dan temperatur menjadi arus listrik.

Namun, energi listrik yang dihasilkan oleh Sistem PLTS tersebut membutuhkan

sebuah sistem kendali dan sebuah solar inverter untuk dapat menghasilkan arus

listrik yang dapat dipakai pada beban-beban listrik yang ada (beban Alternating

Current – AC).

Solar Inverter merupakan salah satu komponen utama pada sistem PLTS agar

dapat menghasilkan daya yang dapat dikonsumsi oleh beban-beban yang ada. Solar

Inverter berperan untuk mengubah energi listrik DC, yang intermittent dari PLTS,

menjadi AC untuk suplai ke arah beban. Hal ini menjadikan solar inverter beserta

sistem kendali untuk menghasilkan AC yang diinginkan merupakan hal yang

esensial pada sistem PLTS. Teknologi Solar Inverter telah dibahas pada beberapa

referensi [2]–[12].

Pada penelitian ini, akan dirancang dan dibuat sebuah teknologi tepat guna

berupa solar inverter yang kemudian dibandingkan dengan inverter yang dipakai

pada sistem PLTS off-grid seperti yang telah didesain pada [5]. Solar Inverter yang

dibuat akan memiliki fitur pure-sine, dan memiliki regulasi output yang baik

sebagaimanapun input dari solar inverter tersebut. Ukuran kuantitatif daripada

penelitian ini merupakan terbuatnya sebuah teknologi tepat guna berupa solar

inverter yang dapat diaplikasikan pada sistem PLTS off-grid. Penelitian akan

menghasilkan capaian teknologi tepat guna dan makalah untuk jurnal nasional tidak

terakreditasi.

7

Gambar 1 Peta Jalan Penelitian Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika

Penelitian ini merupakan salah satu bagian dari peta jalan penelitian Teknik

Elektro Konsentrasi Mekatronika Fakultas Teknologi Industri UNPAR pada bagian

Sistem Energi yang merupakan salah komponen penting dalam sistem mekatronika

pintar.

1.2.TUJUAN PENELITIAN

Tujuan dari penelitian ini sebagai berikut:

1. Membuat teknologi tepat guna solar inverter dengan sistem kendalinya

yang memiliki fitur pure-sine dan memiliki regulasi output yang baik

2. Desain dan perancangan alat ukur sederhana serta metode untuk

membandingkan bentuk sinyal dan efisiensi daya solar inverter yang dibuat

dengan inverter yang dipakai pada sistem PLTS off-grid yang tersedia di

pasaran

3. Desain dan perancangan beban dummy sederhana.

8

1.3. METODOLOGI PENELITIAN

Kegiatan penelitian ini terdiri dari beberapa tahap antara lain:

1. Desain Solar Inverter

Pada tahap ini, dilakukan identifikasi seluruh kebutuhan fungsi dari solar

inverter, kemudian dilakukan desain terhadap solar inverter untuk PLTS

off-grid dalam bentuk skematik.

2. Pembuatan Solar Inverter untuk PLTS Off-Grid

Pada tahap ini, implementasi teknologi tepat guna nyata solar inverter

dilakukan. Sehingga menghasilkan suatu produk teknologi tepat guna yang

dapat digunakan untuk sistem PLTS Off-Grid

3. Evaluasi Solar Inverter untuk PLTS Off-Grid

Pada tahap ini, evaluasi terhadap implementasi teknologi tepat guna

dilakukan melalui 2 tahap:

a) Untuk dapat melakukan perbandingan efisiensi daya, perlu dibuat

perangkat pengukuran sederhana untuk mengukur arus dan tegangan

input dan output dari solar inverter dengan inverter di pasaran.

Lebih lanjut untuk dapat mengukur perbandingan output, setiap

inverter perlu diberi beban yang seragam dan standart, disini beban

dummy digunakan.

b) Setelah alat ukur serta beban dummy dibuat, pengukuran pada solar

inverter dilakukan. Pengukuran dapat dilakukan dengan

membandingkan inverter yang umumnya digunakan untuk PLTS

Off-Grid dengan solar inverter yang dibuat.

4. Pembuatan Laporan

Setelah menyelesaikan tahap-tahap dalam penelitian di atas, tahap akhir

berupa penulisan laporan termasuk rekomendasi untuk sistem menjadi lebih

baik.

1.4. KELUARAN PENELITIAN

Keluaran dari penelitian ini terdiri dari beberapa bentuk antara lain:

1. Teknologi Tepat Guna berupa solar inverter siap pakai

9

2. Makalah Ilmiah untuk Jurnal Nasional

3. Topik bahan ajar mata kuliah Dasar Sistem Tenaga Listrik, Sistem

Pengukuran dan Akuisisi Data.

4. Topik bahan praktikum mata kuliah Elektronika, Dasar Sistem Kendali,

Sistem Kendali Digital.

10

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

2.2.1. Photovoltaic (PV) Power

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) memanfaatkan energi sinar matahari

untuk dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan teknologi

photovoltaic (PV). PV sel adalah jenis teknologi yang menggunakan bahan

semikonduktor untuk mengubah energi sinar matahari menjadi listrik yang dapat

digunakan. Sel-sel mentransfer energi dari foton menembus panel surya untuk

elektron yang disalurkan ke sirkuit eksternal untuk menyalakan sebuah beban

listrik. Sebuah panel PV terdiri dari beberapa sel fotovoltaik, di mana saja dari 50

sampai 120, yang dihubungkan bersama-sama dalam sebuah sirkuit listrik yang

kemudian dapat terhubung ke sirkuit eksterior pada satu titik. Seluruh sistem PV

sering terdiri dari sejumlah panel, tegangan yang diinginkan dapat dihasilkan [13].

Sebuah pembangkit photovoltaic (PV) atau PLTS mengubah secara langsung

dan seketika energi matahari menjadi energi listrik tanpa menggunakan bahan bakar

apapun. Sebagai fakta, teknologi photovoltaic (PV) mengeksploitasi efek

fotolistrik, melalui beberapa semikonduktor yang sesuai "didoping" menghasilkan

listrik ketika terkena radiasi matahari [14].

Keuntungan dari pembangkit PV dapat dijabarkan sebagai berikut:

Pembangkit terdistribusi dimana dibutuhkan

Tidak ada emisi material polusi

Menghemat bahan bakar fosil

Tidak mempunyai part bergerak sehingga lebih handal

Biaya Operasi dan Perawatan lebih sedikit

Sistem Modularitas (untuk meningkatkan daya pembangkit diperlukan

perbanyakan panel) menurut kebutuhan nyata pengguna

11

Namun, biaya awal untuk pengembangan pembangkit PV cukup tinggi karena

pasar yang belum mencapai kematangan penuh dilihat dari segi teknis dan

ekonomis.

Output daya listrik tahunan pembangkit PV tergantung pada faktor-faktor yang

berbeda. Antara lain:

Insiden Radiasi Matahari di situs Instalasi

Orientasi dan kecenderungan arah panel

Kehadiran atau ketidakhadiran bayangan

Performansi teknis dari komponen pembangkit (modul utama dan inverter)

Aplikasi utama dari pembangkit PV adalah:

Instalasi (dengan sistem penyimpanan) untuk pengguna yang madiri

(isolated from grid) lepas dari grid

Instalasi untuk pengguna yang terkoneksi ke grid tegangan rendah

Pembangkit Listrik Tenaga Surya berdaya besar, biasanya terkoneksi ke

grid tegangan menengah dengan daya tidak kurang dari 1 kW.

Sebuah pembangkit PV pada dasarnya dibentuk oleh generator (PV panel atau

solar panel), dengan bingkai pendukung untuk mount panel pada tanah, pada sebuah

bangunan atau struktur bangunan manapun, oleh sistem untuk kontrol daya dan

conditioning, oleh kemungkinan sistem penyimpanan energi, oleh switchboards

dan switchgear dengan housing pensaklaran dan peralatan perlindungan dan dengan

kabel sambungan.

2.2.2. Energi dari Matahari

Dalam termonuklir inti matahari terjadi reaksi fusi tak henti-hentinya di jutaan

derajat; kemudian merilis besar jumlah energi dalam bentuk radiasi

elektromagnetik. Sebagian dari energi ini mencapai area luar atmosfer bumi dengan

radiasi rata-rata (solar konstan) dari sekitar 1367 W/m2 ± 3%, nilai yang dapat

bervariasi sebagai fungsi dari jarak Bumi-ke-Matahari dan dari aktivitas matahari

(sunspot). Karena orbit eliptikal bumi yang mengitari matahari, jarak terpendek ke

matahari ada pada Desember dan Januari, dan yang terjauh ada pada Juni dan Juli.

12

Gambar 2 Radiasi Extra-Atmospheric [14]

Dengan radiasi matahari (solar irradiance) yang dimaksud adalah insiden intensitas

cahaya radiasi elektromagnetik pada permukaan 1 meter persegi [kW/m2] .

Intensitas tersebut adalah sama dengan integral dari daya yang berhubungan dengan

masing-masing nilai frekuensi spektrum radiasi matahari. Ketika melewati

atmosfer, radiasi matahari berkurang dalam intensitasnya karena sebagian

tercermin dan diserap (oleh uap air dan oleh gas atmosfer lainnya). Radiasi yang

terlewat sebagian disebarkan oleh udara dan oleh partikel padat di udara.

13

Gambar 3 Aliran Energi antara Matahari, Atmosphere, dan Tanah [14]

2.2.3. Komponen Utama Pembangkit PV

1. Generator Photovoltaic (PV)

Komponen dasar dari generator PV adalah fotovoltaik yang sel dimana

konversi radiasi matahari menjadi arus listrik dilakukan. Sel terbuat oleh lapisan

tipis bahan semikonduktor, umumnya silikon ditangani dengan baik, dengan

ketebalan sekitar 0,3 mm dan permukaan 100-225 cm2.

Di pasar ada modul fotovoltaik dijual berupa kumpulan sel. Yang paling umum

yang terdiri 36 sel dalam 4 baris paralel terhubung dalam seri, dengan luas mulai

dari 0,5 sampai 1 m2. Beberapa modul secara mekanis dan elektrik terhubung

membentuk sebuah panel, yang merupakan struktur umum yang dapat dipasang di

gedung.

14

Gambar 4 Pembangkit PV [14]

Beberapa panel elektrik dihubungkan secara seri merupakan sebuah array dan

beberapa array, secara elektrik terhubung dalam paralel untuk menghasilkan daya

yang dibutuhkan, merupakan generator atau bidang photovoltaic.

Gambar 5 Photovoltaic Generator [14]

15

2. Inverter

Conditioning daya dan sistem kendali dilakukan oleh inverter yang mengubah

arus searah (DC – Direct Current) menjadi bolak-balik (AC – Alternating Current)

saat ini dan kontrol kualitas output daya untuk dikirimkan ke grid, juga dengan cara

filter LC dalam inverter itu sendiri. Adapun prinsip skema inverter sebagai berikut:

Gambar 6 Skema Prinsip Inverter Satu Fasa [14]

Transistor, digunakan sebagai saklar statis, dikendalikan oleh sinyal

pembukaan – penutupan yang, dalam mode sederhana, akan menghasilkan output

gelombang persegi bolak balik.

Untuk mendapatkan bentuk gelombang sinusoidal, teknik lebih canggih

canggih - Pulse Width Modulation (PWM) – digunakan atau biasa disebut Modulasi

Lebar Pulsa; Teknik PWM memungkinkan regulation dapat dicapai pada frekuensi

serta pada rms nilai gelombang keluaran.

16

Gambar 7 Prinsip Teknologi PWM [14]

Daya yang disalurkan oleh generator PV tergantung pada titik di mana PV

Generator beroperasi. Dalam rangka memaksimalkan energi pasokan dengan

pembangkit PV, generator akan beradaptasi dengan beban, sehingga titik operasi

selalu sesuai dengan Titik daya maksimum (Maximum Power Point – MPP).

Untuk tujuan ini , sebuah chopper (DC-DC Converter) yang dikendalikan

disebut Maximum Power Point Tracker ( MPPT ) digunakan di dalam inverter atau

pada modul terpisah. MPPT menghitung instan dengan instan pasangan nilai

"Tegangan - arus" dari generator di mana maksimum daya yang tersedia yang

dihasilkan. Mulai dari kurva I- V generator PV.

17

Titik maksimum transfer daya sesuai dengan titik singgung antara

karakteristik I-V untuk diberikan nilai radiasi matahari dan hiperbola persamaan:

𝑉. 𝐼 = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛 (1)

Sistem MPPT digunakan secara komersial mengidentifikasi titik daya pada

kurva karakteristik generator dengan menyebabkan, secara berkala, variasi kecil

beban yang menentukan penyimpangan dari nilai tegangan – arus dan mengevaluasi

jika produk baru I-V lebih tinggi atau lebih rendah maka sebelumnya yang dipilih.

Karena karakteristik yang diperlukan dari kebutuhan performa inverter

untuk pembangkit mandiri dan untuk pembangkit grid-connected pembangkit harus

memiliki karakteristik yang berbeda:

Pembangkit mandiri, inverter harus mampu menyediakan sisi tegangan AC

se-konstan mungkin pada produksi generator dan permintaan beban yang

bervariasi;

Pada pembangkit grid-connected inverter akan mereproduksi, se-persis

mungkin, tegangan jaringan dan pada saat yang sama mencoba untuk

mengoptimalkan dan memaksimalkan keluaran energi dari panel PV .

2.2. Sistem Pendayaan dengan PLTS

Untuk mendayai suatu gedung atau jaringan, PLTS harus mempunyai sistem

terpadu yang memiliki modul-modul dan komponen tertentu. Sistem tersebut harus

didesain sedemikian rupa sehingga pendayaan gedung menjadi handal.

Adapun beberapa sistem pendayaan untuk sistem pembangkit PV atau PLTS

ini:

1. Sistem Stand-alone

Sistem stand-alone mengandalkan tenaga PV saja. Sistem ini dapat terdiri

hanya modul PV dan beban atau dapat mencakup baterai untuk penyimpanan

energi. Bila menggunakan regulator pengisi baterai, yang mematikan modul PV

saat baterai terisi penuh, dan matikan beban bila baterai menjadi bawah batasnya.

Baterai harus memiliki kapasitas yang cukup untuk menyimpan energi yang

dihasilkan pada siang hari untuk digunakan pada malam hari dan selama periode

cuaca buruk. Berikut merupakan skematis contoh dari sistem yang berdiri sendiri ;

18

(a) sistem PV DC sederhana tanpa baterai dan (b) sistem PV besar dengan beban

DC maupun AC.

Gambar 8 Representasi Skematik (a) sistem PV DC Sederhana untuk Mendayai Pompa Air tanpa

Penyimpanan Energi, (b) sistem PV kompleks termasuk Baterai, conditioner daya, dan beban AC maupun

DC [15]

2. Sistem Grid-Connected

Sistem grid-connected telah menjadi semakin populer sebagai aplikasi yang

terintegrasi. PV terhubung ke grid melalui inverter, dan tidak memerlukan baterai

karena grid dapat menerima semua listrik yang generator PV suplai. Alternatifnya,

PV digunakan sebagai pembangkit listrik untuk grid. Sebuah sistem PV grid-

connected secara skematik adalah sebagai berikut:

19

Gambar 9 Representasi Skematik Sistem PV Grid-Connected [15]

3. Sistem Hybrid

Sistem hybrid terdiri dari kombinasi modul PV dan sistem pembangkit listrik lain

seperti diesel, gas atau angina.Sistem hybrid ini secara skematik dapat ditinjau

sebagai berikut:

Gambar 10 Representasi Skematik Sistem PV Hybrid [15]

20

Dalam rangka mengoptimalkan operasi dari dua generator, sistem hybrid

biasanya membutuhkan kontrol yang lebih canggih dari sistem PV stand-alone.

Misalnya, dalam kasus sistem PV disandingkan dengan pembangkit diesel, mesin

diesel harus dimulai ketika baterai mencapai tingkat discharge yang ditentukan dan

berhenti lagi ketika baterai mencapai keadaan pengisian yang cukup. Generator

back-up dapat digunakan untuk mengisi ulang baterai saja atau untuk memasok

beban juga.

Masalah umum dengan generator PV/diesel hybrid adalah kurangnya

pengendalian dari generator diesel. Jika baterai dipertahankan pada terlalu tinggi

keadaan pengisiannya oleh generator diesel, maka energi yang bisa dihasilkan oleh

generator PV akan terbuang. Sebaliknya, jika baterai diisi tidak cukup, maka umur

operasional pembangkit akan berkurang. Masalah tersebut harus dihadapi jika

generator PV ditambahkan dengan mesin diesel tanpa instalasi sistem otomatis

untuk starting mesin dan kendali output.

21

BAB III

METODE PENELITIAN

Pada penelitian ini akan dilakukan desain, pembuatan, serta implementasi

nyata solar inverter pada sistem PLTS Off-grid. Sehingga Gambar 11 merupakan

diagram alir untuk metode penelitian yang dilakukan.

Start

Evaluasi Desain

Perbaikan Desain

A

Sudah Cukup

Belum Cukup

B

End

Desain Solar InverterImplementasi Solar Inveter pada PLTS

Off-Grid

Evaluasi Solar Inverter

Improvement

B

Sudah Cukup

Belum Cukup

Pembuatan Solar Inverter

A

Penulisan Laporan

Gambar 11 Diagram Alir Metodologi Penelitian

3.1. DESAIN SOLAR INVERTER

Solar Inverter yang akan diimplementasikan memiliki fungsi tertentu yaitu

mengkonversi tegangan DC yang bervariasi akibat keluaran dari Pembangkit

Listrik Tenaga Surya yang intermittent. Untuk dapat dengan mudah mensuplai

beban yang ada (umumnya beban AC), diperlukan suatu perangkat solar inverter

22

khusus yang dapat mengkonversi tegangan DC yang bervariasi, menjadi tegangan

AC yang terregulasi dengan baik.

Inverter di-desain secara khusus untuk aplikasi pada Pembangkit Listrik

Tenaga Surya Off-Grid dan akan memiliki fitur sebagai berikut:

Pure Sine-Wave Output

Inverter akan menghasilkan tegangan output yang murni sinusoidal. Hal ini

dilakukan agar output dari inverter tersebut tidak merusak peralatan yang

cukup sensitif terhadap bentuk gelombang dari tegangan-nya (seperti motor

listrik).

Regulasi Input

Hal ini dilakukan agar mendapatkan tegangan AC 220 V pada sisi output

berapapun inverter ini dibebani serta berapapun tegangan input yang

dihasilkan

3.2. PEMBUATAN SOLAR INVERTER UNTUK PLTS OFF-GRID

Solar Inverter kemudian akan dibuat secara khusus untuk sebuah sistem PLTS

off-grid yang telah ada. Pembuatan dilakukan dengan konfigurasi sistem kendali

yang telah di-desain sebelumnya agar fitur-fitur yang diinginkan untuk solar

inverter tersebut tercapai dengan baik.

Topologi dari solar inverter yang akan dibuat berdasarkan pada topologi umum

yang dari inverter tersebut yang ditunjukkan pada Gambar 12.

23

Gambar 12 Topologi Umum Inverter

Solar inverter yang merupakan aplikasi khusus inverter pada PLTS yang akan

dirancang, dilakukan dengan menggunakan topologi umum inverter tersebut dan

dimodifikasi sedemikian rupa agar dapat mendapatkan fitur-fitur yang diinginkan

sesuai dengan hasil desain dari solar inverter yang dilakukan sebelumnya.

3.3. EVALUASI TERHADAP SOLAR INVERTER UNTUK PLTS OFF-GRID

Solar inverter yang telah dibuat berdasarkan desain yang telah dilakukan

sebelumnya kemudian dievaluasi. Evaluasi terhadap solar inverter tersebut

dilakukan dengan mengimplementasikan solar inverter secara nyata pada PLTS

Off-Grid yang sudah terpasang dengan beban dummy.

Solar inverter dapat disebut baik bila solar inverter ini dapat mengeluarkan

tegangan AC 220 V berapapun input tegangan dari Solar Panel yang dipasangkan

pada PLTS Off-Grid tersebut.

Selain itu, evaluasi dilakukan dengan membandingkan efisiensi daya inverter

beserta solar charge controller dengan solar inverter yang telah dibuat. Solar

inverter yang dibuat direncanakan akan menggantikan solar charge controller dan

inverter pada PLTS Off-Grid.

24

Gambar 13 Rangkaian Pengukur Arus [16]

Pengukuran daya dilakukan dengan mengukur arus dan tegangan input dan

output dari modul-modul yang dibandingkan. Pada Gambar 13 diperlihatkan

rangkaian untuk mengukur arus. Sedangkan untuk dapat mengukur daya keluaran

dari inverter diperlukan beban dummy yang diperlihatkan pada Gambar 14.

Gambar 14 Beban Dummy [17], [18]

25

BAB IV

JADWAL PELAKSANAAN

Penelitian dilaksanakan Jurusan Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika,

Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan, jalan Ciumbuleuit

No.94, Bandung. Penelitian dilakukan selama 10 bulan. Jadwal penelitian dapat

dilihat pada tabel berikut:

Tabel 1 Jadwal Pelaksanaan Penelitian

No. Kegiatan Bulan ke-

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 Studi

Pustaka

2 Desain Solar

Inverter

3

Evaluasi

Desain Solar

Inverter

4

Pembuatan

Solar

Inverter

5

Evaluasi

Solar

Inverter

6

Implementasi

Nyata Solar

Inverter

8 Penyusunan

Laporan

26

BAB V

HASIL DAN PEMBAHASAN

Penelitian ini menghasilkan sebuah sebuah teknologi tepat guna berupa

inverter yang dapat dipakai untuk mendayai beban AC. Oleh karena itu, secara

spesifik, hasil dari penelitian ini merupakan teknologi tepat guna dalam bentuk

rangkaian-rangkaian listrik untuk inverter tersebut.

Hasil penelitian dicapai dengan beberapa tahap berikut:

1. Desain Struktur

2. Pemodelan

3. Simulasi

4. Implementasi

5.1. DESAIN STRUKTUR

Secara garis besar, rancangan desain pada struktur konfigurasi daripada inverter

yang akan dibuat dapat dilihat pada Gambar 15.

DC Voltage

AC

Boost Converter

HigherDC Voltage

H-Bridge

Gambar 15 Desain Solar Inverter

Komponen utama dari inverter tersebut adalah Boost Converter dan H-Bridge.

Boost Converter merupakan sebuah perangkat elektronik yang mengubah tegangan

DC 12 Volt, menjadi tegangan DC yang lebih tinggi (sekitar 310 Volt). Sedangkan

H-Bridge berfungsi untuk menjadikan tegangan DC tersebut menjadi bolak-balik.

State-of-the-art daripada desain demikian terletak pada Boost Converter. Boost

Converter tersebut dikendalikan sedemikian rupa sehingga yang dihasilkan adalah

tegangan DC yang bergunung-gunung (seperti sinyal sine) namun tidak bolak-

balik. Oleh karena itu, H-Bridge disini hanya berperan untuk membolak-balikan

tegangan yang bergunung-gunung tersebut menjadi AC yang bolak-balik.

27

5.2. PEMODELAN

Pemodelan dilakukan dengan menggunakan melakukan penurunan rumus

Boost Converter berdasarkan rangkaian dasar Boost Converter tersebut yang dapat

dilihat pada Gambar 16.

Gambar 16 Rangkaian Boost Converter

Dari rangkaian tersebut, dapat dilihat bahwa sifat rangkaian akan berubah bila

sakelar SW = ON dan SW = OFF. Oleh karena itu, rangkaian Boost Converter akan

menjadi seperti pada Gambar 17 saat SW = ON dan Gambar 18 saat SW = OFF.

Gambar 17 Rangkaian Boost Converter SW=ON

Gambar 18 Rangkaian Boost Converter SW=OFF

Pemodelan dilakukan terhadap kedua rangkaian Boost Converter saat SW=ON dan

SW=OFF dengan memanfaatkan state space sebagai sarana untuk memodelkan

rangkaian tersebut.

28

Pada saat SW = ON, dengan memanfaatkan loop 𝑖𝐿, didapatkan persamaan sebagai

berikut:

Dengan memanfaatkan loop 𝑖𝐿𝑜𝑢𝑡, didapatkan persamaan sebagai berikut:

Kedua persamaan loop 𝑖𝐿 dan loop 𝑖𝐿𝑜𝑢𝑡 disubstitusi, sehingga

dan

29

State Space untuk rangkaian Boost Converter SW=ON:

Pada saat SW = OFF, dengan memanfaatkan loop 𝑖𝐿𝑜𝑢𝑡 , didapatkan persamaan

sebagai berikut:

dan

Kedua persamaan tersebut disubstitusi, sehingga menghasilkan:

Dengan memanfaatkan loop 𝑖𝐿 dan substitusi dengan persamaan diatas, didapatkan

persamaan sebagai berikut:

30

State Space untuk rangkaian Boost Converter SW=OFF:

Pemodelan tersebut diverifikasi dengan memanfaatkan perangkat lunak MATLAB.

Dengan kendali yang cukup sederhana, pemodelan tersebut menghasilkan keluaran

Boost Converter yang cukup baik seperti yang terlihat pada Gambar 19.

Gambar 19 Verifikasi Pemodelan Boost Converter

5.3. SIMULASI

Berdasarkan hasil pemodelan yang telah dibahas sebelumnya, inverter yang

telah didesain kemudian disimulasikan dengan memanfaatkan perangkat lunak

31

PSIM untuk mendapatkan hasil arus bolak-balik yang diinginkan. Rangkaian untuk

simulasi dapat dilihat pada Gambar 20.

Gambar 20 Rangkaian Simulasi Inverter

Hasil simulasi untuk rangkaian tersebut cukup baik, seperti yang diperlihatkan pada

Gambar 21 dimana sudah menghasilkan tegangan bolak-balik AC.

Gambar 21 Hasil Simulasi Inverter

5.4. IMPLEMENTASI

Seluruh rangkaian tersebut kemudian diimplementasikan dengan

memanfaatkan input DC dari baterai accumulator VLRA 12 Volt untuk mendayai

lampu pijar 100 Watt. Hasil daripada implementasi tersebut cukup baik untuk tahap

awal (diperlihatkan pada Gambar 22 dan Gambar 23).

32

Gambar 22 Rangkaian Implementasi Inverter

Gambar 23 Hasil Implementasi Inverter

33

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1. KESIMPULAN

Berdasarkan penelitian yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:

1. Desain Inverter mempunyai struktur konfigurasi yang memanfaatkan dua

jenis perangkat elektronik, yaitu Boost Converter dan H-Bridge

2. Boost Converter dikendalikan sedemikian rupa sehingga menghasilkan

tegangan DC yang berbentuk gunung-gunung.

3. H-Bridge hanya berperan sebagai pembolak-balik daripada tegangan

berbentuk gunung-gunung tersebut.

4. Hasil Pemodelan dan Simulasi menunjukkan bahwa dengan memanfaatkan

Boost Converter dan H-Bridge, Inverter sudah dapat menghasilkan

tegangan AC bolak-balik.

5. Hasil Implementasi menunjukkan bahwa inveter sudah mampu mendayai

lampu pijar 100 Watt dengan baik.

6.2. SARAN

Berdasarkan penelitian yang dilakukan, terdapat beberapa saran sebagai berikut:

1. Rangkaian Implementasi diberikan packaging yang baik agar dapat

dimanfaatkan masyarakat dengan mudah.

2. Melakukan implementasi pada sistem PLTS Off-Grid yang sesungguhnya.

3. Merancang dan melakukan desain serta implementasi Grid-Tied Solar

Inverter sebagai keberlanjutan penelitian ini.

34

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ministry of Energy and Mineral Resources of Indonesia, “Ruptl Pln 2016-

2025.” 2016.

[2] M. . Fortunato, A. . Giustiniani, G. . Petrone, G. . Spagnuolo, and M. . Vitelli,

“Maximum power point tracking in a one-cycle-controlled single-stage

photovoltaic inverter,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 55, no. 7, pp. 2684–

2693, 2008.

[3] H. Fujita, “A high-efficiency solar power conditioner using a zigzag-

connected chopper converter,” 2010 Int. Power Electron. Conf. - ECCE Asia

-, IPEC 2010, pp. 1681–1687, 2010.

[4] R. González, E. Gubía, J. López, and L. Marroyo, “Transformerless single-

phase multilevel-based photovoltaic inverter,” IEEE Trans. Ind. Electron.,

vol. 55, no. 7, pp. 2694–2702, 2008.

[5] L. Halim and C. F. Naa, “SISTEM PENDAYAAN ENERGI LISTRIK

PADA RUMAH KACA DENGAN MENGGUNAKAN PEMBANGKIT

LISTRIK TENAGA SURYA,” 2016.

[6] L. Hassaine, E. Olias, J. Quintero, and M. Haddadi, “Digital power factor

control and reactive power regulation for grid-connected photovoltaic

inverter,” Renew. Energy, vol. 34, no. 1, pp. 315–321, 2009.

[7] S. B. Kjær, Design and Control of an Inverter for Photovoltaic Applications,

no. January. 2005.

[8] J. M. A. Myrzik and M. Calais, “String and module integrated inverters for

single-phase grid connected photovoltaic systems - A review,” 2003 IEEE

Bol. PowerTech - Conf. Proc., vol. 2, pp. 430–437, 2003.

[9] R. Razi and M. Monfared, “Multi-loop control of stand-alone inverters with

minimum number of sensors,” IET Power Electron., vol. 9, no. 12, pp. 2425–

2433, 2016.

[10] A. Report, “PV Inverter Design Using Solar Explorer Kit,” no. July, pp. 1–

35, 2013.

[11] C. Schauder, “Impact of FERC 661-A and IEEE 1547 on photovoltaic

35

inverter design,” Proc. IEEE Power Eng. Soc. Transm. Distrib. Conf., vol.

2210, 2012.

[12] T. Shimizu, O. Hashimoto, and G. Kimura, “A novel high-performance

utility-interactive photovoltaic inverter system,” IEEE Trans. Power

Electron., vol. 18, no. 2, pp. 704–711, 2003.

[13] S. P. Nangare and S. S. Utture, “3P (Printed Paper Photovoltaic)

Technology,” IOSR J. Mech. Civ. Eng., pp. 4–10, 2010.

[14] ABB, Technical Application Papers No.10: Photovoltaic Plants, no. 116.

ABB, 2010.

[15] M. Zeman, “Photovoltaic Systems,” in Solar Cells, Delft University of

Technology, 2012.

[16] D. Incorporated, “ZXCT1009,” no. April. pp. 1–8, 2011.

[17] Ken, “Building a Dummy Load and Measuring Power Accurately,” K4EAA.

[Online]. Available: http://k4eaa.com/dummy.html.

[18] M. Franz, “Dummy Load,” HB9EFY, 2010. [Online]. Available:

http://www.endorphino.de/projects/electronics/dummyload/index_en.html.

36

RANCANGAN REKAPITULASI ANGGARAN PENELITIAN

Keterangan Harga

Gaji dan Upah Honor Peneliti Rp. 3.000.000,-

Bahan-Bahan dan

Peralatan

H – Bridge

Rp. 6.700.000,-

Solar Panel

Mikro-controller

Frame Alumunium

PCB

Kabel

Beban Dummy

Dokumentasi Photocopy dan Jilid Rp. 300.000,-

Total Rp. 10.000.000,-