of 8/8
1 AbstrakPemanfaatan 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. Indekssistem 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: [email protected]). Mochamad Ashari adalah guru besar di Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Indonesia (e-mail: [email protected]) Dedet Candra Riawan adalah pengajar di Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Indonesia (e-mail: [email protected]) 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) i L pada beban. Sistem PV dapat dimodelkan sebagai tiga sumber arus paralel. Amplitudo I P 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 I Q dari sumber arus kedua bergantung dari besar daya reaktif yang mengalir ke beban. I Q 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 i AC 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 P , yang sinkron dengan bentuk gelombang tegangan utama. Amplitudo sinyal ini proporsional dengan daya maksimum yang tersedia di sel-sel PV. Blok QD mendeteksi arus reaktif dan harmonisa yang mengalir ke beban dan membangkitkan tegangan QD 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

Desain Sistem Photovoltaic (PV) Terhubung Dengan Grid ... · Makalah ini diseminarkan pada Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

  • View
    232

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Desain Sistem Photovoltaic (PV) Terhubung Dengan Grid ... · Makalah ini diseminarkan pada Seminar...

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:

[email protected]).

Mochamad Ashari adalah guru besar di Jurusan Teknik Elektro Institut

Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Indonesia (e-mail:

[email protected])

Dedet Candra Riawan adalah pengajar di Jurusan Teknik Elektro Institut

Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Indonesia (e-mail:

[email protected])

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

P , yang sinkron dengan bentuk gelombang tegangan utama. Amplitudo sinyal ini proporsional dengan daya maksimum

yang tersedia di sel-sel PV. Blok QD mendeteksi arus reaktif

dan harmonisa yang mengalir ke beban dan membangkitkan

tegangan QD 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 P dan QD ditambahkan untuk mendapatkan sinyal

modulasi M 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 P , 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 R merupakan sebuah referensi sinusoidal, dan H3 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 . Juga, jika adalah

time constant integrator, maka fungsi transfer untuk filter

adalah:

=2+232+4

5+232+44 (1)

Dimana

=12

(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 1 pada keluaran sensor efek Hall adalah:

1 = 1 (3)

dimana z1 adalah transimpedance sensor. Diasumsikan bahwa

ripple kecil dan dapat diabaikan, maka modulator

mengusahakan 1 memiliki bentuk gelombang yang sama

dengan vM. Oleh karena itu, arus keluaran dapat ditulis

sebagai:

O = M

1 (4)

Tegangan pada induktor filter LPV adalah:

PV = PVdO

d (5)

3

Gambar 3 Rangkaian deteksi arus reaktif dan harmonisa[3]

Besarnya induktor yang diggunakan harus dihitung agar

amplitudo Ih dan frekuensi pada arus harmonisa tertinggi dapat dieliminasi. Tingkat maksimum dari peningkatan yang

berhubungan dengan harmonisa ini adalah:

dOd

MAX

= (6)

Nilai minimum dari PV timbul saat SEC = PV , dan

CA = CA (puncak positif). Oleh karena itu, menggunakan persamaan (5) dan (6), nilai maksimum untuk LPV adalah:

PV =PV CA

(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:

MAX =PV

2PV (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 (0.0650.015)%/K

Temperature coefficient of Voc -(0.3650.05)%/K

Temperature coefficient of P (0.50.05)%/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 diasumsikan sama dengan satu. Dengan menggunakan persamaan (3), maka didapat:

=

4

Gambar 5 Pemodelan power stage

Modul PV yang digunakan dalam desain sistem PV ini

memiliki Vmpp sebesar 87.5V. Sehingga 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

=

220 2 = 87.5

n =220 2

87.5

= 220 2

87.5

= 3.56 4

Dengan menentukan fmax= 14KHz dan B=100mA, maka

dapat dihitung besarnya LPV dengan menggunakan persamaan

(8).

=

2

14 = 4 87.5

2 0.1

= 4 87.5

14 0.2

= 0.125

125

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

bernilai 0.001, dan Vr sebesar 220/1000. Dengan

menggunakan persamaan (2), maka didapatka besar k:

=12

=1 1 220 1000

0.001

= 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 25C. 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 25C. 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 20. Untuk S=800W/m2, daya

maksimum akan dicapai hingga batas tahanan 25. Untuk

S=600W/m2, daya maksimum akan dicapai hingga batas

tahanan 33.

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.