PERANCANGAN STAND ALONE PV SYSTEM DENGAN MAXIMUM POWER POINT TRACKER (MPPT) MENGGUNAKAN

METODE MODIFIED HILL CLIMBING

Oleh :FARHAN APRIAN

NRP 2207 100 629NRP. 2207 100 629

Pembimbing :gProf. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.EngVita Lystianingrum, ST, M.Sc

Seminar Tugas AkhirSeminar Tugas AkhirBidang Studi Teknik Sistem Tenaga

Jurusan Teknik ElektroJuni 2010

Latar Belakang dan PermasalahanLatar Belakang dan Permasalahan

• Pengguanaan panel surya untuk PLTS belakangan inigg p y g

sudah umum dijumpai. Panel surya sudah mulai banyakdigunakan untuk fasilitas-fasilitas umum khususnya di

k b h l k l kperkotaan. Sebagai contoh aplikasi panel surya untukPenerangan Jalan Umum (PJU), Traffic light, alatperingatan untuk palang perlintasan KA, dll.p g p g p ,

• Daya panel yang dipengaruhi intensitas sinar matahariyang selalu berubah-ubah. Sehingga diperlukan sebuahi t g d t j g d k l lsistem yang dapat menjaga daya keluaran panel surya

untuk tetap konstan.

Aplikasi Panel Surya Untuk Lampu Lalu lintas di Kota Solo

Al t i t t k lAlat peringatan untuk palang perlintasan KA

Batasan Masalah dan TujuanBatasan Masalah dan Tujuan

Batasan Masalah :• Mendesain sizing capacity sebuah Stand Alone PV

System dalam melayani beban lokal.• Menggunakan model konverter dc-dc buck-boost dengan

metode Modified Hill Climbing (MHC) untukmemaksimalkan kerja panel surya.e a s al a e ja pa el su ya.

Tujuan :Membuat sebuah pembangkit listrik tenaga surya untukrumah-rumah penduduk yang terisolir dan letaknyajauh dari jaring distribusi listrik.

Sistem yang direncanakan

Stand Alone PV System adalah.......Stand Alone PV System adalah.......

Sebuah sistem pembangkit listrik tenaga Sebuah sistem pembangkit listrik tenaga surya yang digunakan untuk melayani beban lokalbeban lokal.

Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Sistem Maximum Power Point Tracker Secara Umum

Maximum Power Point Tracker (MPPT) adalah suatu sistem untukMaximum Power Point Tracker (MPPT) adalah suatu sistem untukmencari sebuah point (titik) maksimum dari tegangan dan aruskeluaran pada panel surya. Sistem ini dapat memaksa panel suryauntuk membangkitkan daya hingga maksimum pada setiapuntuk membangkitkan daya hingga maksimum pada setiapperubahan level intensitas cahaya matahari.

Kurva Karekteristik P‐V Panel Surya Dengan Level Intensitas Cahaya Yang Berbeda‐Beda

Sistem Maximum Power Point Tracker Secara Umum

Sistem Maximum Power Point Tracker (MPPT) merupakan sebuahrangkaian devais elektronik yang dapat mengubah‐ubah titikoperasi dari panel surya.

Sistem Panel Surya Tanpa MPPT

Kurva Karakteristik I-V dan P-VSistem Panel Surya Menggunakan MPPT

Kurva Karakteristik I V dan P VDari Panel Surya

SistemMaximum Power Point TrackerSistem Maximum Power Point Tracker

Desain panel surya yang terhubung dengan sistem MPPT ke bebanditunjukkan blok diagram dibawah ini.

Blok Diagram Konfigurasi Sistem MPPT

Permodelan Panel SuryaPermodelan Panel SuryaPermodelan secara matematik dari sebuah panel surya adalah berupa rangkaianpengganti sederhana yang terdiri dari sumber arus yang diparalel dengan diode danresistensi pada tiap-tiap sel suryaresistensi pada tiap tiap sel surya.

Rangkaian Ekivalen Panel Surya

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 1exp 0

0S

rspphp kTAnqVInInI

⎞⎜⎛ ⎤⎡⎤⎡ qET 11

3

Panel Surya brand “ New Tomorrow” 50 watt peak

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡=

TTkAqE

TTII

r

G

rrrrs

11exp

( )[ ]1000

sTTkII riscrph −+=

Simulasi Permodelan Panel SuryaSimulasi Permodelan Panel Surya

Didapat % error simulasi darimembandingkan antara nilairating kerja panel surya pada

b l b l d il itabel sebelumnya dengan nilai-nilai rating kerja panel hasil darisimulasi.

Simulasi Panel Surya brand “ New Tomorrow”Simulasi Panel Surya brand New Tomorrow 50 watt peak

Perancangan Konverter DC‐DCPerancangan Konverter DC DC

• Jenis konverter dc-dc yang digunakan adalah buck-boost.

• Tegangan keluaran dapat • Tegangan keluaran dapat lebih besar atau lebih kecil dari tegangan masukan. Rangkaian konverter 

buck‐boost yang digunakan 

DD

VV

in

out

−=

1( )

fxRDL L

b 21 2−

=

y g g

fxRxVVxDC

Lripple

out=min

Metode MPPT Modified Hill ClimbingMetode MPPT Modified Hill Climbing

• Metode bekerja setiap terjadi perubahan daya terhadap waktuberdasarkan karekteristik kurva P-V panel.

Metode MetodeMetodeClassic Hill Climbing

Metode Modified Hill Climbing

Flowchart MetodeFlowchart Metode

Flowchart Metode Classic Hill Climbing

Flowchart Metode Modified Hill Climbing

Simulasi SistemSimulasi Sistem 

Desain simulasi sistem panel terhubung sistem MPPT menggunakanDesain simulasi sistem panel terhubung sistem MPPT menggunakankonverter buck-boost dengan metode modified hill climbing ditunjukkanpada diagram dibawah ini.

Diagram Simulasi Sistem MPPTDiagram Simulasi Sistem MPPT Menggunakan Konverter Buck-Boost Dengan Metode Modified Hill Climbing

Hasil SimulasiHasil Simulasi

• Hasil running simulasi perbandingan antara sistem MPPT menggunakan keduat dmetode

Sun Power 

1000 W/m²1000 W/m

Sun Power  

400 W/m²

Sun Power 

1000 W/m²

Hasil Simulasi Perbandingan Kurva Daya Output Sistem MPPT Menggunakan Metode Modified Hill

climbing dengan Metode Classic Hill Climbing

Hasil SimulasiHasil Simulasi 

Sistem MPPT menggunakan metode modified hill climbing mempunyai effisiensiSistem MPPT menggunakan metode modified hill climbing mempunyai effisiensirata-rata sebesar 90% dari daya output maksimal panel surya.

Effisiensi vs Level Illuminasi Sun Power saat Beban 15 Watt

Perencanaan Stand Alone PV SystemPerencanaan Stand Alone PV System

Stand Alone PV System adalah sebuah pembangkit listrik tenaga surya untuk daerah terisolir.

Blok Diagram Stand Alone PV System Dengan MPPT Menggunakan Metode Modified Hill Climbing

LokasiLokasiPada tugas akhir ini dipilih lokasi pada daerah yang belum terdistribusi listrik secara merata Dipilih lokasi bernama secara merata. Dipilih lokasi bernama dusun Bancang yang terletak di desa Tahulu kecamatan Merakurak kota Tubanpropinsi JATIM.

Peta LokasiPeta Lokasi  

Kondisi Eksisting Kelistrikan LokasiKondisi Eksisting Kelistrikan Lokasi

500 m

1,5 – 2 Km

kondisi kelistrikan pada lokasi saat ini kurang effisienkondisi kelistrikan pada lokasi saat ini kurang effisienkarena daya listrik yang didistribusikan oleh PLN banyakyang hilang akibat penggunaan kabel yang terlalupanjang (losses kabel)panjang (losses kabel).

Kondisi LokasiKondisi Lokasi

Data Beban & Profil BebanData Beban & Profil Beban

Data beban berfungsi sebagai parameter dalam penentuan kapasitas battery, panel surya dan i t k di kinverter yang akan digunakan.

Kapasitas Penggunaan Harian Battery Storage• Model Rumah Ke-1 = 345 Watt hourJika dipilih tegangan battery yang dipakai = 12 volt 345 Wh / 12 Volt = 28,75 AhDiasumsikan effisiensi battery : 90 %Diasumsikan loss cable : 2 %Maka penggunaan battery harian : Ah

x59,32

98,09,075,28

=

Dari tabel di samping dapat dilihat penggunaan battery 

,,

p gg yharian untuk model rumah 1,2,3 dan 4,5 hampir sama. Maka dalam desain selanjutnya dipilih yangselanjutnya dipilih yang paling besar.               

Desain Kapasitas Battery StorageDesain Kapasitas Battery StorageDesain battery untuk model rumah ke-1, 2, dan 3- 3 × 36,8 Ah = 110,4 ≅ 111 Ah

(jika didesain mampu untuk 3 hari)(jika didesain mampu untuk 3 hari)- Maka dipilih kapasitas battery 12 V / 130 Ah- Sehingga % kapasitas terpakai per hari :

(36 8 / 130) 28 3%(36,8 / 130) = 28,3%

Untuk penggunaan DOD 28,3%diasumsikan mampu sampai 1588 cyclepenggunaan (1Cycle = 1× charge dan 1×discharge = 1 hari). Jika dalam 1 tahunada 365 hari maka lifetime batterystorage dapat diperkirakan sekitar 4 4storage dapat diperkirakan sekitar 4,4tahun penggunaan.

Sehingga dipilih desain batterystorage menggunakan konfigurasi bateraiparalel 2 x @ 12V / 65Ah

Kurva Karakteristik Depth Of Discharge (DOD) sebuah battery YUASA 

Desain Kapasitas Battery StorageDesain Kapasitas Battery Storage

• Untuk model rumah ke-4 dan ke-5 menggunakan desainggbattery storage 5 x @ 12V/100Ah dengan konfigurasibaterai paralelM k d i b tt t 2 @ 6V/1850Ah• Menggunakan desain battery storage 2 x @ 6V/1850Ahdengan konfigurasi baterai seri, jika diinginkan desainbattery untuk total beban 5 model rumah

Battery 12V / 65Ah Battery 12V/100Ah Battery 6V/1850Ah

Desain Kapasitas Panel SuryaDesain Kapasitas Panel SuryaDesain kapasitas panel surya untuk model rumah ke‐1, 2, dan 3

‐ Dari analisa penggunaan battery harian didapat  36,8 Ah

Effisiensi pada Charge Control menggunakan metode Modified Hill Climbing sebesar 90 %‐ Effisiensi pada Charge Control menggunakan metode Modified Hill Climbing sebesar 90 %

(36,8 Ah / 0,9) = 40,89 Ah

‐ Jika kemampuan PV full sun power di Indonesia diasumsikan sekitar 4 hour per hari maka :

(40,89 Ah / 4 h) = 10,22 Ampere( , / ) , p

‐ Jika dipilih panel surya TYPE 50 WP  

(50 Watt / 12 Volt) = 4,16 ≅ 4,2 Ampere‐ Sehingga untuk mencapai arus 10,22 Ampere dalam sehari maka dibutuhkan

10,22 A / 4,2 A = 2,4 ≅ 3 buah ‐ Jadi, desain kapasitas panel surya untuk model rumah ke‐1, ke‐2, dan ke‐3 membutuhkan 

sekitar 3 x @ TYPE 50 WP dengan konfigurasi paralel.

Desain Sistem Untuk Model Rumah

K 1 2 d 3Ke1, 2 dan 3

• Desain kapasitas panel surya untuk model rumah ke-4p p ydan model rumah ke-5 membutuhkan sekitar 5 x @TYPE 100 WP dengan konfigurasi paralel.D i k it l t k l i b b 5• Desain kapasitas panel surya untuk melayani beban 5model rumah membutuhkan sekitar 13 x @ TYPE 100WP dengan konfigurasi paralel

Modul Panel Surya TYPE 50 WP Modul Panel Surya TYPE 100 WP

Desain Kapasitas InverterDesain Kapasitas Inverter

Penentuan kapasitas inverter yang akan digunakan p y g gyaitu sekitar 2-3 kali besar beban puncak.

• Desain kapasitas inverter untuk model rumah ke-1, 2, dan 3 : Type 300 Watt

• Desain kapasitas inverter untuk model rumah ke-4 dan model rumah ke-5 : Type 300 Watt

• Desain kapasitas inverter untuk total beban 5 model prumah : Type 1000 Watt

Rincian Biaya Perencanaan SistemRincian Biaya Perencanaan Sistem

KesimpulanKesimpulan

• Penggunaan sistem Maximum Power Point Tracker (MPPT)t d M difi d Hill Cli bi d k t B k B tmetode Modified Hill Climbing pada konverter Buck-Boost

yang terhubung pada panel surya dapat memaksa sistembekerja pada setiap level illuminasi sun power denganeffisiensi rata-rata sebesar 90%.

• Dari analisa rincian biaya perencanaan stand alone pv systemdapat diambil kesimpulan biaya capital cost untuk modelrumah ke-1, ke-2, dan ke-3 sekitar Rp. 10.470.000; biayacapital cost nt k model r mah ke 4 dan ke 5 sekitar Rpcapital cost untuk model rumah ke-4 dan ke-5 sekitar Rp.28.320.000; dan biaya capital cost jika untuk total beban 5model rumah sekitar Rp. 72.235.000.

• Biaya investasi dalam pembuatan stand alone pv systemBiaya investasi dalam pembuatan stand alone pv systemtergolong mahal dan biaya maintenance untuk battery setiap5 tahun, tetapi sebanding dengan hasil yang diperoleh.