MPPT BERBASIS ALGORITMA PARTICLE SWARM OPTIMIZATION …eprints.umm.ac.id/41810/1/PENDAHULUAN.pdf ·...

i

MPPT BERBASIS ALGORITMA PARTICLE SWARM

OPTIMIZATION UNTUK PV DENGAN KONDISI IRRADIANCE

NORMAL DAN PARTIAL SHADING MENGGUNAKAN

PENGENDALI DAYA SEPIC KONVERTER

SKRIPSI

Disusun Oleh:

WAHYU DIANTO PRAMANA

NIM. 201310130311048

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2018

ii

LEMBAR PERSETUJUAN





Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh:


201310130311048

Tanggal Ujian : 13 Oktober 2018

Tanggal Wisuda : 24 November 2018

Disetujui Oleh:

Pembimbing I

Machmud Effendy, S.T, M.Eng

NIDN : 0705056501

Pembimbing II

Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T

NIDN : 0718036502

iii

LEMBAR PENGESAHAN





Tugas Akhir ini Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Oleh:


201310130311048

Tanggal Ujian : 13 Oktober 2018

Tanggal Wisuda : 24 November 2018

Disetujui Oleh:

1. Machmud Effendy, S.T, M.Eng

NIDN : 0715067402

(Pembimbing I)

2. Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T

NIDN : 0718036502

(Pembimbing II)

3. Dr. Lailis Syafa’ah, M.T

NIDN : 0721106301

(Penguji I)

4. Widianto, S.T, M.T

NIDN : 0722048202

(Penguji II)

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Elektro


NIDN : 0718036502

iv

LEMBAR PERNYATAAN

i. LEMBAR PERNYATAAN

Yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : WAHYU DIANTO PRAMANA

Tempat/Tgl. Lahir : MOJOKERTO / 4 AGUSTUS 1994

NIM : 201310130311048

Fakultas/Jurusan : TEKNIK/TEKNIK ELEKTRO

Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir dengan judul “MPPT BERBASIS

ALGORITMA PARTICLE SWARM OPTIMIZATION UNTUK PV

DENGAN KONDISI IRRADIANCE NORMAL DAN PARTIAL

SHADING MENGGUNAKAN PENGENDALI DAYA SEPIC

KONVERTER” beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan bukan

merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam

bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila kemudian

ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya ini, atau ada

klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya siap menanggung

segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.

Mengetahui,

Pembimbing I

Machmud Effendy, S.T, M.Eng

NIDN : 0715067402

Pembimbing II


NIDN : 0718036502

Malang, November 2018

Yang Membuat Peryataan


v

Abstrak

Photovoltaic(PV) merupakan perangkat yang berfungsi untuk mengubah

irradiasi cahaya matahari menjadi energi listrik arus searah disebut Direct

Current(DC). Untuk meningkatkan daya output yang dihasilkan oleh PV, maka

diperlukan sebuah metode untuk melacak Maximum Power Point(MPP) yang biasa

disebut Maximum Power Point Tracking(MPPT). Sehingga daya yang dihasilkan

meningkat, namun lebih ekonomis. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan

pemodelan MPPT menggunakan Particle Swarm Optimization Algorithm(PSO). PSO

dirancang untuk mengoptimalkan daya output MPP yang dihasilkan oleh PV. Metode

yang diusulkan kemudian diimplementasikan pada DC to DC converter. Pada

penelitian ini digunakan sepic converter. Tujuan dari penggunaan sepic converter

adalah mereduksi ripple arus dan tegangan output yang besar. Pemodelan sistem

dilakukan menggunakan software MATLAB 2016a untuk mengetahui peforma PSO

dan sepic converter. Evaluasi terhadap peforma dari PSO dan sepic converter telah

selesai dilakukan, baik dalam kondisi normal maupun dalam kondisi partial shading.

Hasil simulasi menunjukkan sistem yang diusulkan telah bekerja dengan sangat baik.

PSO memiliki akurasi yang baik dalam pelacakan, dan mampu melacak daya yang

dihasilkan oleh PV dengan kecepatan sekitar ±4,2 detik ketika dalam keadaan STC,

±9,2 detik ketika dalam keadaan partial shading. Sedangkan pada sepic converter

mampu mencapai efisiensi ≥ 80%.

Kata kunci: Photovoltaic(PV), Maximum Power Point(MPP), MPPT. Particle Swarm

Optimization Algorithm(PSO), STC, Partial Shading, SEPIC converter

vi

Abstract

Photovoltaic(PV) is a device which is capable to converts solar irradiance into

Direct Current(DC) electricity energy. To increase the power result of PV, it needs a

method to track the Maximum Power Point(MPP) which is usually called Maximum

power Point Tracking(MPPT). So that, the power result increased with low cost. The

purpose of this research is to conduct MPPT modeling by Particle Swarm

Optimization (PSO). The proposed method is implemented in DC to DC converter.

This research used SEPIC converter. The purpose of using SEPIC converter is in order

the output of current and voltage have smallest ripple. The modelling system is

conducted by using MATLAB 2016a software to find out performance of PSO and

SEPIC converter. The evaluation of PSO and SEPIC converter performance has been

done. The simulation result shows that the proposed system has been working very

well. The PSO has good accurateness in tracking and capable to to track the power

produced by PV with velocity around ±4,2 seconds when in conditions STC, ±9,2

seconds when in conditions partial shading, despite a fluctuating irradiance change.

While in SEPIC converter is able to reach efficiency of ≥ 80%.

Keyword: Photovoltaic(PV), Maximum Power Point(MPP), MPPT, Particle Swarm

Optimization(PSO), STC, Partial Shading, SEPIC Converter

vii

LEMBAR PERSEMBAHAN

ii. LEMBAR PERSEMBAHAN

Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis

dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih

yang sebesar-besarnya kepada :

1. Orang tua dan kakak, yang telah banyak memberikan do’a dan dukungan.

2. Dekan Fakultas Teknik dan keluarga (FT) Bapak Dr. Ahmad Mubin, M.T, serta

para Pembantu Dekan Fakultas Teknik dan keluarga besar Universitas

Muhammadiyah Malang.

3. Ketua Jurusan Teknik Elektro Ibu Ir. Nur Alif M, M.T.dan Sekretaris Jurusan

Teknik Elektro Bapak Widianto, S.T, M.T , beserta seluruh staffnya.

4. Bapak Machmud Effendy,S.T, M.Eng dan ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T yang

telah meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan

Skripsi ini.

5. Seluruh civitas akademika (dosen, asisten, dan karyawan) Universitas

Muhammadiyah Malang yang telah membekali ilmu dan membantu penulis

selama proses studi.

6. Sahabat dan teman-teman Elektro angkatan 2013 yang berjuang mencari ilmu di

UMM.

7. Erlyna Agustina yang selalu memberi dukungan penuh dan semangat.

8. Dan yang terakhir, semuanya yang telah membantu penulis yang tidak bisa

disebutkan satu persatu.

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah جل جلاله atas segala nikmat, rahmat, taufik serta

hidayahnya-Nya. Sholawat serta salam semoga senantiasa tercurah kepada Rasulullah

Atas kehendak dan karunia Allah sehingga penulis dapat menyeleseikan tugas .صلى الله عليه وسلم

akhir yang berjudul:

“MPPT BERBASIS ALGORITMA PARTICLE SWARM



PENGENDALI DAYA SEPIC KONVERTER” Penulisan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar

sarjana teknik di Universitas Muhamadiyah Malang. Selain itu penulis berharap tugas

akhir ini dapat memperluas pustaka dan pengetahuan untamanya dalam bidang energi

terbaharukan.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tgas akhir ini masih banyak terdapat

kekurangan. Oleh karena itu Penulis berharap saran yang membangun, agar

kedepannya menjadi lebih baik dan bermanfaat. Penulis mohon maaf apabila terdapat

kesalahan dalam penulisan baik yang sengaja maupun yang tidak disengaja.

Malang,

Penulis

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i

LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................. ii

LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. iii

LEMBAR PERNYATAAN .............................................................................. iv

ABSTRAK ......................................................................................................... v

LEMBAR PERSEMBAHAN ........................................................................... vii

KATA PENGANTAR ....................................................................................... viii

DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xiv

DAFTAR SINGKATAN ................................................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................ 3

1.3 Tujuan ........................................................................................... 3

1.4 Batasan Masalah ........................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................... 4

2.1 Photovoltaic .................................................................................. 4

2.2 Particle Swarm Optimization (PSO) ............................................ 5

2.3 DC-DC Converter ........................................................................ 6

2.3.1 SEPIC Converter ................................................................ 7

2.4 MATLAB ( Simulink ) ................................................................... 13

BAB III ANALISA DAN DESAIN ................................................................. 11

x

3.1 Perancangan Diagram Blok Sistem .............................................. 11

3.2 Pemodelan dan Simulasi Photovoltaic ......................................... 12

3.3 Pemodelan dan Simulasi SEPIC Converter ................................. 13

3.4 Pemodelan dan Simulasi Algoritma PSO ..................................... 18

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... ...................................................... 21

4.1 Pengujian Karakteristik Pada Photovoltaic .................................. 21

4.2 Pengujian SEPIC Converter ......................................................... 23

4.3 Pengujian MPPT Menggunakan PSO .......................................... 25

4.4 Pengujian MPPT PSO Pada Kondisi Partial Shading ................. 36

4.5 Perbandingan MPPT PSO dengan Peturb and Observe (P&O) Pada

Kondisi STC ................................................................................ 46

4.6 Perbandingan MPPT PSO dengan Peturb and Observe (P&O) Pada

Kondisi Partial Shading .............................................................. 48

BAB V PENUTUP ......................................................................................... 52

5.1 Kesimpulan ................................................................................... 52

5.2 Saran ............................................................................................. 53

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 54

LAMPIRAN ....................................................................................................... 55

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses Perubahan Energi Cahaya Menjadi Energi Listrik ... 4

Gambar 2.2 Dasar rangkaian DC-DC konverter ..................................... 6

Gambar 2.3 Pulsa Output ......................................................................... 6

Gambar 2.4 Diagram rangkaian dari SEPIC konverter .......................... 8

Gambar 2.4a Rangkaian ekuivalen dari konverter SEPIC ketika sakelar

ON ........................................................................................ 8

Gambar 2.4b Rangkaian ekuivalen dari konverter SEPIC ketika sakelar OFF

............................................................................................. 9

Gambar 2.7 Proses Simulasi MATLAB 2016a ......................................... 9

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem ........................................................... 11

Gambar 3.2 a. Rangkaian Ekuivalen Model Fisik Satu Sel Surya, b. Modul

PV ........................................................................................ 12

Gambar 3.3 Rangkaian SEPIC Converter ............................................... 14

Gambar 3.4 a. Rangkaian MPPT PSO dengan SEPIC konverter, b.

Rangkaian MPPT PSO Partial Shading dengan SEPIC

konverter .............................................................................. 18

Gambar 3.5 Flowchart perencanaan algoritma PSO ............................... 19

Gambar 4.1 Kurva Perbandingan Arus-tegangan(I-V) ............................ 22

Gambar 4.2 Kurva Perbandingan Daya-tegangan(P-V) .......................... 22

Gambar 4.3 Sample Input Dan Output Pada Pengujian SEPIC

Converter ............................................................................. 25

Gambar 4.4 Hasil pencarian nilai duty cycle pada MPPT PSO ............... 25

Gambar 4.5 Daya Hasil Pelacakan MPPT PSO Pada Suhu Dan Irradiance

Konstan ................................................................................ 26

Gambar 4.6 Daya Keluaran SEPIC Converter Pada Suhu Dan Irradiance

normal .................................................................................. 27

Gambar 4.7 Irradiance a. 1000 W/m2, b. 900 W/m2, c. 800 W/m2, d. 700

W/m2, e. 600 W/m2, f. 500 W/m2 ........................................ 29

Gambar 4.8 Input dan Output P-V-I a. 1000 W/m2, b. 900 W/m2, c. 800

W/m2, d. 700 W/m2, e. 600 W/m2, f. 500 W/m2 ................. 35

Gambar 4.9 Bentuk kurva P-V dalam kondisi STC ................................ 36

Gambar 4.10 Bentuk kurva I-V dalam kondisi STC ................................. 37

xii

Gambar 4.11 Bentuk kurva P-V dalam kondisi Partial Shading dengan daya

maksimum berada di sebelah kanan .................................... 37

Gambar 4.12 Bentuk kurva I-V dalam kondisi Partial Shading dengan daya

maksimum berada di sebelah kanan .................................... 37

Gambar 4.13 Bentuk P-V dalam kondisi partial shading dengan daya

maksimum berada di sebelah kiri ........................................ 38

Gambar 4.14 bentuk I-V dalam kondisi partial shading dengan daya

maksimum berada di sebelah kiri ........................................ 38

Gambar 4.15 Output PV SPR-X20-250 ketika dalam kondisi STC .......... 39

Gambar 4.16 Output SEPIC Converter ketika PV dalam kondisi STC .... 40

Gambar 4.17 Input dan Output P-V-I PV SPR-X20-250 ketika dalam kondisi

STC ...................................................................................... 40

Gambar 4.18 Output PV ketika dalam kondisi partial shading ................ 42

Gambar 4.19 Output sepic converter ketika dalam kondisi partial

shading ................................................................................. 42

Gambar 4.20 Input dan output P-V-I ketika dalam kondisi partial

shading ................................................................................. 43

Gambar 4.21 Output PV ketika dalam kondisi partial shading dengan daya

maksimum disebelah kiri kurva P-V ................................... 44

Gambar 4.22 Output sepic converter ketika dalam kondisi partial shading

dengan daya maksimum disebelah kiri kurva P-V .............. 44

Gambar 4.23 Input dan output P-V-I ketika dalam kondisi partial shading

dengan daya maksimum disebelah kiri kurva P-V .............. 45

Gambar 4.24 a. Daya, tegangan dan arus keluaran sepic converter

menggunakan PSO (Particle Swarm Optimization), b. Daya,

tegangan dan arus keluaran sepic converter menggunakan P&O

(Peturb and Observe) .......................................................... 46

Gambar 4.25 a. Ripple pada keluaran sepic converter menggunakan PSO (

Particle Swarm Optimization ), b. Ripple pada keluaran sepic

converter menggunakan P&O ( Peturb and Observe ) ....... 48

Gambar 4.26 a. Daya, Tegangan, Arus Input dan Output Sepic Converter

dengan PSO ketika MPP 129,6 Watt sebelah kanan, b. Daya,

Tegangan, Arus Input dan Output Sepic Converter dengan

P&O ketika MPP 117,8 Watt sebelah kanan ....................... 49

xiii

Gambar 4.27 a. Daya, Tegangan, Arus Input dan Output SEPIC konverter

dengan PSO ketika MPP 115,27 watt sebelah kiri, b. Daya,

Tegangan, Arus Input dan Output SEPIC konverter dengan

P&O ketika MPP 117,8 watt sebelah kiri ........................... 50

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Parameter Modul PV ........................................................... 13

Tabel 3.2 Parameter Modul PV SPR-X20-250-BLK .......................... 14

Tabel 4.1 Perbandigan parameter modul PV ...................................... 21

Tabel 4.2 Karakteristik PV pada irradiance berubah-ubah dan suhu tetap

............................................................................................. 23

Tabel 4.3 Hasil simulasi SEPIC converter dengan tegangan input

berubah – ubah ..................................................................... 24

Tabel 4.4 Hasil simulasi SEPIC converter dengan nilai duty cycle

berubah – ubah ..................................................................... 24

Tabel 4.5 Daya input dan output hasil pengujian pada suhu tetap dan

irradiance berubah-ubah ..................................................... 29

Tabel 4.6 Percobaan selama sepuluh kali dengan nilai Irradiance : 1000

W/m2 .................................................................................... 30


W/m2 .................................................................................... 30


W/m2 .................................................................................... 31


W/m2 .................................................................................... 31


W/m2 .................................................................................... 32


W/m2 .................................................................................... 33

Tabel 4.12 Data P-V-I MPPT PSO pada irradiance berubah-ubah dan suhu

tetap ...................................................................................... 35

Tabel 4.13 Data pengujian model PV dalam kondisi partial shading tanpa

beban. ................................................................................... 38

Tabel 4.14 Input dan Output P-V-I PV SPR-X20-250 dalam kondisi

STC ...................................................................................... 41

xv

Tabel 4.15 Input dan Output P-V-I MPP sebelah kanan PV SPR-X20-250

dalam kondisi partial shading ............................................. 43

Tabel 4.16 Input dan Output P-V-I MPP sebelah kiri PV SPR-X20-250

dalam kondisi partial shading ............................................. 45

Tabel 4.17 Perbandingan keluaran hasil simulasi PSO dan P&O ......... 47

Tabel 4.18 Perbandingan daya, tegangan dan arus input dan output Sepic

converter menggunakan PSO dan P&O dengan MPP disebelah

kanan .................................................................................... 49

Tabel 4.19 Perbandingan daya, tegangan dan arus input dan output Sepic

converter menggunakan PSO dan P&O dengan MPP disebelah

kiri ........................................................................................ 51

xvi

DAFTAR SINGKATAN

A : Ampere

GMPP : Global Maximum Power Point

LMPP : Local Maximum Power

MPP : Maximum Power Point

MPPT : Maximum Power Point Tracking

PSO : Particel Swarm Optimizer

PV : Photovoltaic

STC : Standard Test Condition

V : Volt

W : Watt

s : Second

xvii

DAFTAR PUSTAKA

[1] S. Rajendran and H. Srinivasan, “Simplified accelerated particle swarm

optimisation algorithm for efficient maximum power point tracking in

partially shaded photovoltaic systems,” IET Renew. Power Gener., vol. 10, no.

9, pp. 1340–1347, 2016.

[2] R. B. SATRIOADI, “Jurusan teknik elektro fakultas teknik universitas

muhammadiyah surakarta 2014,” no. 201210130311117, pp. 0–5, 2014.

[3] M. Sucipta, F. Ahmad, and K. Astawa, “Analisis Performa Modul Solar Cell

Dengan Penambahan Reflector Cermin Datar,” no. Snttm Xiv, pp. 7–8, 2015.

[4] P. Efisiensi, “Meningkatkan Efisiensi Konverter Dc-Dc Penaik Tegangan

Dengan Teknik Zero Voltage Switching ( Zvs ),” vol. 7, no. 2, pp. 3–13, 2014.

[5] B. Prima and Aulia Siti, “Rancang Bangun Maximum Power Point Tracking

pada Panel Photovoltaic Berbasis Logika Fuzzy di Buoy Weather Station,” J.

Tek. Pomits, vol. 2, no. 2, pp. 299–304, 2013.

[6] S. Khader and A. Abu-Aisheh, “The application of PSIM & Matlab/Simulink

in teaching of power electronics courses,” Int. J. Online Eng., vol. 7, no. 3, pp.

15–18, 2011.

[7] K. Ishaque, Z. Salam, M. Amjad, and S. Mekhilef, “An improved particle

swarm optimization (PSO)-based MPPT for PV with reduced steady-state

oscillation,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 27, no. 8, pp. 3627–3638,

2012.

[8] K. L. Lian, J. H. Jhang, and I. S. Tian, “A Maximum Power Point Tracking

Method Based on Perturb-and-Observe Combined With Particle Swarm

Optimization,” vol. 4, no. 2, pp. 626–633, 2014.

[9] Y. H. Liu, S. C. Huang, J. W. Huang, and W. C. Liang, “A particle swarm

optimization-based maximum power point tracking algorithm for PV systems

operating under partially shaded conditions,” IEEE Trans. Energy Convers.,

vol. 27, no. 4, pp. 1027–1035, 2012.

[10] R. Vairamani, K.R; Vijayalakshmi , S; Sorna Vadivoo, “High frequency

applications,” Des. ZVS Reson. SEPIC Convert. High Freq. Appl., vol. vol.13,

no. International Conference on Circuit, pp. 873–880, 2014.

[11] M. Cabaj, “DC House Model Design and Construction A Senior Project The

Faculty of the ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT California

Polytechnic State University , San Luis Obispo By,” 2012.

MPPT BERBASIS ALGORITMA PARTICLE SWARM OPTIMIZATION …eprints.umm.ac.id/41810/1/PENDAHULUAN.pdf ·...

Documents

Transcript of MPPT BERBASIS ALGORITMA PARTICLE SWARM OPTIMIZATION …eprints.umm.ac.id/41810/1/PENDAHULUAN.pdf ·...