RANCANG BANGUN FILTER LCL PADA SISTEM ON GRID

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

(Skripsi)

Oleh

SURYA ANDIKA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2019

ABSTRAK

RANCANG BANGUN FILTER LCL PADA SISTEM ON GRID

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

Oleh

Surya Andika

Sistem on grid Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) menggunakan solar sel

dengan daya 400 wp yang dihubungkan dengan sebuah Grid Tie Inverter (GTI)

dengan daya maksimum 1000watt. Pemakaian beban non linier pada sistem on grid

PLTS menimbulkan harmonisa yang berasal dari beban non linier berupa Lampu

Hemat Energi (LHE). Dengan timbulnya harmonisa pada LHE tersebut maka

dilakukan pengurangan THD (Total Harmonic Distortion) tegangan dan arus

dengan memasang rangkaian filter pasif yaitu filter LCL. Filter LCL terdiri dari 2

buah induktor dengan nilai induktansi 0.7 H dan 0.401 H dan sebuah kapasitor

dengan nilai kapasitansi 9.6 uF.

Dari hasil pengujian alat yang telah dilakukan, filter LCL dapat mereduksi

harmonisa sesuai dengan yang diharapkan namun belum memenuhi standar IEEE

disebabkan kualitas komponen yang digunakan. Filter LCL dapat mengurangi Total

Harmonic Distortion (THD) tegangan sebesar 4.9 % pada beban non linier berdaya

225 watt. Sedangkan pada beban non linier dengan daya 25watt THD tegangan

berkurang sebesar 2.82 %. Adapun THD arus berkurang sebesar 7.46% pada beban

non linier dengan daya 100watt dan pada pemasangan beban non linier dengan daya

225watt terjadi penurunan sebesar 7.59%.

Kata kunci : solar sel, GTI, harmonisa, THD, filter,LCL

ABSTRACT

LCL FILTER DESIGN ON SOLAR POWER PLANT ON-GRID SYSTEM

By

Surya Andika

Solar power plant on-grid system uses solar cells with 400 wp of power which is

connected to a Grid Tie Inverter (GTI) with a maximum power of 1000 watts. The

use of non-linear loads solar power plant on-grid system creates harmonics which

comes from non-linier loads in the form of energy saving lamps. With the

emergence of harmonics on Energy Saving Lamps, a reduction in voltage and

current THD (Total Harmonic Distortion) is done by installing a passive filter

circuit, namely the LCL filter. The LCL filter consists of 2 inductors with an

inductance value of 0.7 H and 0.401 H and a capacitor with a capacitance value of

9.6 Uf

From the results of testing the device, the LCL filter can reduce harmonics as

expected but has not met the IEEE standard due to the quality of the components

used. LCL filters can reduce the Total Harmonic Distortion (THD) voltage by 4.9%

on non-linier load of 225 watts. Whereas the non-linear load with 25 watts THD

power is reduced by 2.82%. THD current is reduced by 7.46% in non-linear loads

with 100 watts of power and the installation of non-linear loads with a power of

225watt decreases by 7.59%.

Keywords: solar cells, GTI, harmonics, THD, filter,LCL

RANCANG BANGUN FILTER LCL PADA SISTEM ON GRID

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

Oleh

SURYA ANDIKA

Skripsi

Sebagai salah satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2019

MENGESAHKAl'I

1. Tim Penguji

Ketua ti�'

: Dr. llng. llndah Komatasart. S.T •• M.T • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sekretaris

.

: Ir. Abdul Haris, M.T. Q.I,, • �ll'r • • • • • • .-,r • • • • • • • • • • •

Penguji Bukan Pembimbing : Ir. l'!oer Soedjarwanto, M.T.

� 2. 'Dekan Fakultas Teknik

'

• - .. i, .... .

1 � FJ:of. Ors. Suhamo, M.Sc •• Ph.D. /'I.. NIP 1962071719870:3 l 002

Tanggal Lulus Ujian Skripsi : 15 April 2019

- Ir. Abdul Haris. l'I.T. NIP 196.308011996031 001

l'llll'IYBTUJUI

: Teknik

-

: Teknik Elektro

: KAl'ICAl'!G BANGIJl'I FILTBK LCL

PADA SISTBl'I O!Y GRID Plll'IBANGKIT

LISTKIK Tlll'IAGA SURYA

1. Komisi Pembimbing

2. Ketua Jurusan Teknik Elektro

Dr. Herman Halomoan Slnaga. S.T •• l'I.T. NIP 19711130 199903 1 003

Dr. llng. Bodah Komalasarl. S.T •• l'I.T. NIP 19730215 199903 2 003

Jurusan

Fakultas

"i<xnor Pokok Mahasiswa: 1215031070

!"arna Mahasiswa

.lurul Skripsi

SURAT PERNYATAAN

Siilyl. menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang

orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini

19111111- � disebutkan dalam daftar pustaka. Selain iru, saya menyatakan

...... � ini dibuat oleh saya sendiri.

;pc::::;:112:m saya tidak benar, maka saya bersedia dikenai sangsi sesuai

9•lllim; yang berlaku.

BandarLampung, 18 Juli 2019

. ' Surya Andika NPlvl. 1215031070

RIWAYAT HIDUP

Surya Andika, lahir di kabupaten Way Kanan tepatnya

di dusun III desa Ramsai kecamatan Way Tuba pada

hari kamis tanggal 02 Juni 1994. Penulis merupakan

anak pertama dari tiga bersaudara dari pasangan

Ismadi dan Suratiningsih. Adapun riwayat Pendidikan

penulis yaitu: TK Pertiwi (1999-2000), SD Negeri

Ramsai (2000-2006), SMP Negeri 3 Way Tuba (2006-2009), dan SMA Negeri 3

Martapura (2009-2012). Pada tahun 2012 penulis terdaftar sebagai mahasiswa

Jurusan Teknik elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung.

Selama menjadi mahasiswa penulis aktif dalam organisasi kemahasiswaan di

tingkat jurusan yaitu Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro (HIMATRO) Sebagai

Sekretaris Departemen Sosial Ekonomi periode 2013-2014 dan sebagai anggota

departemen Pendidikan dan Pengkaderan periode 2014-2015. Di tingkat fakultas

penulis aktif sebagai Sekretaris Dinas Penelitian dan Pengembangan (2014-2015)

dan sebagai Bendahara Eksekutif (2015-2016) Badan Eksekutif Mahasiswa

Fakultas Teknik (BEM-FT).

penulis juga pernah magang di UPT TIK divisi Pusat data dan Informasi dan

pernah mengikuti Uji sertifikasi keahlian bidang keahlian teknisi Jaringan

tegangan rendah. Penulis juga melaksanakan kerja praktik di PT. Pindad.(persero)

Bandung dan ditempatkan di divisi Alat Berat.

PERSEMBAHAN

Dengan Ridho Allah SWT. teriring shalawat kepada Nabi Muhammad SAW.

Karya tulis ini kupersembahkan untuk:

Bapak dan Ibuku Tercinta

Ismadi & Suratiningsih

Adik-adikku Tersayang

Dyah Suci wulandari & Bintang Abi Nugroho

Almamaterku

Universitas Lampung

Bangsa dan Negaraku

Republik Indonesia

Agamaku

ISLAM

Terima-kasih untuk semua yang telah diberikan kepadaku. Jazzakumullah Khairan.katsiran

MOTTO

“Karena Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.

Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.”

( Al-Quran, Surat Al – Insyirah, 94 : 5 – 6 )

“Tidak ada balasan untuk kebaikan selain kebaikan (pula)”

(Al-Quran, Surat Ar – Rahman, 55 : 60)

“Ada dua kenikmatan yang banyak manusia tertipu,

yaitu nikmat sehat dan waktu senggang”

(H.R Bukhori)

s

“Tak perlu bersikeras menjelaskan siapa dirimu, karena

orang yang mencintaimu tak membutuhkan itu, dan

orang yang membencimu tak akan percaya itu”

(Ali bin Abi Thalib RA)

SANWACANA

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan

hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Shalawat

serta salam juga tidak lupa penulis sanjung agungkan kepada qudwatun hasanatun

Nabi Muhammad Shalallahu Alaihi Wassalam yang dinantikan syafaatnya di hari

akhir kelak.

Tugas akhir ini berjudul “Rancang Bangun Filter Lcl Pada Sistem On Grid

Pembangkit Listrik Tenaga Surya” digunakan sebagai salah satu syarat guna

memperoleh gelar sarjana di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas

Lampung.s

Selama masa perkuliahan dan penelitian, penulis mendapat banyak hal baik berupa

dukungan, semangat, motivasi dan hal lainya. Untuk itu penulis mengucapkan

terimakasih kepada:

1. Bapak Prof. Dr. Ir. Hasriadi Mat Akin, M.P. selaku Rekor universitas Lampung

2 . Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Lampung

3. Bapak Dr. Herman Halomoan Sinaga, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik

Elektro Universitas Lampung

4. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc. Selaku Pembimbing Akademik

yang telah memberikan saran & motivasi yang membangun untuk menyelesaikan

studi di Teknik Elektro

5. Ibu Dr. Eng. Endah Komalasari, S.T., M.T. Selaku Dosen Pembimbing Utama

yang senantiasa membimbing, mendukung, dan memberikan motivasi dalam

menyelesaikan tugas akhir

6. Bapak Alm Ir. Abdul Haris, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing pendamping

yang senatiasa memberikan hasihat dan motivasi dengan sabar kepaa penulis agar

dalam menyelesaikan tugas akhir dengan optimal.semoga Allah SWT menerima

amal ibadah Bapak.

7. Bapak Ir. Noer Soedjarwanto, M.T. selaku Dosen penguji. Terimakasih atas

waktu, dan ilmu yang diberikan guna membuat tugas akhir ini menjadi lebih baik.

8. Bapak Dr. Eng. Lukmanul Hakim, S.T., M.Sc yang seing menasehati dan

memotivasi penulis agar menjadi insan yang lebih baik.

9. Seluruh dosen Jurusan Teknik Elektro yang telah memberikan waktu, ilmu,

wawasan dan pengalaman kepada penulis selama menjadi mahasiswa.

10. Mbak Ning selaku Staff admin yang dengan sabar membantu penulis dalam hal

administrasi

11. Bapak dan Ibu ku tercinta, doa dan pengorbanan kalian selamaini tidak akan

pernah bisa kubalas dengan apapun, anakmu akan selalu berbakti kepada kalian.

12. Uda Hendra yang telah banyak membantu penulis baik moril maupun materil

sehingga meringankan dan memudahkan penulis dalam menyelesaikan tugas

akhir.

13. Suwanto, Didi, Salam, Fitra sanak Krui yang Allah kirimkan untuk membantu dan

memotivasi penulis ketika mengalami masa-masa sulit. Terima kasih banyak

sudah bersabar membantu penulis sampai akhir.

14. Matsu, terima kasih sudah menasehati abangmu ini tentang pentingnya

tanggungjawab. Semoga menjadi insinyur yang bermanfaat .

15. Lidya dan Ika Putriana Lestari, qodarullah kalian tiba-tiba datang disaat penulis

mengalami hibernasi yang panjang. Asbab omelan-omelan dan teror panggilan

telefon untuk mengingatkan penulis selama ini, alhamdulillah tugas akhir ini dapat

selesai.

16. Keluarga Besar Laboratorium Sistem Tenaga Elektrik (Pak Khairudin dan mas

Rachman) yang sudah memfasilitasi penulis untuk menyelesaikan tugas akhir di

Lab. Adik-adik ELITE’14 (Fandi, Amir, Ferdian, Dickson,Manda,Cahya) yang

sudah menghidupkan suasana malam di lab dan menghibur penulis saat jenuh.

Adik-adik Lambe’15 (Jeshu, Arief, Eboot, Septi, Ridwan) yang selalu membantu

dan memotivasi penulis agar cepat lulus.

17. Keluarga besar Laboratorium Konversi (kak Ucup,Yayan ,Paian, Bagus,Herson,

Hardi, Valent) terima kasih atas bantuan dan kerjasamanya selama ini.

18. Teman-teman seperjuangan di UPT TIK, (Mbah Munif, Bli Nyoman, Bambang,

Sony, Adnan, Iziz,) terima kasih sudah berbagi ilmu dan pengalaman.

19. Rekan-rekan seperjuangan di BEM FT (Yolan, Kiki, Aji, Winda, Cacha

Fahmi,Dedi,Sulthon,Wahyu,Faqqieh,Sigit,Bayu,Charta),terimakasih sudah

menjadi bagian dari cerita hidupku selama ini baik suka maupun duka,

kebersamaan rapat bareng tiap malam tak akan terlupakan.

20. Keluarga kecilku KKN UNILA pekon Sukananti (adik Paura,Bang Ibor, Inun,

Etan, Afif, Irul, Pras) terima kasih atas kekonyolan selama 60 hari, jalan jalan tiap

pekan tak akan pernah terlupakan. Sukses buat kita semua.

21. Teman-teman seperjuangan ELANG 12, atas semua kenangan indah hingga

menyelesaikan tugas akhir ini, semoga kita semua menjadi orang yang sukses

dan menjadi pribadi yang lebih baik.

22. Akhi-akhi sholeh Marbrother Miftahul Jannah (Riza, kak Dirya, Gugum, Tebe,

Dedi, Yassien) Jazakumullah khoiran katsiran, semoga kita bisa saling menarik ke

Jannah-Nya aamiin.

23. Keluarga Claster Cemara (Aang, Bayu, Doni, Alif, Rafi) semoga cepat mendapat

pasangan masing-masing ya.

Semoga kontribusi yang telah diberikan selama ini, mendapat balasan yang lebih baik

dari Allah SWT. Penulis meminta maaf atas segala kesalahan dan ketidak sempurnaan

dalam penulisan Tugas Akhir ini, kritik dan saran yang membangun sangat

diharapkan agar dapat dimanfaatkan dan dikembangkan dimasa mendatang.

Bandar Lampung, Juli 2019

Surya Andika

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ....................................................................................................... xiii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xvi

DAFTAR TABEL............................................................................................. xviii

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

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

1.2. Tujuan ....................................................................................................... 3

1.3. Manfaat Penelitian .................................................................................... 3

1.4. Rumusan Masalah .................................................................................... 4

1.5. Batasan Masalah ....................................................................................... 4

1.6. Hipotesis ................................................................................................... 4

1.7. Sistematika Penulisan ............................................................................... 5

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................... 7

2.1. Sel Surya ................................................................................................... 7

2.2. Inverter ..................................................................................................... 8

2.3. Grid Tie Inverter (GTI) .......................................................................... 11

2.4. Harmonisa............................................................................................... 13

2.4.1. Jenis-jenis harmonisa ...................................................................... 16

2.4.2. Indeks Harmonisa............................................................................ 18

2.4.3. Efek Harmonisa pada Peralatan Sistem Tenaga.............................. 20

2.4.4. Standar Harmonisa .......................................................................... 20

BAB 3. METODELOGI PENELITIAN ...................................................... 23

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................ 23

3.2. Prosedur Penelitian ................................................................................. 23

3.2.1. Pemilihan Topik Penelitian ............................................................. 23

3.2.2. Studi Literatur ................................................................................. 23

3.2.3. Perancangan Rangkaian Sistem On Grid PLTS.............................. 24

3.2.4. Pemilihan dan Penentuan Parameter Instrumen .............................. 26

3.2.5. Pengambilan data ............................................................................ 30

3.2.6. Pengolahan dan analisa data hasil penelitian .................................. 31

3.3. Blok Diagram Penelitian ........................................................................ 31

3.4. Flowchart Penelitian ............................................................................... 32

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 34

4.1. Hasil Perancangan Alat .......................................................................... 34

4.2. Hasil Pengujian Transformator............................................................... 35

4.3. Hasil Pengujian Kapasitor ...................................................................... 36

4.4. Hasil Pengujian Induktor ........................................................................ 38

4.5. Pengukuran Total Harmonic Distortion Voltage (THDv) Pada sistem on

grid 38

4.6. Data Hasil Pengujian .............................................................................. 43

4.6.1. Data pengukuran arus tanpa Filter .................................................. 43

4.6.2. Data pengukuran nilai harmonisa tegangan (THDv) pada sistem grid

sebelum dipasang filter .................................................................................. 45

4.6.3. Data pengukuran nilai Total Harmonic Distortion tegangan (THDv)

setelah dipasang filter .................................................................................... 48

BAB 5. KESIMPULAN ................................................................................. 52

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

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

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Rangkaian skematik sel surya[8]....................................................... 8

Gambar 2.2 Rangkaian Inverter Full Bridge[4] ...................................................... 9

Gambar 2.3 Ilustrasi Rangkaian Inverter 4 Switch[4] ............................................ 9

Gambar 2.4 Gelombang Keluaran Inverter Pada Keadaan S1 & S2 on[4] ........... 10

Gambar 2.5 Gelombang Keluaran Inverter Pada Keadaan S3 & S4 on[3] ........... 10

Gambar 2.6 Gelombang Keluaran Inverter dengan Beban Resistif[3] ................. 11

Gambar 2.7 Topologi Rangkaian GTI [9] ........................................................... 13

Gambar 2.8 gelombang fundamental dengan gelombang harmonisanya ............ 14

Gambar 3.1 Rangkaian Ekuivalen sistem On Grid PLTS.................................... 25

Gambar 3.2 Blok diagram pengukuran harmonisa tanpa filter ............................. 31

Gambar 3.3 Blok diagram pengukuran harmonisa dengan filter .......................... 32

Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 33

Gambar 4.1 Rangkaian sistem on grid PLTS........................................................ 35

Gambar 4.2 pengujian tegangan (a) sisi primer dan (b) sisi sekunder .................. 36

Gambar 4.3 Pengujian nilai kapasitor ................................................................... 36

Gambar 4.4 pengujian nilai induktansi dua buah inductor ................................... 38

Gambar 4.5gelombang keluaran tanpa filter beban 25 watt ................................. 41

Gambar 4.6 gelombang keluaran dengan filter pada beban 25 watt ..................... 41

Gambar 4.7 gelombang keluaran tanpa filter pada beban 225 watt ...................... 42

Gambar 4.8 Efek perubahan beban terhadap arus pada system on grid PLTS ..... 44

Gambar 4.9 Efek perubahan beban terhadap tegangan ......................................... 45

Gambar 4.10 THDv sebelum dan setelah dipasang filter ..................................... 50

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 pengaruh harmonisa pada peralatan listrik............................................ 20

Tabel 2.2 Standar Batas Harmonisa Tegangan IEEE 519-1992 ........................... 21

Tabel 2.3 Standar Batas Harmonisa Arus (<69 kV) IEEE 519-1992 ................... 21

Tabel 2.4 Standar Batas Harmonisa Arus (69 kV-161 kV) IEEE 519-1992 ........ 22

Tabel 2.5 Standar Batas Harmonisa Arus (>161 kV) IEEE 519-1992 ................. 22

Tabel 3.1 karakteristik elektrik modul panel surya ICAsolar ............................... 26

Tabel 3.2 Karakteristik elektrik modul panel surya Solarworld ........................... 26

Tabel 3.3 Parameter Grid Tie Inverter .................................................................. 27

Tabel 4.1 Pengujian nilai kapasitansi pada modul kapasitor ................................ 37

Tabel 4.2 pengukuran nilai tegangan dan arus ...................................................... 43

Tabel 4.3 Pengukuran nilai IHDv tanpa filter ....................................................... 46

Tabel 4.4 pengukuran nilai IHDv dengan filter .................................................... 48

Tabel 4.5 perbandingan THDv .............................................................................. 50

1

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Teknik pemanfaatan sel surya dalam sistem ketenaga listrikan pada umumnya

menggunakan sistem off grid yaitu hanya mengandalkan energi matahari sebagai

sumber utama dalam pembangkitan listrik sehingga memerlukan beberapa

instrumen tambahan terutama baterai. Namun saat ini, sistem pembangkit listrik

tenaga surya dapat dihubungkan langsung dengan jaringan listrik PLN. Inilah yang

disebut sistem on grid. Pada sistem on grid, listrik yang dihasilkan panel surya

dapat langsung digunakan bersama dengan jaringan listrik PLN karena tidak

memerlukan baterai. Kelebihan daya yang dihasilkan panel surya juga dapat dijual

ke pihak PLN sehingga akan mengurangi pengeluaran biaya listrik.

Penggunaan beban pada sistem jaringan on grid umumnya didominasi oleh beban

listrik non linier. Dalam sistem kelistrikan, penggunaan beban non linier dalam

jumlah besar dapat menimbulkan harmonisa yang akan berdampak pada peralatan

listrik. Oleh karena itu, perlu adanya filter agar dapat mengurangi harmonisa

tersebut.

2

Filter yang biasa diterapkan untuk mengurangi harmonisa yaitu filter pasif dengan

tipe-L yang hanya menggunakan komponen induktor saja, lalu tipe-LC yang

mengggunakan induktor dan kapasitor dan tipe-LCL yang menggunakan 2 buah

induktor dan sebuah kapasitor. Dari 3 tipe filter yang ada, penulis memilih tipe-

LCL karena filter LCL dapat melemahkan frekuensi diluar frekuensi resonansinya

yaitu 50 Hz dan dapat melakukan peredaman yang lebih baik dari filter tipe-LC [6].

Jirri Lettl dalam paper nya yang berjudul “Comparison of Different Filter Types for

Grid Connected Inverter” menjelaskan bahwa filter tipe-LCL lebih optimal untuk

mengurangi harmonisa karena memiliki redaman arus ripple yang baik bahkan

dengan nilai induktansi yang kecil [7].

Selain itu juga, telah dilakukan penelitian dengan judul “Perancangan Filter LCL

Untuk Aplikasi Pada Inverter Satu Fasa Keluaran Photovoltaic” oleh Aviyudi dan

telah berhasil merancang filter LCL dan menurunkan THD tegangan sebesar 0.01

% pada kondisi tidak terhubung ke jaringan [3]. Namun filter dalam penelitian ini

digunakan untuk mengurangi harmonisa yang ditimbulkan oleh inverter.

Dari beberapa referensi yang penulis dapat tersebut, makna akan dilakukan

penelitian lebih lanjut dengan judul “Rancang Bangun Filter LCL pada Sistem On

Grid Pembangkit Listrik Tenaga Surya” dengan daya photovoltaic sebesar 400WP

untuk mengurangi gelombang harmonisa yang ditimbulkan akibat pemakaian

beban non linier yaitu LHE (Lampu Hemat Energi).

3

Proses penelitian akan dilakukan dengan cara menghubungkan filter LCL secara

paralel dengan beban. Peneliti menggunakan transformator sebagai representasi

dari jaringan PLN.

1.2. Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah

1. Membuat filter LCL untuk mengurangi gelombang harmonisa akibat

pemasangan beban non linier

2. Mengetahui nilai THD tegangan sistem sebelum dan sesudah dipasang filter

LCL

3. Mengetahui efek pembebanan pada system jaringan on grid sebelum dan

sesudah dipasang filter secara paralel.

1.3. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah terciptanya sebuah filter LCL

yang optimal dalam mengurangi THD tegangan pada sistem on grid

4

1.4. Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah

1. Bagaimana merancang filter LCL untuk meminimalisir gelombang

harmonisa akibat pemakaian beban non linier

2. Bagaimana mengetahui nilai THD tegangan sistem sebelum dan sesudah

dipasang filter LCL

3. Bagaimana mengetahui efek pembebanan pada sistem terkoneksi ke grid

1.5. Batasan Masalah

Beberapa batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Membahas pengaruh penggunaan filter LCL untuk mengurangi distorsi

tegangan

2. Membahas kondisi saat terhubung ke grid

3. Membahas penggunaan Grid tie Inverter

1.6. Hipotesis

Pemasangan filter LCL pada sistem on grid PLTS (Pembangkin Listrik Tenaga

Surya) dapat mengurangi distorsi tegangan

5

1.7. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini terdiri dari beberapa bab, yaitu:

BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini menjelaskan tentang latar belakang, tujuan, manfaat, rumusan

masalah,batasan masalah, dan sistematika penulisan skripsi.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini menjelaskan mengenai landasan teori secara garis besar yang

berhubungan dengan penelitian yang dilakukan. Adapun materi yang dibahas pada

bab ini meliputi panel surya, inverter, Grid Tie Inverter (GTI), filter, dan harmonisa

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini menjelaskan tentang waktu dan tempat penelitian,instrumen yang

digunakan dalam penelitian, pemodelan rangkaian pengujian , alat ukur yang

digunakan dalam penelitian, dan diagram alir penelitian. Adapun rangkaian

pengujian yang akan dibahas pada bab ini meliputi blok diagram dan rangkaian

pengujian sistem.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini berisi mengenai pengolahan hasil pengujian yang diperoleh beserta

analisa. Adapun analisa yang dilakukan meliputi analisa gelombang harmonisa

pada sisi beban, pehitungan harmonisa sesuai dengan persamaan yang dijadikan

rujukan, perbandingan nilai harmonisa sebelum dan setelah dipasang filter dan

perbedaan nilai harmonisa pada setiap pengukuran.

6

BAB V PENUTUP

Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil penelitian serta saran-saran untuk

penelitian selanjutnya.

7

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sel Surya

Sel surya adalah bahan semikonduktor yang digunakan dalam proses pembangkitan

listrik dengan memanfaatkan panas matahari sebagai sumber utamanya. Listrik

yang dibangkitkan oleh sel surya berupa arus listrik searah. Pemanfaatan arus listrik

searah tersebut memerlukan sebuah inverter yang berfungsi untuk mengubah arus

listrik searah menjadi arus listrik bolak-balik. Hal ini dilakukan karena listrik rumah

tangga menggunakan arus listrik bolak balik.

Sel surya memiliki sumber bahan bakar yang tak terbatas karena memanfaatkan

energi matahari dan tanpa emisi dimana tidak ada proses pembakaran maupun

pembuangan bahan radioaktif yang dapat mempengaruhi perubahan iklim dan

menimbulkan polusi. Selain itu, biaya operasional yang rendah menjadi keunggulan

dari sel surya karena tidak memerlukan bahan bakar.

Keandalan dari sel surya juga relatif tinggi yaitu lebih dari 20 tahun. Proses instalasi

sel surya juga relatif cepat dan mudah untuk diintegrasikan pada sebuah gedung[8].

8

Rangkaian skematik sel surya dapat dilihat pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Rangkaian skematik sel surya [8]

2.2. Inverter

Inverter merupakan suatu rangkaian elektronika daya yang berfungsi mengkonversi

daya listrik searah menjadi bentuk daya listrik bolak-balik. Di dalam rangkaian

inverter terdapat beberapa komponen penting yang digunakan seperti sakelar

semikonduktor, induktor, kapasitor dan resistor. Sakelar yang digunakan pada

inverter harus mempunyai respon cepat untuk berubah dari keadaan on menjadi off

ataupun sebaliknya, oleh karena itu digunakan sakelar semikonduktor jenis

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Gambar 2.2

menjelaskan rangkaian inverter jenis jembatan penuh (Full Bridge Inverter) yang

menggunakan 4 sakelar MOSFET.[9]

9

Gambar 2.2 Rangkaian Inverter Full Bridge

Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan rangkaian seperti pada

Gambar 2.3 dengan sumber masukan tegangan DC dan memiliki empat sakelar

yang telah dirangkai seperti di bawah ini dengan pengoperasian waktu sakelar yang

telah diatur yaitu waktu operasi sakelar 1 (S1) dan sakelar 2 (S2) sama, waktu

operasi sakelar 3 (S3) dan sakelar 4 (S4) sama, dan antara sakelar 1 (S1) sakelar 2

(S2) dan sakelar 3 (S3) sakelar 4 (S4) memiliki waktu operasi yang berbeda.

Gambar 2.3 Ilustrasi Rangkaian Inverter 4 Sakelar

Perbedaan waktu operasi sakelar tersebut yang menimbulkan rekayasa aliran listrik

yang mengalir pada rangkaian di atas. Ketika S1 dan S2 dalam keadaan on (tertutup)

dan S3 serta S4 dalam keadaan off (terbuka) maka aliran dari sumber tegangan DC

akan mengalir melalui S1 kemudian melewati positif beban setelah itu mengalir

melalui S2 dan menuju sumber tegangan DC, aliran listrik pada rangkaian saat

10

keadaan ini ditunjukkan oleh Gambar 2.4 sehingga pada keadaan tersebut keluaran

gelombang pada beban akan berada di posisi positif.

Gambar 2.4 Gelombang Keluaran Inverter Pada Keadaan S1 & S2 on [9]

Dan sebaliknya ketika S3 dan S4 dalam keadaan on dan S1 serta S4 dalam keadaan

off maka aliran dari sumber tegangan DC akan mengalir melalui S3 kemudian

menuju negatif beban selanjutnya mengalir melului S4 dan menuju sumber

tegangan DC, aliran listrik pada rangkaian saat keadaan ini ditunjukkan oleh

Gambar 2.5 sehingga pada keadaan tersebut keluaran gelombang pada beban akan

berada di posisi negatif.

Gambar 2.5 Gelombang Keluaran Inverter Pada Keadaan S3 & S4 on[9]

11

Oleh karena itu ketika keadaan empat sakelar tersebut bekerja secara terus menerus

sesuai dengan waktu operasi yang telah diatur maka gelombang keluaran yang

dimiliki inverter dengan beban bersifat resistif maka akan berbentuk seperti yang

terlihat pada Gambar 2.6

Gambar 2.6 Gelombang Keluaran Inverter dengan Beban Resistif [9]

Bekerjanya sakelar MOSFET pada inverter diatur oleh PWM (Pulse Width

Modulation) yang mengeluarakan sinyal berupa tegangan untuk mengatur gate

MOSFET agar dapat berubah kondisi baik on maupun off.

2.3. Grid Tie Inverter (GTI)

Grid Tie Inverter (GTI) merupakan inverter tipe khusus yang dapat digunakan

untuk mengubah tegangan masukan DC menjadi tegangan keluaran AC dengan

tegangan tetap maupun tegangan variabel, bahkan dimungkinkan mengatur

keluaran frekuensinya. Pengaturan besar tegangan dapat dilakukan dengan dua

cara. Pertama, dengan mengatur tegangan masukan DC dari luar tetapi lebar waktu

pensakelaran tetap. Kedua, mengatur lebar waktu pensakelaran dengan tegangan

masukan DC tetap.

12

Pada cara yang kedua besar tegangan AC efektif yang dihasilkan merupakan fungsi

dari pengaturan lebar pulsa pensakelaran. Cara inilah yang disebut dengan PWM

(Pulse Width Modulation). Inverter on-grid berbeda dengan Inverter off-grid.

Inverter off-grid tidak dapat digunakan untuk dua atau lebih pembangkit yang

memiliki jenis muatan listrik yang berbeda. Hal itu dikarenakan Inverter off-grid

tidak dapat mereferensi keluaran tegangan dan frekuensi sesuai dengan sistem yang

ada. Inverter on-grid yaitu inverter yang merubah listrik dari DC ke AC dengan

memanfaatkan referensi tegangan dan frekuensi dari sistem sebagai keluaran dari

inverter.

Secara umum, topologi dasar rangkaian penyusun GTI dapat tersusun dari tiga jenis

rangkaian, yaitu inverter Low Frequency (LF)-transformator, inverter High

Frequency (HF) transformator dan transformer-less inverter. GTI konvensional

biasanya menggunakan LF-transformator untuk menaikkan tegangan masukannya.

LF transformator menyediakan isolasi galvanik antara jaringan dan susunan PV.

Inverter jenis ini memiliki bobot yang berat, ukuran yang besar, dan efisiensinya

kecil. Efisiensi inverter ini dapat ditingkatkan dengan mengganti LF-transformator

dengan HF-transformator. Pergeseran fasa konverter DC-DC dapat melakukan

fungsi MPPT (Maximum Power Point Tracking) dan pada saat yang bersamaan

dapat menyediakan isolasi galvanik. Transformer-less inverter menggunakan boost

converter untuk mengatur tegangan dari PV agar sesuai dengan tegangan masukan

yang dibutuhkan [2].

13

Gambar 2.7 Topologi Rangkaian GTI [2]

Gambar 2.7 diatas merupakan rangkaian GTI.Tegangan DC masukan akan

dinaikkan oleh boost converter yang terbentuk oleh induktor L1, n-MOSFET

Q1, dioda D1 dan kapasitor C2. Setelah itu, tegangan DC akan dikonversikan

menjadi tegangan AC oleh n-MOSFET Q2-Q5. Tahap selanjutnya,

transformator frekuensi tinggi T1 akan menaikkan tegangan masukkan dan

menyediakan isolasi galvanik antara sisi masukan dan keluaran GTI. Dioda D2-

D5 menyearahkan kembali tegangan keluaran transformator. Tahap terakhir

rangkaian ini yaitu pengkonversian tegangan DC menjadi tegangan AC oleh

konverter full bridge, yang terdiri dari IGBT Q6-Q9 dan filter LC (L3 dan C4)[2]

2.4. Harmonisa

Harmonisa merupakan gelombang yang muncul pada sistem tenaga listrik akibat

adanya distorsi arus atau tegangan. Distorsi ini terjadi karena adanya gelombang-

gelombang dengan frekuensi kelipatan bulat dari frekuensi dasar atau frekuensi

14

fundamentalnya. Pemakaian beban non linier menjadi penyebab utama timbulnya

harmonisa[9]

Gambar 2.8 gelombang fundamental dengan gelombang harmonisanya

Pada sistem ketenaga listrikan, dikenal dua jenis beban yaitu beban linier dan beban

non linier. Beban linier adalah beban yang mempunyai impedansi konstan sehingga

arus yang mengalir berbanding lurus dengan tegangan yang ada pada beban.

Oleh karena itu, bentuk gelombang arus yang dihasilkan oleh beban linier akan

menyerupai bentuk gelombang dari tegangan pada beban. Peristiwa tersebut sesuai

dengan bunyi hukum ohm yang menyatakan bahwa arus berbanding lurus dengan

tegangan. Tidak semua beban yang terpasang pada jaringan listrik PLN adalah

beban linier. Pemakaian beban non linier pun banyak digunakan terutama pada

industri-industri. Beban non linier yaitu beban yang bentuk gelombang antara

tegangan dan arus tidak sebanding (proporsional). Gelombang yang dihasilkan pun

tidak berbentuk sinusoidal karena terdapat gelombang yang terdirtorsi sehingga

akan menghasilkan gelombang harmonisa.

Timbulnya harmonisa disebabkan oleh beban nonlinier. Hal ini terjadi karena pada

beban non linier, bentuk gelombang arus dan gelombang tegangan berbanding

terbalik.

-30

-20

-10

0

10

20

30

0

15

Beban non linier menyebabkan bentuk gelombang arus tidak beraturan sehingga

menyebabkan gelombang tegangannya terdistorsi. Beberapa peralatan elektronik

yang dapat diklasifikasikan sebagai beban non linier diantaranya Personal

Computer (PC), uninterupptible power supplies (UPS), lampu esensial, motor

listrik, mesin las, dapur busur listrik, rectifier, electroplating, dll. Peralatan tersebut

dirancang untuk menggunakan arus listrik secara hemat dan efisien karena arus

listrik hanya dapat mengalir melalui komponen semikonduktornya selama periode

pengaturan yang telah ditentukan.

Namun disisi lain hal ini menyebabkan gelombang arus dan tegangan mengalami

gangguan yang pada akhirnya kembali ke bagian lain sistem. Hal inilah yang akan

menyebabkan timbulnya harmonisa pada sistem.

Harmonisa yang ada pada jaringan listrik mempunyai nomor harmonisa (h) yang

nantinya dapat mempermudah dalam menganalisis orde tertentu. Nomor harmonisa

merupakan elemen frekuensi individual yang meliputi gabungan dari gelombang.

Sebagai contoh, h=5 adalah komponen harmonisa urutan ke 5 yang frekuensinya

sama dengan 5 kali frekuensi fundamentalnya. Apabila frekuensi fundamentalnya

adalah 60 Hz, maka frekuensi harmonisa urutan ke 5 adalah 5 x 60 atau 300 Hz.

Harmonisa nomor 6 adalah bagian dari frekuensi 360 Hz. Berurusan dengan nomor

harmonisa dan bukan dengan frekuensi harmonisa telah diselesaikan dengan dua

alasan. Beragam frekuensi fundamental diantaranya adalah negara-negara individu

dan penerapannya. Frekuensi fundamental di negara Amerika 60 Hz, sedangkan di

negara-negara Eropa dan banyak negara Asia menggunakan frekuensi fundamental

50 Hz.

16

Ada juga peralatan yang menggunakan frekuensi selain 50 Hz dan 60 Hz, sebagai

contoh, 400 Hz adalah frekuensi yang umumnya digunakan pada industri

aerospace, saat beberapa sistem arus bolak-balik menggunakan 25 Hz sebagai

frekuensinya untuk motor traksi. Bagian inverter dari sebuah AC disetel kecepatan

putarnya sehingga dapat beroperasi pada frekuensi antara 0 Hz sampai dengan batas

maksimum frekuensi, sehingga frekuensi fundamental kemudian menjadi feresensi

saat motor beroperasi. Menggunakan nomor harmonisa akan memudahkan dalam

menyederhanakan harmonisa. Alasan kedua yaitu penyederhanaan harmonisa

untuk membuat persamaan model matematika yang lebih sederhana.

2.4.1. Jenis-jenis harmonisa

1. Harmonisa ganjil dan genap

Berdasarkan urutan ordenya, harmonisa dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu

harmonisa genap dan harmonisa ganjil. Sesuai dengan namanya, harmonisa ganjil

adalah harmonisa ke 3,5,7,9, dan seterusnya sedangkan harmonisa genap adalah

harmonisa ke 2,4,6,8, dan seterusnya. Sedangkan untuk harmonisa pertama

merupakan harmonisa fundamental dari gelombang periodik.

2. Harmonisa urutan positif, urutan nol dan urutan negatif

Berdasarkan urutan fasanya, harmonisa dapat dibedakan menjadi 3 macam, yaitu:

17

a) Harmonisa urutan positif

Harmonisa uturan positif adalah nomor harmonisa yang mempunyai sudut fasa

sama dengan harmonisa dasarnya. Harmonisa urutan positif dapat menyebabkan

panas pada bagian konduktor. Contohnya adalah CB (circuit breaker), dan panel-

panel lain

b) Harmonisa urutan negatif

Berbeda dengan harmonisa urutan positif, harmonisa urutan negatif ini merupakan

harmonisa yang mempunyai fasa yang berlawanan dengan harmonisa dasarnya.

Efek dari harmonisa ini dapat menyebabkan panas pada motor induksi sehinggga

mengakibatkan perlambatan pada motor induksi tersebut.

c) Harmonisa urutan nol

Harmonisa urutan nol tidak memproduksi perputaran medan di kedua arah,

sehingga menghasilkan panas yang lebih dibandingkan harmonisa urutan positif

dan harmonisa urutan negatif. Harmonisa urutan nol mempunyai karakteristik yaitu

tidak dapat dihilangkan dan dapat menimbulkan bahaya kebakaran karena arus

normal yang lebih besar. Selain itu juga, harmonisa urutan nol ini juga tidak dapat

menghilangkan arus netral tetapi menghasilkan arus netral yang lebih tinggi dari

arus fasa.

18

2.4.2. Indeks Harmonisa

Dalam melakukan pengukuran terhadap harmonisa, ada beberapa istilah yang biasa

digunakan dalam perhitungan, diantaranya:

1. IHD (Individual Harmonic Distortion)

IHD (individual harmonic distortion) adalah perbandingan antara nilai rms

harmonisa individual terhadap nilai rms fundamentalnya. Sebagai contoh : nilai rms

ketiga adalah 27A dan harmonisa kelimanya 25A, sedangkan nilai rms harmonisa

fundamentalnya 60A, Maka :

IHD ketiga adalah

IHD3 = 27A/60A= 0.45 atau 45 %

IHD kelima adalah = 25A/60A= 0.4167 atau 41.47 %

2. THD (Total Harmonic Distortion)

THD (Total Harmonic Distortion) adalah rasio nilai rms dari komponen harmonisa

ke nilai rms dari komponen dasar yang biasanya dinyatakan dalam persen (%).

Indeks tersebut digunakan untuk mengukur deviasi dari bentuk gelombang periodik

yang mengandung harmonisa dari gelombang sinus sempurna. Dibawah ini

merupakan persamaan THD ntuk tegangan dan arus yaitu

𝑇𝐻𝐷𝑣 =∑ 𝑉𝑛

2∞𝑛=2

𝑉1……………….(2.1)

𝑇𝐻𝐷𝑖 =∑ 𝐼𝑛

2∞𝑛=2

𝑉1 ………………....(2.2)

19

Dimana:

Vn = Nilai tegangan harmonisa

In = Nilai arus harmonisa

V1 = Nilai tegangan fundamental

I1 = Nilai arus fundamental

n = komponen harmonisa yang diamati

3. RMS (Root Mean Square)

Intensitas dari sebuah sinyal memiliki waktu periodik yang tidak merata, oleh

karena itu untuk menentukannya digunakan intensitas rata-rata dengan

menggunakan persamaan RMS (Root Mean Square). RMS didefinisikan sebagai

akar kuadrat dari rata-rata kuadrat fungsi tersebut pada satu periode. Adapun bentuk

umum persamaannya adalah sebagai berikut:

𝑉𝑟𝑚𝑠 = ∑1

𝑇∫ 𝑋2(𝑡)𝑑𝑡

𝑇

0………………….(2.3)

Sedangkan untuk perhitungan terhadap parameter tegangan dan arus, yaitu:

𝑉𝑟𝑚𝑠 = ∑1

𝑇∫ 𝑉2(𝑡)𝑑𝑡

𝑇

0…………………(2.4)

𝑉𝑟𝑚𝑠 = ∑1

𝑇∫ 𝐼2(𝑡)𝑑𝑡

𝑇

0 ……………………….(2.5)

20

2.4.3. Efek Harmonisa pada Peralatan Sistem Tenaga

Dalam sistem tenaga listrik, adanya harmonisa akan memberikan efek terhadap

peralatan. Efek tersebut tergantung pada sumber harmonisa, letak harmonisa dan

katakteristik jaringan listrik. Beberapa pengaruh yang disebabkan oleh harmonisa

diantaranya: kelebihan tegangan, interferensi sinyal, isolasi menjadi panas, dan

menjadikan peralatan menjadi panas.

Tabel 2.1 Pengaruh Harmonisa pada Peralatan Listrik

2.4.4. Standar Harmonisa

Standar harmonisa menunjukan batasan nilai distorsi harmonisa arus dan tegangan

yang digunakan untuk mengevaluasi harmonisa yang terjadi. Batasan harmonisa

arus ditentukan berdasarkan perbandingan arus hubung singkat terhadap arus beban

puncak fundamental pada PCC.

Urutan Pengaruh pada motor Pengaruh pada system distribusi

Positif (+)

Menimbulkan medan

magnet putar arah maju

(forward)

Panas

Nol (0)

Panas, menimbulkan arus pada

kawat netral.

Negatif (-)

Menimbulkan medan

magnet putar arah mundur

(reverse)

Panas, arah putaran motor

berubah

21

Sementara itu, batasan harmonisa tegangan ditentukan oleh tegangan sistem yang

digunakan. Berikut ini tabel standar harmonisa berdasarkan standar IEEE 519-

1992, yaitu

Tabel 2.2 Standar Batas Harmonisa Tegangan IEEE 519-1992

Standar Batas Harmonisa Tegangan

Tegangan Bus pada

PCC

Individual Voltage

Distortion(%)

Total Voltage

Distortion(%)

<69kV 3.0 5.0

69,001 kV-161 kV 1.5 2.5

>161,001 kV 1.0 1.5

Tabel 2.3 Standar Batas Harmonisa Arus (<69 kV) IEEE 519-1992

Standar Batas Harmonisa Arus (<69 kV)

ISC/IL <11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TDD

<20 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0

20<50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0

50<100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0

100<1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0

>1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0

22

Tabel 2.4 Standar Batas Harmonisa Arus (69 kV-161 kV) IEEE 519-1992

Standar Batas Harmonisa Arus (69 kV-161 kV)

ISC/IL <11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TDD

<20 2.0 1.0 0.75 0.3 0.15 2.5

20<50 3.5 1.75 1.25 0.5 0.25 4.0

50<100 5.0 2.25 2.0 0.75 0.35 6.0

100<1000 6.0 2.75 2.5 1.0 0.5 7.5

>1000 7.5 3.5 3.0 1.25 0.7 10.0

Tabel 2.5 Standar Batas Harmonisa Arus (>161 kV) IEEE 519-1992

Standar Batas Harmonisa Arus (>161 kV)

ISC/IL <11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TDD

<50 2.0 1.0 s0.75 0.3 0.15 2.5

≥50 3.0 1.5 1.15 0.45 0.22 3.75

23

BAB 3. METODELOGI PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dan penulisan laporan ini dimulai dari bulan Oktober- April dan

dilaksanakan di Lab Terpadu Teknik Elektro Universitas Lampung

3.2. Prosedur Penelitian

Dalam melakukan penelitian ini dilakukan beberapa tahapan-tahapan sebagai

berikut:

3.2.1. Pemilihan Topik Penelitian

Topik penelitian ini ditentukan berdasarkan diskusi yang dilakukan bersama dengan

dosen pembimbing. Dalam penelitian ini, judul yang disepakati adalah Rancang

Bangun Filter LCL pada Sistem On Grid Pembangit Listrik Tenaga Surya.

3.2.2. Studi Literatur

Studi literatur yang dilakukan dalam penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan

gambaran umum tentang hal-hal yang akan dibahas dalam penelitian dengan cara

mengumpulkan sebanyak-banyaknya referensi sebagai sumber informasi untuk

membantu dalam menyelesaikan masalah-masalah yang nanti akan penulis hadapi

24

dan juga untuk melihat seberapa jauh perbedaan yang dihasilkan. Adapun referensi

yang digunakan berupa handbook, ebook, dan jurnal-jurnal ilmiah.

3.2.3. Perancangan Rangkaian Sistem On Grid PLTS

Dalam merancang skematik rangkaian sistem on ini grid PLTS ini diperlukan

beberapa Instrumen utama yang diperlukan diantaranya trasformator sebagai

representasi dari tegangan PLN AC 220 volt, kemudian solar panel yang digunakan

sebagai sumber tegangan DC dan Grid Tie Inverter (GTI) yang difungsikan untuk

mengkonversi tegangan DC menjadi tegangan AC. Sedangkan alat ukur yang

digunakan dalam penelitian ini diantaranya multimeter, cos phi meter dan CLAMP

ON POWER HiTESTER.

Dalam melakukan pemodelan dan pengukuran penelitian ini dilakukan dua tahap

pemodelan rangkaian. Tahap pertama yaitu pemodelan dan pengukuran rangkaian

sistem on grid PLTS tanpa menggunakan filter dan diberikan beban non linier

berupa lampu LHE secara berkala Tahap ini dimaksudkan untuk mengetahui nilai

Total Harmonic Distortion (THD) yang diukur pada sisi beban. Sedangkan tahap

kedua yaitu pemodelan dan pengukuran rangkaian sistem on grid dengan

menggunakan filter LCL pada rangkaian. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui

tingkat keoptimalan filter LCL yang digunakan dalam mengurangi THD tegangan

akibat adanya distorsi tegangan. Adapun rangkaian skematik sistem on Grid PLTS

dapat dilihat pada gambar 3.1

25

Gambar 3.1 Rangkaian ekuivalen sistem on grid PLTS

Gambar 3.1 diatas merupakan rangkaian ekuivalen filter LCL pada sistem on grid

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Pada gambar diatas, terdapat

photovoltaic sebagai sumber tegangan DC yang dihubungkan dengan Grid Tie

Inverter (GTI) agar dikonversi menjadi tegangan AC 220volt sehingga dapat

bekerja pada sistem on grid.

Kemudian keluaran dari GTI yang berupa tegangan AC 220volt dihubungkan

dengan sisi sekunder trafo 1:1 dan pada sisi primer trafo dihubungkan dengan

jaringan PLN. Fungsi trafo disini sebagai representasi jaringan PLN dengan arus

maksimal 2 Ampere. Selanjutnya, pada sisi sekunder trafo dihubungkan dengan

induktor (Lf) dan induktor Ll yang terhubung secara seri. Lalu terdapat beban yang

terhubung secara paralel dengan kapasitor (Cf).

26

3.2.4. Pemilihan dan Penentuan Parameter Instrumen

Adapun instrumen yang digunakan dalam merancangan rangkaian sistem on grid

ini diantaranya

1. Modul panel surya

Penelitian ini menggunakan 4 buah modul panel surya dua buah diantaranya merk

ICA solar dengan masing-masing daya maksimal (Pmax) sebesar 150 dan dua

lainnya merk SOLARWORLD dengan masing-masing daya maksimal (Pmax) 50

WP sehingga total daya keseluruhan sebesar 400WP.

Dibawah ini merupakan tabel karakterist dari modul panel surya merk ICAsolar dan

merk Solarworld

Tabel 3.1 karakteristik elektrik modul panel surya ICAsolar

Cell polycrystalline

Maximum power Pmax 150WP

Maximum power voltage Vmp 17.6V

Maximum power current Imp 8.53A

Short circuit voltage Isc 9.03A

Nominal operating cell temp NOCT 45°C±2°C

Maximum system Voltage 700VDC

Weight 11.1Kg

dimension 1470*670*30mm

Standard test Condition Temp=25°

AM=1.5 irradiance=1000W/m2

Tabel 3.2 Karakteristik elektrik modul panel surya Solarworld

Cell polycrystalline

Rated max. power Pmax 150WP

Open circuit Voltage VDC 22.1

Rated voltage VMPP 18.2V

Short circuit Currtent Isc 2.95 A

Rated current IMPP 2.75A

27

Power specification at STC: 1000W/m2 25°C, AM 1.5

Application Class A

Maximum system voltage Safety clas II 1000 VDC

2. Grid Tie Inverter (GTI)

Penggunaan Grid Tie Inverter dalam perancangan rangkaian ini adalah untuk

mengkonversi tegangan DC dari photovoltaic (PV) mejadi tegangan keluaran AC

agar dapat terhubung dengan beban AC dan langsung tersambung dengan jaringan

listrik PLN. Adapun GTI yang digunakan memiliki parameter seperti pada tabel

dibawah ini

Tabel 3.3 Parameter Grid Tie Inverter

Rated Power 1000watt

Solar Panels 36cell-Vmp:18-

21V:Voc:20-24V

60cells-Vmp:26-

30V:Voc:34-38V;

72cells-Vmp:35-

39V:Voc:42-46V

DC Input Range 10.8-30VDC 20-45VDC

MPPT Voltage 15-22VDC 24-38VDC

DC MAX.Current 70A 45A

AC Output 120VAC(90-140VAC)

230VAC(190-

260VAC)

Fequency 50HZ/60HZ(auto control)

Power Factor >98%

THD <5%

Phase Shift <2%

Efficiency 120vac(90=140vac)version

Peak Efficiency 85 88

Stable Efficiency 83 86

Efficiency 230VAC(190-260VAC)Version

Peak Efficiency 88 88

Stable Efficiency 83 86

Protection Islanding;Short-circuit;Low Voltage;Over Voltage;

Over Temperature Protection

Working Temperature -20°C-65°C

Working Humidity 0%~90%RH non-condensing

Water proof Indoor design

Show Luminous Diode (LED)

28

Cooling Fan

Stand-by Power <1W

EMC EN61000-6-3:2007 EN61000-6-1:2007

Grid Disturbance EN 50178+EN 62109-1+VDE0126-1-12

Grid Detection DIN VDE 1026 UL1741

3. Transformator

Transformator digunakan sebagai representasi dari jaringan PLN yang akan

dihubungkan secara langsung dengan PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya)

dengan daya sebesar 400WP. Adapun transformator yang digunakan memiliki

tegangan input dan outputnya yang sebanding yaitu sebesar 220volt sedangkan

daya maksimal sebesar 250 watt

4. Lampu Hemat Energi (LHE)

LHE pada rangkaian sistem on grid ini berjumlah 9 buah dengan besar daya tiap-

tiap LHE sebesar 25 Watt. Kesembilan LHE dipasang secara paralel terhadap

rangkaian sistem.

5. Filter LCL

Filter LCL termasuk kedalam kelompok filter pasif karena menggunakan

komponen pasif yaitu kapasitor dan induktor. Dalam menentukan nilai kapasitor

dan induktor yang dibutuhkan akan digunakan rumus dasar sebagai berikut:

𝐶 =1

2𝜋𝑓𝑋𝑐 ……………….(3.1)

29

𝐿 =1

(2𝜋𝑓)2𝐶 …………….(3.2)

Adapun penentuan parameter filter yang digunakan didapat dari perhitungan

dibawah ini

P : 225 watt

V : 235,5 volt

Cos 𝜑 : 0.8

𝑀𝑎𝑘𝑎 𝐼 =𝑃

𝑉 𝐶𝑂𝑆 𝜑=

225

235,3× 0.8= 1.194 𝐴

𝑆 = 𝑉 × 𝐼 = 235,5 × 1.194 = 281.187 𝑉𝐴

Untuk mendapatkan nilai kapasitor maka digunakan rumus

𝑋𝐶 =𝑉2

𝑄 dimana 𝑄 = √𝑆2 − 𝑃2 sehingga

𝑋𝐶 =235.52

√(281.187)2−(225)2= 328.85

Sehinga nilai kapasitor adalah

𝐶 =1

2𝜋𝑓𝑋𝑐=

1

2×3.14×50×328.85= 9.7 × 10−6

Maka didapat nilai kapasitor adalah 9.7 uF

30

Dan nilai induktor adalah

𝐿 =1

(2𝜋𝑓)2𝐶=

1

(2×3.14×50)2×9.7×10−6 = 1,1 𝐻

Sehingga nilai induktor yang diperlukan adalah 1.1 H

Dari perhitungan diatas maka untuk membuat filter LCL diperlukan dua buah

induktor dengan total nilai induktansi sebesar 1.1 H dan sebuah kapasitor dengan

nilai kapasitansi sebesar 9.7 uF. Adapun dua buah induktor yang dibuat penulis

berdasarkan nilai yang didapat dari hasil perhitungan masing-masing sebesar 0.7 H

dan 0.4 H. Apabila kedua induktor tersebut disusun secara seri maka nilai total

menjadi 1.1 H. jenis kapasitor sendiri penulis menggunakan kapasitor jenis

elektrolit dengan tegangan kerja 450 volt. Sedangkan untuk induktor, penulis

membuat sendiri menggunakan tembaga dengan ketebalan 0.5 mm dan toroida

sebagai intinya dengan diameter 5 mm.

3.2.5. Pengambilan data

Pengambilan data dilakukan melalui pengujian terhadap sistem on grid PLTS

sebelum dipasang dengan filter dan setelah dipasang filter LCL. Kedua kondisi ini

dilakukan menggunakan beban dengan berbagai variasi daya. Sebelumnya juga

dilakukan pengujian terhadap instrumen yang akan digunakan dalam pengukuran.

31

Alat ukur yang digunakan dalam pengujian ini yaitu CLAMP ON HiTESTER dan

sebuah osiloskop digital untuk menampilkan bentuk gelombang keluaran dari

sistem.

3.2.6. Pengolahan dan analisa data hasil penelitian

Pengolahan data dilakukan berdasarkan hasil dari pengujian yang sudah dilakukan

sebelumnya. Adapun data yang akan diolah berupa data arus, tegangan, daya dan

THD tegangan. Kemudian dilakukan analisa data hasil pengujian berdasarkan

pengolahan data yang sudah dilakukan sebelumnya.

3.1.1 Penarikan kesimpulan

Kesimpulan didapat dari pengolahan dan analisa data yang telah dilakukan

sebelumnya dan mengacu pada tujuan yang akan dicapai.

3.3. Blok Diagram Penelitian

Dalam melakukan proses penelitian ini dibuat blok diagram untuk mempermudah

dan meminimalisir kesalahan dalam proses pengujian dan pengambilan data.

Adapun blok diagram dalam penelitian ini ditunjukkan pada gambar 3.2 dan

gambar 3.3.

Gambar 3.2 Blok diagram pengukuran harmonisa tanpa filter

32

Gambar 3.2 merupakan blok diagaram pengukuran harmonisa tepatnya untuk

melihat gelombang keluaran pada osiloskop sebelum dipasang filter LCL. Adapun

alat ukur yang dipasang yaitu sebuah osiloskop digital yang digunakan untuk

menampilkan bentuk gelombang keluaran dan CLAMP ON hiTESTER merk

HIOKI untuk menampilkan tegangan harmonisa setiap orde.Adapun alat ukur

tersebut dipasang diantara sumber dan beban secara paralel.

Gambar 3.3 Blok diagram pengukuran harmonisa dengan filter

Gambar 3.3 diatas merupakan blok diagram pengukuran harmonisa yang sudah

dipasang filter pada sistem on grid. Berbeda dengan blok diagram pada gambar 3.2

sebelumnya, pada tahap ini, alat ukur berupa osiloskop dan CLAMP ON hiTESTER

diletakkan setelah rangkaian filter LCL.

3.4. Flowchart Penelitian

Dalam melakukan proses penelitian, maka dibuat diagram alir penelitian seperti

pada gambar 3.4.

33

Mulai

Studi Literatur

Perancangan sisitem on

grid

Perancangan Filter

LCL

Pengujian filter LCL

pada sistem on grid

Pengambilan dan

pengolahan data

Analisis data

Selesai

tidak

ya

Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian

52

BAB 5. KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil dan pembahasan penelitian yang dilakukan tentang rancang

bangun filter LCL pada sistem on grid Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS),

maka dapat diperuleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Pemasangan filter LCL pada sistem on grid Pembangkit Listrik Tenaga Surya

(PLTS) dapat mengurangi distorsi tegangan yang timbul akibat pemakaian

beban non linier

2. Nilai THDv pada sistem on grid Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) pada

beban non linier sebelum dipasang filter LCL sebesar 13, 71% dan nilai THDv

setelah dipasang filter sebesar 8.81 %.

3. Pemasangan filter LCL pada sistem on grid Pembangkit Listrik Tenaga Surya

(PLTS) dapat mengurangi THDv sebesar 4.9 % saat beban non linier yaitu 225

watt sedangkan pada saat beban non linier rendah, THDv berkurang sebesar

2.82 %

53

5.2. Saran

1. Untuk penelitian selanjutnya, diharapkan perancangan filter LCL dilakukan

dengan teliti dan cermat sehingga THDv pada sistem yang diperoleh lebih

akurat

2. Untuk pembaharuan sistem, sebaiknya peneitian dilanjutkan dengan

pemakaian beban non linier selain LHE

DAFTAR PUSTAKA

[1] A.E.W.H. Kahlane, L. Hassaine and M. Kherchi.2015.” LCL Filter

Design for Photovoltaic grid connected system”, The Sixth

International Renewable Energy Congress, Sousse, Tunisia.pp 227-

232.

[2] Albachrony, M Arief.2011.pemodelan dan verifikasi karakteristik

modul sel surya berbasis labview.(Skripsi).Universitas

Indonesia.Depok

[3] Aviyudi.2014. Perancangan filter LCL untuk aplikasi pada inverter satu

fasa keluaran photovoltaic (Skripsi). Universitas Andalas.Padang.55

pp.

[4] Guohong Zeng, Tonny W. Rasmussen, Lin Ma, and Remus

Teodorescu.2010.”Design and Control of LCL-Filter with Active

Damping for Active Power Filter”,IEEE International Symposium on

Industrial Electronics,Bari,Italy.

[5] Hart, Daniel W.2011.Power Electronic.McGraw-Hill Companies,

New York. 477 hlm.

[6] Hasan Ma’aarif, Tirza Damayanti, Faizal Arya Samman, dan

Gassing.2016.”Analisis dan Desain Filter Pasif untuk Inverter Satu-

Fasa melalui Pengujian Beban Variabel Resistif , Prosiding Seminar

Nasional Teknik Energi dan Ketenagalistrikan SNTEK. Makassar.pp

29-35.

[7] Lettl Jirri, Jan Bauer, and Libor Linhart.2011”Comparison of

Different Filter Types for Grid Connected.”PIERS Proceedings,

Marrakesh,Marroco.

[8] Luque,Antonio. 2003. Handbook Photovoltaic Science and

Engineering. New York: John Wiley & Sons, Inc.

[9] Raga,Aji P.2017.Simulasi dan analisa gelombang harmonisa

multilevel inverter satu fasa tipe H-Bridge.(Skripsi).Universitas

Lampung. Bandarlampung.pp.9-12

[10] Rashid, Muhammad H. 2004. Power Electronics: circuits,devices, and

applications third edition.Prentice Hall, New Jersey. 912 hlm.