UNIVERSITAS INDONESIA PERANCANGAN …lib.ui.ac.id/file?file=digital/20294521-S1684-Perancangan...

PERANCANGAN SIMULASI

CERDAS TERHUBUNG JARINGAN PLN

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Bidang Ilmu Teknik Program Studi Teknik Elektro

PROGRAM SARJANA

UNIVERSITAS INDONESIA

PERANCANGAN SIMULASI SISTEM RUMAH SOLAR


SKRIPSI



GURUH SRISADAD

0906602673

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM SARJANA EKSTENSI TEKNIK ELEKTRO

DEPOK

JANUARI 2012

SISTEM RUMAH SOLAR




EKSTENSI TEKNIK ELEKTRO

Perancangan simulasi..., Guruh Srisadad, FT UI, 2012

iiUniversitas Indonesia

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,

dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar.

Nama : Guruh Srisadad

NPM : 0906602673

Tanda tangan :

Tanggal : Januari 2012


iiiUniversitas Indonesia

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh,


NPM : 0906602673

Program Studi : Teknik Elektro

Judul Skripsi : Perancangan Simulasi Sistem Rumah Solar Cerdas

Terhubung Jaringan PLN

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima

sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik,

Universitas Indonesia.

DEWAN PENGUJI

Pembimbing : Dr-Ing. Eko Adhi Setiawan ( )

Penguji I : Prof. Dr. Ir. Rudy Setiabudy DEA ( )

Penguji II : Prof. Dr. Ir. Iwa Garniwa M K MT ( )

Ditetapkan di : Depok

Tanggal : 10 Januari 2012


ivUniversitas Indonesia

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji serta syukur yang sebesar-besarnya

kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat serta hidayah-Nya sehingga

skripsi dapat selesai. Laporan skripsi ini ditulis dan diajukan untuk memperoleh

gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elekstro Fakultas Teknik Universitas

Indonesia.

Dalam proses penyusunan skripsi ini penulis banyak mendapatkan

bimbingan serta dorongan, baik berupa moril maupun materil dari berbagai pihak.

Untuk itu penulis ingin mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Ibundan dan ayahanda yang senantiasa memberikan dukungan dan doa

sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

2. Saudari Marheni yang selalu memberikan dorongan serta semangat kepada

penulis hingga dapat menyelesaikan skripsi ini.

3. Bapak Dr.-Ing Eko Adhi Setiawan, sebagai dosen pembimbing yang telah

memberikan waktu, pikiran, serta tenaga dalam membantu penyelesaian

skripsi ini.

4. Citra Marshal dan M. Arief Albachroni selaku teman perjuangan satu tim riset

Smart House Smart Grid dan teman – teman ekstensi eletro angkatan 2009

yang namanya tidak dapat disebutkan satu persatu.

Semoga amal kebaikan berbagai pihak, termasuk yang tidak dapat

disebutkan disini mendapatkan balasan kebaikan dari Allah SWT. Penulis

menyadari dalam penyusunan laporan skripsi ini masih banyak kekurangan

dikarenakan kemampuan serta pengetahuan penulis yang masih terbatas. Namun

begitu penulis berharap skripsi ini memberi manfaat ke depannya.

Depok, Januari 2012

Penulis


vUniversitas Indonesia

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASITUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di

bawah ini:


NPM : 0906602673

Program Studi : Teknik Elektro Ekstensi

Departemen : Teknik Elektro

Fakultas : Teknik

Jenis Karya : Skripsi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty

Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :

PERANCANGAN SIMULASI SISTEM RUMAH SOLAR CERDASTERHUBUNG JARINGAN PLN

beserta perangkat yang ada. Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini

Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola

dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan memublikasikan tugas

akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan

sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok

Pada Tanggal : Januari 2012

Yang Menyatakan

Guruh Srisadad


viUniversitas Indonesia

ABSTRAK


Program Studi : Teknik Elektro

Judul : Perancangan Simulasi Sistem Rumah Solar Cerdas Terhubung

Jaringan PLN

Solar home system merupakan sistem pembangkit listrik tenaga surya

yang diaplikasikan pada sebuah rumah tinggal. Dengan menggunakan sebuah

inverter jenis GTI atau grid tie inverter, listrik DC yang dihasilkan modul

photovoltaic diubah menjadi listrik AC 220V 50Hz yang dapat tersinkronisasi

dengan tegangan jala-jala PLN, sehingga jaringan listrik sistem rumah solar dapat

terhubung dengan jaringan distribusi PLN. Dengan menghubungkan sistem

photovoltaic dan sistem jaringan listrik PLN maka daya yang dihasilkan dapat

digunakan untuk menyuplai beban peralatan rumah tangga sekaligus di eksport

atau dikirim ke grid PLN.

Dengan mempertimbangkan harga jual listrik ke PLN yang bervariatif

berdasarkan waktu beban puncak sistem kelistrikan setempat, maka pada

perancangan rumah cerdas yang berbasis solar cell ini, dibuat dua mode kerja

yaitu mode PV grid connected dan PV backup battery.

Pengujian sistem eksport import pada rumah cerdas ini dilakukan

dengan memberi beban berupa empat buah lampu pijar dengan daya masing-

masing 60W dan 31 lampu fluorescent dengan daya masing-masing 8W yang

diparalel satu persatu. Pengukuran daya diambil pada daya output inverter, daya

beban, dan daya yang dikirim ke jaringan listrik PLN.

Kata kunci: PV grid connected, grid tie inverter, eksport import daya listrik.


viiUniversitas Indonesia

ABSTRACT

Name : Guruh Srisadad

Study Program: Teknik Elektro

Title : Grid Connected-Smart Solar Home System Design Simulation

Solar home system is solar power generation system which is applied

to a house. By using a grid tie inverter (GTI), the DC electricity produced

by photovoltaic modules is converted into a 220V 50Hz AC power that can

be synchronized with the voltage with PLN grid electricity, so that solar home

systems can be connected to the PLN distribution network. By connecting the

photovoltaic system and the PLN grid, the power that generated by PV can be

used to supply the loads of housholds appliances as well as in export or sent to the

PLN grid.

By considering the selling price of electricity to PLN which varied

according to time of peak load locally electricity system , then the design

of smart home-based solar cell were made of two modes i.e. PV grid connected

dan PV backup battery.

The export import testing system of the smart house system is done by

giving the load of four incandescent bulbs with power 60W each of them, and 31

fluorescent lights with 8W each of them that connect in paralel one by one. Power

measurement is taken at the inverter output power, load power, and the power sent

to PLN grid.

Keywords: PV grid connected, grid tie inverter, export import electrical power


viiiUniversitas Indonesia

DAFTAR ISI

Halaman

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

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS.................................................... ii

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

KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN ................................................................................ v

ABSTRAK ............................................................................................................. vi

DAFTAR ISI........................................................................................................ viii

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

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

DAFTAR LAMPIRAN......................................................................................... xv

1. PENDAHULUAN

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

1.2 Tujuan Penulisan......................................................................................... 4

1.3 Batasan Masalah.......................................................................................... 4

1.4 Metodologi Penelitian ................................................................................. 4

1.5 Sistematika Penulisan ................................................................................. 4

2. DASAR TEORI

2.1 Rumah Dengan Sistem Daya Listrik Surya ............................................... 5

2.1.1 Pengertian........................................................................................ 5

2.1.2 Rumah Dengan Sistem Daya Listrik Surya yang Mandiri.............. 5

2.1.3 Rumah Dengan Sistem Daya Listrik Surya Yang Terhubung

Jaringan Listrik PLN....................................................................... 6


ixUniversitas Indonesia

2.1.4 Rumah Dengan Sistem Daya Listrik Surya Yang Terhubung

Jaringan Listrik PLN dengan Cadangan Baterai ............................. 8

2.2 Photovoltaic ................................................................................................ 9

2.3 Inverter dan Prinsip Kerjanya ................................................................... 11

2.4 Jenis Inverter Berdasarkan Gelombang yang Dihasilkan ......................... 12

2.4.1 Gelombang Kotak ......................................................................... 12

2.4.2 Gelombang Kotak yang Dimodifikasi .......................................... 13

2.4.3 Gelombang Sinus Murni ............................................................... 13

2.5 Inverter Grid Tie ....................................................................................... 14

2.5.1 Karakteristik Grid Tie Inverter...................................................... 15

2.5.2 Skematik atau Topolgi Rangkaian Inverter Grid Tie.................... 16

2.5.3 Sinkronisasi Tegangan Inverter GTI Dengan Tegangan PLN ...... 18

2.5.4 Penjejak Titik Daya Maksimum.................................................... 19

2.5.5 Anti-Islanding ............................................................................... 22

2.6 Backup Sistem........................................................................................... 23

2.6.1 Battery........................................................................................... 23

2.6.2 Regulator Baterai .......................................................................... 24

3. PERANCANGAN SISTEM

3.1 Blok Diagram Sistem Rumah Solar Cerdas Terhubung Jaringan PLN .... 27

3.1.1 Photovoltaic Modul....................................................................... 28

3.1.2 Grid Tie Inverter ........................................................................... 28

3.1.3 Baterai dan Regulator Baterai ....................................................... 31

3.1.4 Power Meter .................................................................................. 32

3.2 Rangkaian Kontrol .................................................................................... 33

3.3 Deskripsi Kerja Sistem.............................................................................. 35

3.3.1 Mode Kerja PV Grid Connected ................................................... 36

3.3.2 Mode Kerja Battery Backup.......................................................... 37

3.4 Alat Simulasi Sistem Rumah Solar Cerdas Terhubung Jaringan PLN ..... 41


xUniversitas Indonesia

4. PENGUJIAN DAN ANALISA DATA/EVALUASI

4.1 Pengukuran Sistem Photovoltaic Grid-Connected.................................... 42

4.1.1 Detail Pengujian Sistem Photovoltaic Grid-Connected ................ 42

4.1.2 Hasil Pengujian Sistem Photovoltaic Grid-Connected ................. 43

4.2 Pengukuran Sistem Baterai Backup.......................................................... 45

4.2.1 Detail Pengujian Sistem Baterai Backup ...................................... 45

4.2.2 Hasil Pengujian Sistem Baterai Backup........................................ 45

4.3 Pengukuran Eksport Import Daya Listrik ................................................. 47

4.3.1 Detail Pengujian Eksport Import Daya Listrik.............................. 47

4.3.2 Hasil Pengujian Eksport Import Daya Listrik............................... 48

4.4 Pengujian Alat Simulasi Sistem Rumah Cerdas Terhubung Jaringan Listrik

PLN ........................................................................................................... 53

4.4.1 Detail Pengujian Pengujian Alat Simulasi Sistem Rumah Cerdas

Terhubung Jaringan Listrik PLN .................................................. 53

4.4.2 Hasil Pengujian Pengujian Alat Simulasi Sistem Rumah Cerdas

Terhubung Jaringan Listrik PLN .................................................. 54

5. KESIMPULAN................................................................................................ 56

6. DAFTAR ACUAN........................................................................................... 57

7. LAMPIRAN..................................................................................................... 58


xiUniversitas Indonesia

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Solar panel........................................................................................... 2

Gambar 1.2 Konfigurasi solar home system yang terhubung dengan jaringan

listrik PLN. Keterangan: 1.Solar panel; 2. Inverter; 3. PHB (Perangkat Hubung

Bagi); 4.Bidirectronal Meter ................................................................................... 3

Gambar 2.1 Rumah dengan sistem daya listrik surya yang mandiri....................... 6

Gambar 2.2 Rumah dengan sistem daya listrik surya yang terhubung jaringan

listrik PLN............................................................................................................... 7

Gambar 2.3 Instalasi sederhana dari sistem PV grid connected ............................. 8

Gambar 2.4 Karakteristik V-I pada temperature yang konstan, radiasi yang

berubah-ubah (a), dan temperatur yang berubah - ubah, radiasi yang konstan....... 9

Gambar 2.5 Titik operasi dari pv yang terhubung beban...................................... 10

Gambar 2.6 Prinsip kerja inverter 1 phasa ............................................................ 11

Gambar 2.7 Bentuk gelombang output inverter.................................................... 12

Gambar 2.8 Output inverter jenis gelombang kotak ............................................. 12

Gambar 2.9 Output inverter jenis gelombang kotak yang dimodifikasi ............... 13

Gambar 2.10 PWM untuk menyempurnakan bentuk sinusoidal .......................... 14

Gambar 2.11(a) Inverter yang menggunakan LF-transformer, (b) Inverter yang

menggunakan HF-transformer, dan (c) Transformerless Inverter ........................ 17

Gambar 2.12 Diagram Dari Fungsi-Fungsi Yang Dimiliki Grid Tie Inverter ...... 18

Gambar 2.13 Titik dimana daya maksimum dihasilkan........................................ 19

Gambar 2.14 Algoritma dan blok diagram sistem kerja MPPT............................ 20


xiiUniversitas Indonesia

Gambar 2.15 Diagram alir MPPT metode P&O ................................................... 21

Gambar 2.16 Karakteristik tegangan pada sel baterai........................................... 24

Gambar 2.17 Skematik regulator baterai .............................................................. 25

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Rumah Solar Cerdas Terhubung Jaringan PLN

............................................................................................................................... 27

Gambar 3.2 Grid Tie Inverter................................................................................ 29

Gambar 3.3 Baterai tipe lead acid (a), Baterai Control Unit (b) ........................... 31

Gambar 3.4 Power meter....................................................................................... 32

Gambar 3.5 Diagram daya sistem rumah cerdas................................................... 33

Gambar 3.6 Diagram kontrol sistem rumah cerdas............................................... 34

Gambar 3.7 Diagram daya dan kontrol mode PV grid connected ........................ 37

Gambar 3.8 Diagram daya dan kontrol pada Mode Baterai Backup saat pagi ..... 38

Gambar 3.9 Diagram daya dan kontrol pada Mode Baterai Backup saat malam . 38

Gambar 3.10 Diagram alir sistem rumah solar terhubung PLN bagian 1............. 39

Gambar 3.11 Diagram alir sistem rumah solar terhubung PLN bagian 2............. 40

Gambar 3.12 Tampilan Alat Simulasi Sistem Rumah Solar Cerdas Terhubung

Jaringan PLN......................................................................................................... 41

Gambar 4.1 Rangkaian pengujian sistem PV Grid-Connected............................. 42

Gambar 4.2 Pengujian PV Grid Connected Menggunakan 2 Modul PV 130W dan

Grid Tie Inverter 1000W....................................................................................... 43

Gambar 4.3 Grafik arus dan tegangan yang dihasilkan PV terhadap waktu........ 43

Gambar 4.4 Grafik arus dan tegangan output inverter grid tie terhadap waktu... 44

Gambar 4.5 Rangkaian pengujian baterai backup................................................. 45


xiiiUniversitas Indonesia

Gambar 4.6 Arus yang dihasilkan dari pengujian saat PV mengisi baterai .......... 46

Gambar 4.7 Tegangan pada baterai dan PV saat pengisian baterai oleh PV ........ 46

Gambar 4.8 Rangkaian pengujian eksport import daya listrik.............................. 48

Gambar 4.9 Hasil pengukuran dan pengujian menggunakan beban lampu pijar.. 50

Gambar 4.10 Hasil pengukuran pada pengujian menggunakan beban lampu FL 50

Gambar 4.11 Aliran daya saat pengujian tanpa beban.......................................... 51

Gambar 4.12 Aliran Daya saat pengujian diberi beban dengan daya < daya ouput

inverter (P1>P3) .................................................................................................... 51

Gambar 4.13 Aliran daya saat pengujian diberi beban dengan daya > daya ouput

inverter (P1<P3) .................................................................................................... 51

Gambar 4.14 Arus dan tegangan discharge baterai terhadap waktu ..................... 53

Gambar 4.15 Pengujian eksport import daya listrik pada alat simulasi ................ 54


xivUniversitas Indonesia

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Hubungan tegangan baterai dan operasi relay pada BCU..................... 26

Tabel 3.1 Nominal rating modul solar Sharp ........................................................ 28

Tabel 3.2 Spesifikasi GTI ..................................................................................... 30

Tabel 3.2 Spesifikasi BCU 12/24 10A.................................................................. 31

Table 3.3 Konfigurasi Pengaturan PV, Beban, dan Baterai .................................. 35

Tabel 3.4 Tabel logika kerja kontak relay dan kontaktor pada tiap mode kerja ... 38

Tabel 4.1 Hasil pengujian dengan menggunakan beban lampu pijar 60W........... 48

Tabel 4.2 Hasil pengujian dengan menggunakan beban lampu fluorescent 20W 49

Tabel 4.3 Hasil pengujian eksport import pada panel board................................. 54


xvUniversitas Indonesia

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Tabel Pengukuran PV Grid Connected ................................................................. 59

Tabel Pengukuran PV Charge Battery .................................................................. 60

Tabel Pengukuran Efisiensi dan Faktor Daya Output Inverter pada Pengujian

Eksport Import Power ........................................................................................... 61


1Universitas Indonesia

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sejalan dengan semakin berkembangnya teknologi semakin besar pula

energi yang dibutuhkan manusia. Namun disaat yang sama energi fosil yang

tersedia tidaklah banyak sehingga manusia harus mengubah tren produksi dan

penggunaan bahan bakar, dari bahan bakar fosil ke bahan bakar non-fosil atau

energi terbarukan, yang didapat dari luar secara bebas seperti energi surya, energi

angin, energi kinetic, energi panas dll.

Tenaga matahari merupakan energi yang tidak terbatas yang sejauh ini

pemanfaatan energinya terbilang masih belum optimal khususnya di Indonesia

sendiri. Padahal Indonesia merupakan Negara tropis yang dilewati garis

katulistiwa sehingga kita dapat memanfaatkan sinar matahari secara maksimal.

Solar cell merupakan perangkat yang dapat mengkonversi energi dari cahaya

matahari menjadi energi listrik. Lalu apa saja keuntungan yang bisa kita dapat jika

menggunakan solar cell sebagai energi listrik alternatif?

Mengurangi biaya listrik jangka panjang

Penggunaan solar cell memang membutuhkan modal yang tidak sedikit karena

teknologi ini terbilang masih cukup mahal apalagi jika menginginkan untuk

mendapatkan daya yang besar dari panel-panel ini. Namun harga yang harus

dibayar sebanding dengan energi yang akan dihasilkan serta pengurangan

biaya pemakaian listrik untuk jangka panjang.

Mengurangi ketergantungan pada listrik dari batubara

Persediaan energi fosil yang tinggal sedikit membuat kita untuk dapat

menggunakan energi alternatif. Dengan memanfaatkan tenaga surya maka

penggunaan energi fosil dapat diminimalisir.

Menghindari dampak pemadaman yang merugikan konsumen


2

Universitas Indonesia

Pemadaman sepihak oleh perusahaan listrik berdampak sangat merugikan,

disamping karena pemadaman ini tidak diketahui waktunya kapan dan berapa

lama, pemadaman ini juga dapat menggangu produksitifitas dan dapat

membuar peralatan listrik yang sedang beroperasi rusak.

Turut mengurangi pemanasan global karena sistem solarpanel menghasilkan

energi yang ramah lingkungan yang tidak menyebabkan polusi.

Semua jenis polusi itu rata-rata akibat dari penggunaan bahan bakar fosil

seperti minyak bumi, uranium, plutonium, batu bara dan lainnya yang tiada

hentinya. Padahal kita tahu bahwa bahan bakar dari fosil tidak dapat

diperbaharui, tidak seperti bahan bakar non-fosil. Solar panel menghasilkan

energi yang ramah lingkungan dikarenan proses pengubahan energi matahari

menjadi enerngi listrik tidak menimbulkan polusi udara maupun radioaktif.

Bandingkan dengan sebuah generator listrik, ada bagian yang berputar dan

memerlukan bahan bakar untuk dapat menghasilkan listrik. Suaranya bising.

Selain itu gas buang yang dihasilkan dapat menimbulkan efek gas rumah kaca

(green house gas) yang pengaruhnya dapat merusak ekosistem lingkungan

kita.

Gambar 1.1 Solar panel[9]

Konsep pemanfaatan energi terbarukan seperti panel solar ini sudah

berkembang meunuju konsep yang disebut solar home system. Solar home system

merupakan aplikasi dari penggunaan PV sebagai energi terbarukan yang biasa

dipasang dirumah-rumah maupun gedung-gedung. Aplikasi ini dapar terkoneksi

dengan jaringan atau biasa disebut smart grid atau jaringan listrik cerdas dimana

arus DC yang dihasilkan solar panel dirumah/gedung diubah menjadi arus AC


3


menggunakan inveter lalu di hubungkan ke jaringan listrik yang telah ada,

umumnya 120V atau 220V dengan frekuensi 50Hz atau 60Hz. Gambar dibawah

ini akan sedikit menjelaskan aplikasi solar home system.

Gambar 1.2 Konfigurasi solar home system yang terhubung dengan jaringan

listrik PLN. Keterangan: 1.Solar panel; 2. Inverter; 3. PHB (Perangkat Hubung

Bagi); 4.Bidirectronal Meter [10]

Untuk mewujudkan solar home sistem yang dapat menghasilkan listrik

untuk dipakai dirumah dan di alirkan ke sistem jaringan listrik seperti gambar

diatas maka diperlukan sebuah inverter yang tidak hanya dapat mengubah arus

DC ke AC dan menghasilkan gelombang sinus murni, tetapi juga dapat

mensinkronisasi tegangan pada jaringan yang telah ada dengan output dari

inverter tersebut. Dengan semakin pesatnya teknologi eletronika daya kini daya

output PV dapat langsung dihubungkan dengan sistem jala-jala kelistrikan PLN.

Inverter jenis ini disebut dengan Grid Tie Inverter (GTI). GTI merupakan tipe

khusus dari inverter yang mampu mengkonversi tegangan dari sumber energi

terbarukan dan mengalirkan listrik ke jaringan listrik bahkan menjualnya

perusahaan listrik tersebut. Untuk dapat membuat phasa pada sistem jaringan litrik

sinkron dengan tegangan keluaran inverter tidaklah mudah, mengapa? Sebab GTI

harus lah dapat:

1. Mencocokkan phase gelombang sinusoidal dengan yang dimiliki sistem.

2. Mencocokkan tegangan gelombang sinusoidal dengan yang dimiliki sistem.

3. Mencocokkan frekuensi gelombang sinusoidal dengan yang dimiliki sistem.


4


1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan adalah untuk melakukan rancang bangun sebuah

sistem rumah cerdas berbasis solar cell paralel dengan jaringan listrik PLN dengan

opsi eksport import daya listrik.

1.3 Batasan Masalah

Pembatasan masalah dalam pembuatan skripsi ini adalah pada

perancangan sistem rumah cerdas berbasis solar cell terhubung jaringan distribusi

220V PLN, serta peralatan-peralatan pendukung dalam sistem ini yaitu inverter

grid tie dan baterai.

1.4 Metodologi Penelitian

Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini

adalah studi literatur, refrensi jurnal internasional, refrensi internet, rancang

bangun simulasi solar home system yang terhubung jaringan PLN dan

pengamatan data-data hasil pengukuran yang dilakukan di ruangan grup riset

Smart House Smart Grid, gedung Engineering Center, Universitas Indonesia.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dalam skripsi ini terbagi dalam beberapa bagian.

Bab pertama menjelaskan latar belakang penulisan, tujuan penulisan, batasan

masalah yang akan diangkat, metodologi penulisan laporan seminar ini, dan

sistematika penulisan. Bab kedua akan menjelaskan secara umum mengenai teori-

teori mendasar tentang komponen yang digunakan dalam perancangan sistem

rumah solar seperti inverter grid tie, modul surya, baterai serta charge

controllernya. Pada bab ketiga menjelaskan mengenai perancangan sistem solar

home yang terhubung dengan jaringan tegangan PLN, deskripsi kerja, serta mode

kerja yang digunakan dalam sistem ini. Pada bab keempat berisi tentang

pengamatan dari data hasil pengujian dan pengukuran dalam bentuk tabel dan

grafik ketika sistem rumah cerdas ini diberi beban maupun tanpa beban. Pada bab

kelima berisi kesimpulan dalam proses perancangan dan pengamatan.



BAB 2

DASAR TEORI

2.1 Rumah Dengan Sistem Daya Listrik Surya

2.1.1 Pengertian

Rumah dengan sistem daya listrik surya adalah aplikasi dari

pembangkit listrik tenaga surya dengan konsep yang sederhana dan skala kecil.

Aplikasinya pun telah banyak digunakan pada perumahan-perumahan serta

gedung-gedung komersial. Umumnya aplikasi rumah dengan sistem daya listrik

surya ini pada kawasan yang tidak dijangkau oleh PLN, namun pada saati ini

aplikasinya telah berkembang luas karena sistem ini memberi banyak keuntungan

bagi penggunanya. Rumah dengan sistem daya listrik surya itu sendiri umumnya

terbagi menjadi sistem mandiri atau bisa juga sistem rumah surya yang tidak

terhubung jaringan listrik PLN dan rumah dengan sistem daya listrik surya yang

terhubung jaringan listrik PLN atau grid connected system.

2.1.2 Rumah Dengan Sistem Daya Listrik Surya yang Mandiri

Pada sistem ini listrik DC yang dihasilkan PV biasa disimpan ke

baterai, untuk menghidupkan beban - beban DC atau diubah ke tegangan AC

menggunakan inverter untuk menghidupkan beban AC yang telah dihubungkan

dengan sistem rumah surya ini tentunya. Karena rumah dengan sistem daya listrik

surya yang mandiri ini tidak dapat terhubung dengan jaringan listrik PLN, maka

sebuan rumah atau gedung yang menerapkan sistem ini harus membuat dua

instalasi listrik untuk menghidupkan beban-bebannya. Sistem instalasi yang saru

disuplai oleh sumber utama PLN dan sistem instalasi listrik lainnya disuplai oleh

inverter tadi.


6


Gambar 2.1 Rumah dengan sistem daya listrik surya yang mandiri [10]

Rumah dengan sistem daya listrik surya yang mandiri ini umumnya

membutuhkan penyimpan daya seperti baterai karena ada saat dimana kita tidak

membutuhkan energi PV tersebut namun pada saat yang bersamaan PV sedang

menghasilkan listrik. Contohnya pada aplikasi lampu penerangan jalan. PV

menghasilkan listrik pada pagi hari, sedangkan lampu baru digunakan pada malam

hari. Untuk itulah diperlukan baterai regulator baterai atau charge regulator untuk

menjaga agar umur baterai agar tetap lama.

Pada gambar 2.1 menjelaskan konfigurasi rumah dengan sistem daya listrik surya

yang mandiri dimana disana terdapat komponen penting pada sistem ini yaitu:

1. Modul photovoltaic yang biasa dipasang seri atau paralel

2. Baterai regulator

3. Baterai

4. Beban DC

5. Inverter (jika digunakan untuk menyuplai beban AC)

2.1.3 Rumah Dengan Sistem Daya Listrik Surya Yang Terhubung Jaringan

Listrik PLN

Rumah dengan sistem daya listrik surya yang terhubung jaringan

listrik PLN telah banyak diaplikasikan baik pada sistem PV yang terdapat pada

pembangkit tenaga surya skala besar sampai aplikasi pada rumah atau solar home

system (SHS). Sebuah grid connected SHS umumnya terdiri dari komponen-

kompenen penting seperti yang terlihat pada gambar dibawah 2.2 ini.


7


Gambar 2.2 Rumah dengan sistem daya listrik surya yang terhubung jaringan

listrik PLN [5]

1. Modul photovoltaic

2. Konektor modul PV

3. Kabel penghantar DC

4. Saklar pemutus pada penghantar DC

5. Inverter grid tie

6. Kabel penghantar AC

7. KWH meter dua arah

Pada konfigurasi rumah dengan sistem daya listrik surya yang terhubung jaringan

listrik PLN diatas dapat dilihat output dari inverter yang mengubah listrik DC ke

AC langsung dihubungkan (menyatu) dengan sistem instalasi listrik rumah

tersebut karena output inverter telah tersinkronisasi dengan daya dari sumber

utama atau PLN. Selain itu pada sistem diatas juga diperlukan KWH meter dua

arah untuk menggantikan KWH meter konvensional karena KWH meter dua arah

ini mampu membaca listrik dari dua arah, listrik yang mengalisr dari utilitas dan

mengalir ke utilitas. Selain konfigurasi diatas, rumah dengan sistem daya listrik

surya yang terhubung jaringan listrik PLN ini juga dapat diterapkan dengan

instalasi yang lebih simple seperti pada gambar 2.3 dibawah.


8


Gambar 2.3 Instalasi sederhana dari sistem PV grid connected [7]

Satu hal yang penting ialah, pada rumah dengan sistem daya listrik surya yang

terhubung jaringan listrik PLN ini apabila terjadi pemadaman pada sumber utama

PLN, maka sistem inipun harus padam walaupun pada saat yang sama PV sedang

menghasilkan listrik dan hal ini disebut anti islanding.

2.1.4 Rumah Dengan Sistem Daya Listrik Surya Yang Terhubung Jaringan

Listrik PLN dengan Cadangan Baterai

Rumah dengan sistem daya listrik surya yang terhubung jaringan

listrik PLN dengan cadangan baterai ini merupakan sistem yang dirancang pada

tugas akhir ini. Sistem ini merupakan penggabungan dari kedua sistem yang telah

dijelaskan tadi. Dengan sistem ini memungkinkan listrik yang dihasilkan PV

digunakan untuk mengisi baterai sebagai energi cadangan, untuk menghidupkan

beban AC tanpa harus memiliki instalasi double pada sistem, serta mampu untuk

mengirim (mengeksport) daya lebih ke utilitas atau PLN. Jadi tujuan dibuatnya

sistem rumah solar yang terhubung grid dengan backup battery ini adalah:

1. Listrik yang dihasilkan photovoltaic array dapat langsung digunakan oleh load

atau beban peralatan listrik rumah tangga tanpa memerlukan instalasi “double”

pada rumah solar tersebut.

2. Ketika daya listrik yang dikonsumsi beban tersebut lebih kecil dibandingkan

daya yang dihasilkan PV maka daya lebih tersebut dapat dialirkan (dieksport)

ke utilitas atau PLN.


9


3. Dengan sistem ini maka user dapat mempunyai option untuk memilih apakah

pada saat itu ingin menggunakan daya dari PV untuk menyuplai

beban/mengeksport ke PLN atau menyimpan daya tersebut ke baterai untuk

kemudian digunakan ketika malam.

4. Jika daya dari modul photocoltaic digunakan untuk menyuplai

beban/mengeksport ke PLN dan menyimpan baterai secara bersamaan maka

akan tidak efisien.

2.2 Photovoltaic

Photovoltaic merupakan perangkat semikonduktor yang memiliki

karateristik arus (I) dan tegangan (V) output yang tidak linear. Ketika cahaya

diterima pada permukaan sel PV, arus akan dibangkitkan sebanding dengan

tingkat intensitas cahaya yang diterima dan disaat yang sama tegangan dc pun

akan muncul [11]. Oleh sebab itu PV disebut sebagai sumber arus. Jika tegangan

yang dibangkitkan terlalu besar maka arusnya akan drop, mirip dengan

karakateristik diode.

(a) (b)

Gambar 2.4 Karakteristik V-I pada temperature yang konstan, radiasi yang

berubah-ubah (a), dan temperatur yang berubah - ubah, radiasi yang konstan[11]


10


Arus yang dihasilkan PV sangat tergantung pada iradiasi yang diterima, dimana

semakin tinggi iradiasi yang diterima semakin tinggi arus yang dihasilkan.

Sementara tegangannya dipengaruhi oleh temperatur, dimana semakin tinggi

suhunya semakin rendah tegangan pada terminal sel PV.

Selain karakteristik V-I yang dimiliki, PV juga memiliki karakteristik

unik dimana ketika PV dihubungkan langsung ke beban, titik operasi dari sistem

akan jatuh pada titik perpotongan antara kurva karakteristik V-I pada PV dan

kurva karakteristik pada beban [11] seperti yang terlihat pada gambar 2.5.

Umumnya titik ini bukanlah titik daya maksimum atau maximum power point

(MPP) dari yang dapat dihasilkan PV. Akhirnya untuk memecahkan masalah ini

diperlukan kapasitas PV array yang lebih besar agar dapat memenuhi kebutuhan

daya beban yang berujung dana yang dikeluarkan akan besar.

Gambar 2.5 Titik operasi dari pv yang terhubung beban [11]

Oleh sebab itu MPPT diperlukan dalam sistem PV untuk mengatasi karakteristik

PV tersebut. Dengan menggunakan algoritma tertentu, serta mekanisme tertentu

tegangan ataupun arus dari PV dimanipulasi sehingga mendekati atau sama

dengan arus dan tegangan maksimum yang dapat dicapai PV untuk dapat

menghasilkan titik daya maksimum.


11


2.3 Inverter dan Prinsip Kerjanya

Inverter merupakan alat yang digunakan untuk mengubah arus searah

menjadi arus bolak balik. Sumber tegangan inverter dapat berupa baterai, solar

cell, turbin angin dan sumber tegangan DC lainnya dengan tegangan output 120 V

atau 220 V, dan frekeuensi output 50 Hz atau 60 Hz.

Pada dasarnya inverter merupakan sebuah alat yang membuat tegangan

bolak balik dari tegangan searah dengan cara pembentukan gelombang tegangan.

Namun gelombang tegangan yang terbentuk dari inverter tidak berbentuk

sinusoida melainkan berbentuk gelombang tegangan persegi. Pembentukan

tegangan AC tersebut dilakukan dengan mengguankan dua pasang saklar. Berikut

ini merupakan gambar yang akan menerangkan prinsip kerja inverter dalam

pembentukan gelombang tegangan persegi.

Gambar 2.6 Prinsip kerja inverter 1 phasa

Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa untuk menghasilkan arus

bolak balik maka kerja saklar S1 sampai S4 yang disuplai oleh tegangan dc harus

bergantian. Lalu bagaimanakah gelombang tegangan tersebut dapat terbentuk dari

keempat buah saklar tersebut? Ketika sasklar S1 dan S4 hidup maka arus akan

mengalir dari titik A ke titik B sehingga terbentuklah tegangan positif. Setelah itu

gantian saklar S2 dan S3 yang hidup dan saklar S1 dan S4 off sehingga arus akan

mengalir dari titik B ke titik A sehingga terbentuklah tegangan negatif [4].

Pembentukan gelombang hasil ON-OFF keempat saklar tersebur dapat dilihat dari

gambar berikut:


12


Gambar 2.7 Bentuk gelombang output inverter

Dengan mengubah arah arus yang mengalir ke beban (pada ½ periode

pertama arus mengalir dari titik A ke B dan pada ½ periode kedua arus mengalir

dari B ke A) maka akan didapatkan bentuk gelombang arus bolak balik.

2.4 Jenis Inverter Berdasarkan Gelombang yang Dihasilkan

Berdasarkan gelombang keluaran yang dihasilkan, inverter dapat

dibagi menjadi tiga macam yakni gelombang kotak, gelombang kotak yang

dimodifikasi,gelombang sinus murni.

2.4.1 Gelombang Kotak

Walapun inverter jenis ini dapat menghasilkan tegangan 220 VAC, 50

Hz namun kualitasnya sangat buruk. Sehingga hanya dapat digunakan pada

beberapa alat listrik. Hal ini disebabkan karakteristik output yang dimiliki inverter

jenis ini adalah mereka memiliki level “harmonic distortion” yang tinggi.

Mungkin karena alas an tersebut inverter ini biasa disebut “dirty power supply”.

Gambar 2.8 Output inverter jenis gelombang kotak


13


2.4.2 Gelombang Kotak yang Dimodifikasi

Disebut juga “Modifie Square Wave” atau “Quasy Sine Wave” karena

gelombang kotak yang dimodifikasi ini hampir mirip dengan bentuk gelombang

kotak, namun pada gelombang kotak yang dimodifikasi outputnya menyentuh titik

nol selama beberapa saat sebelum pindah ke positif atau negatif. Selain itu karena

gelombang kotak yang dimodifikasi ini memiliki harmonic distortion yang lebih

sedikit dibanding gelombang kotak maka dapat dipakai untuk mengoperasikan

beberapa peralatan listrik seperti komputer, TV, lampu namun tidak bisa untuk

beban-beban yang lebih sensitive seperti printer laser dan beberapa peralatan

listrik dirumah sakit.

Gambar 2.9 Output inverter jenis gelombang kotak yang dimodifikasi

2.4.3 Gelombang Sinus Murni

Gelombang sinus murni atau true sine wave merupakan gelombang

inverter yang hampir menyerupai (bahkan dapat lebih baik dibandingkan dengan

gelombang sinusoidal sempurna pada jaringan listrik (dalam hal ini PLN) dengan

total harmonic distortion (THD) < 3% sehingga cocok untuk semua peralatan

elektronik. Oleh sebab itu inverter ini disebut juga “clean supply”. Teknologi yang

digunakan inverter jenis ini umumnya disebut modulasi lebar pulsa (PWM) yang

dapat mengubah tegangan DC menjadi AC dengan bentuk gelombang yang

hampir menyerupai gelombang sinusoidal.


14


Gambar 2.10 PWM untuk menyempurnakan bentuk sinusoidal [10]

Gelombang tipe pure sine wave ini juga digunakan oleh gelombang

sinus murni. Oleh sebab itu banyak orang yang mengira bahwa Gelombang sinus

murni adalah inverter grid tie meskipun hal ini tidak sepenuhnya benar.

2.5 Inverter Grid Tie

Inverter grid tie merupakan sebuah tipe khusus dari inverter yang

mampu mengubah arus searah (DC) menjadi arus bolak balik (AC) dan

menyalurkannya ke jaringan listrik utilitas (PLN di Indonesia) [6]. Inverter tipe ini

disebut juga dengan synchronous inverter atau grid-interactive inverter. Lalu

apakah yang membuat inverter ini special? Selain karena harganya yang tentu saja

mahal, inverter ini memiliki dua fitur yang handal dan penting, yakni

kemampuannya dalam mencocokan atau mensynkronisasi tegangan AC atau

disebut juga “phase matching” serta proteksi terhadap gangguan pada grid atau

“reaction to power outage”.

Desain inverter jenis inipun sedikit berbeda dengan inverter jenis stand

alone. Tegangan output dari inverter GTI harus memenuhi beberapa persyaratan

agar inverter dapat terhubung dengan jaringan listrik PLN (tersinkronisasi) dan

mengirimkan daya ke jaingan listrik tersebut [4]. Beberapa persyaratan tersebut

antara lain adalah:

1) Tegangan dan phasa inverter harus sama dengan yang dimiliki jaringan listrik

PLN.

2) Frekuensi dari tegangan yang dihasilkan haruslah sama dengan frekuensi

jaringan listrik PLN, (50Hz untuk Indonesia).


15


2.5.1 Karakteristik Inverter Grid Tie

Inverter yang dikeluarkan pabrik manufacturer umunya memiliki

lembar spesifikasi mengenai produknya tersebut. Data – data yang terkadung

didalam lembar spesifikasi atau manual book tersebut mengandung spesifikasi ,

fitur dan karakteristik seperti yang disebutkan dibawah ini [6]:

Rated output power. Nilai ini merupaka daya nominal yang mampu

dihasilkan oleh inverter. Pada beberapa inverter daya yang dikeluarkan

berbeda tergantung pada tegangan outputnya. Sebagai contoh suatu

inverter dapat diset tegangan outputnya pada 200Vac dan 240Vac. Maka

daya yang dihasilkan tiap tegangan yang diset tersebut akan berbeda.

Output voltage. Nilai ini mengindikasikan pada untuk tegangan listrik

disuatu tempat inverter tersebut dapat digunakan. Sebagai contoh pada

output voltage untuk Negara US adalah 120 Vac sedangkan di Indonesia

tegangan utilitasnya adalah 220 Vac.

Peak efficiency. Efisiensi puncak atau efisiensi puncak menyatakan

efisiensi tertinggi yang dapat diraih inverter. Kebanyakan inverter grid tie

yang dijual dipasaran saat ini dapat menghasilkan efisiensi 94% sampai

96%. Energi yang hilang selama proses konversi tersebut kebanyakan

diubah menjadi panas yang dihasilkan inverter. Itu artinya untuk

menghasilkan daya yang sesuai dengan rated output power-nya maka daya

inputnya haruslah lebih besar dari daya output yang diinginkan. Sebagai

contoh, sebuan inverter 5000 W dapat menghasilkan daya penuh 5000 W

jika diberikan input sebesar 5263 W.

Maximum input current. Menyatakan jumlah maksimal arus input yang

dapat diterima inverter. Jika suplai DC, seperti modul PV menghasilkan

arus yang lebih besar dari maksimum arus masukan, arus tersebut tidak

dapat digunakan inverter.

Maximum output current. Merupakan maksimum arus AC yang akan

disuplai inverter. Nilai ini dapat dijadikan acuan untuk menentukan rating


16


arus pengaman arus lebih untuk inverter untuk men-diskonek inverter dari

rangkaian. Inverter yang mampu menghasilkan tegangan output AC yang

bervariasi akan memiliki maksimum arus keluaran yang berbeda-beda

untuk tiap tegangannya.

Peak power tracking voltage. Parameter ini merupakan range tegangan DC

dimana maximum power point inverter akan bekerja. Hal ini cukup rumit

karena tegangan karena pengaruh temperature.

Start voltage. Nilai ini tidak tercantum pada semua datasheet inverter.

Nilai ini menunjukkan tegangan DC input yang dibutuhkan agar inverter

dapat bekerja.

2.5.2 Skematik atau Topolgi Rangkaian Inverter Grid Tie

Pada dasarnya topologi rangkaian pada grid tie inverter hampir

dibedakan atas tiga jenis, yaitu: inverter LF-transformer, H-F transformer, dan

Transformerless inverter [3]. Tradisionil inverter GTI biasanya menggunakan LF-

transformer untuk menaikkan tegangannya inputnya. Topologi rangkaiannya

dapat dilihat pad gambar dibawah ini. Inverter jenis ini memiliki efisiensi yang

rendah, distorsi yang rendah serta bobot yang berat. Dengan mengganti trafo LF

dengan HF efisiensi inverter dapat meningkat 2%. Konverter DC-DC juga mampu

melakukan tugasnya sebagai pengatur MPPT. Selain itu terdapat transformerless

inverter, dimana inverter ini menggunakan boost converter untuk mengatur

tegangan dari PV agar cocok dengan tegangan input yang dibutuhkan. Inverter ini

juga mampu meningkatkan efisiensi sampai 2%.


17


(a)

(b)

(c)

Gambar 2.11 (a) Inverter yang menggunakan LF-transformer, (b)

Inverter yang menggunakan HF-transformer, dan (c) Transformerless Inverter [3]


18


2.5.3 Sinkronisasi Tegangan Inverter GTI Dengan Tegangan PLN

Sinkronisasi adalah suatu cara untuk menghubungkan dua sumber atau

beban Arus Bolak-Balik (AC). Sumber AC yang ingin dihubungkan disini adalah

sumber solar cell yang diubah ke AC oleh inverter dan dari sumber dari PLN.

Pemanfaatan tegangan solar cell ataupun energi terbarukan lainnya yang

terhubung dengan grid sudah lama dikembangkan. Namun dalam menghubungkan

tegangan PV dalam hal ini tegangan output inverter ini tidaklah mudah. Untuk

menghubungkan secara paralel antara tegangan PV dan tegangan grid maka

karakteristik kedua tegangan haruslah mempunyai frekuensi, amplitude dan sudut

fase yang sama. Beberapa metode telah banyak digunakan dalam beberapa produk

inverter diantaranya adalah:

1. Zerro Crossing Detection,

2. Pem-filter-an tegangan jaringan listrik,

3. Phase Locked Loop (PLL), [11].

Gambar 2.12 Diagram Dari Fungsi-Fungsi Yang Dimiliki Grid Tie Inverter [11]

Dari gambar diatas dapat dilihat fungsi-fungsi dasar dari inverter grid tie.

Diantaranya terdapat fungsi MPPT agar inverter dapat mengambil daya

maksimum yang dihasilkan PV, sistem sinkronisasi, sampai sistem proteksi. Pada


19


inverter yang lebih modern umumnya terdapat fungsi monitoring yang dapat

dihubugnkan dengan PC.

2.5.4 Penjejak Titik Daya Maksimum

Permasalahan utama yang dihadapi penggunaan sel surya sebagai

pembangkit tenaga listrik adalah radiasi sinar matahari yang disebut iradiasi (solar

energi per unit area dari permukaan solar panel) dan kondisi lain seperti awan

yang menutupi sinar matahari dan temperatur. Titik dimana daya maksimal

dihasilkan disebut maximum power point.

Gambar 2.13 Titik dimana daya maksimum dihasilkan [4]

Pada kurva V-I maupun kurva V-P titik P-max adalah titik daya

maksimum atau maximum power point (MPP) dimana pada titik tersebut solar

cell bekerja pada efisiensi terbesar dan menghasilkan daya output maksimal.

Penjejak titik daya maksimum adalah sebuah sistem yang membantu solar cell

menghasilkan daya semaksimal mungkin dengan mengatur tegangan atau arus

solar cell untuk mendapatkan daya maksimum yang dapat dihasilkan. Penggunaan

MPPT meningkatkan efisiensi daya listrik yang dihasilkan sistem solar cell,

karena sistem dikontrol untuk terus menghasilkan daya maksimal. Kita dapat

menggunakan berbagai algoritma untuk menghasilkan sistem MPPT. Sensor yang

digunakan, algoritma kontrol serta kecepatan MPPT dalam menghasilkan daya

maksimal meruapakan faktor yang mempengaruhi dalam kehandalan teknik

MPPT yang digunakan. Untuk mengetahui bagai mana sistem MPPT ini

bekerja, inverter produk Steval-ISV002V1 3 kW kembali digunakan sebagai


20


acuan. Gambar dibawah ini merupakan algoritma dan skematik kontrol dari sistem

kerja MPPT.

Gambar 2.14 Algoritma dan blok diagram sistem kerja MPPT [2]

Umunya inverter jenis GTI ini sekarang telah dilengkapi dengan mode

MPPT seperti yang terdapat pada inverter Steval tersebut. Blok diagram serta

algoritma diatas merupakan salah satu contoh yang dapat menjelaskan bagaimana

prinsip kerja dari sistem MPPT. Metode yang digunakan inverter ini adalah

metode perturb and observe (P dan O). P dan O merupakan metode yang sangat

umum dan sangat mudah dalam menghasilkan teknik MPPT.

Pada inverter tersebut tegangan dan arus PV di ukur dengan sensor lalu

di ubah ke sinyal digital untuk kemudian diproses di mikrokontroler STM32.

Mikrokontroler inilah yang memproses algoritma metode P&O tersebut. Lalu

outpur dari metode ini menghasilkan tengangan referensi atau sinyal error.

Sinyal eror yang dihasilkan dari proses tersebut kemudian di teruskan

ke PI regulator. Lalu melalui kontrol pergeseran phasa mereka kemudian

mengatur tegangan yang ada di DC-DC converter. DC-DC converter disini

berfungsi sebagai untuk menaikkan maupun menurunkan tegangan sehingga daya

yang dihasilkan PV selalu mencapai titik maksimal.

Letak titik MPP pada kurva V-I maupun V-P tidak dapat diketahui

namun dengan menggunakan algoritma dan metode-metode tertentu maka titik


21


ini dapat ditemukan. Beberapa metode yang telah dikembangkan dan digunakan

diantara Perturb and Observe, Incremental Conductance, Dynamic Approach,

Temperature Methods, Artificial Neural Network method, Fuzzy Logic method dll

dimana tiap algoritma tersebut mempunyai kelebihan dan kekurangannya masing-

masing.

Metode perturb & observe (P&O) adalah algoritma MPPT yang paling

popouler karena algoritma dari metode ini sangat sederhana. Metode inipun terus

dikembangkan agar dapat menghasilkan respon yang cepat, efektifitas yang lebih

tinggi maupun komputansi yang cepat dan mudah. Metode P&O yang telah

dikembangkan contohnya seperti MPO atau modified perturb observe dan EPP.

Berikut ini gambar diagram alir algoritma P&O.

Gambar 2.17 Diagram alir MPPT metode P&O [2]

Pada dasarnya metode ini beroperasi dengan mengukur terminal

tegangan PV yang terganggu/berubah-ubah secara periodik dan membandingkan


22


besar daya outputnya dengan daya output hasil dari proses P&O sebelumnya. Jika

tegangan PV berubah dan dayanya meningkat sistem kontrolnya memindahkan

titik operasi PV pada arah yang sama. Sebaliknya, operating point PV akan

dipindahkan pada arah yang sebaliknya. Setelah itu siklus P&O diulang dengan

cara yang sama.

Gambar flow chart diatas menjelaskan algoritma P&O yang diawali

dengan pengukuran besar tegangan dan arus output dari photovoltaic, biasanya

menggunakan sensor arus dan sensor tegangan. Setelah itu algoritma pada

flowchart tersebut diproses di mikrokontroler mulai dari perhitungan nilai daya

photo voltaic berdasarkan tegangan dan arus tadi sampai didapat tegangan

referensi atau Vref untuk kemudian menjadi input dari DC to DC converter

(biasanya berupa boost converter). Proses selanjutnya daya tersebut dibandingkan

dengan daya sebelumnya, untuk mendapatkan perubahan nilai daya maka nilai

tegangan yang disampling dibandingkan juga dengan nilai tegangan sebelumnya

lalu dilakukan perhitungan untuk mengetahui selisih antara kedua tegangan

tersebut sehingga didapatkan tegangan referensi. Oleh karena itu tegangan

referensi tersebut dikurangkan atau ditambahkan bergantung pada perubahan daya

dan tegangan PV. Setelah itu proses tersebut diulang lagi dengan kembali

mengukur tegangan dan arus PV. Proses ini terus berulang agar tegangan yang

dihasilkan photovoltaic tetap terus stabil [2].

Perlu diingat bahwa penjejak titik daya maksimum bukanlah penjejak

matahari, Terkadang kita salah menafsirkan dengan menyamakan kedua istilah

tersebut. Solar tracker adalah alat yang digunakan untuk mengikuti sinar matahari

dan meminimalisir sudut antara matahari dan solar cell sehingga sinar matahari

dapat di tangkap lebih maksimal.

2.5.5 Anti Islanding

Jika ada pertanyaan, “apa yang akan terjadi pada rumah dengan sistem daya listrik

surya yang terhubung jaringan listrik PLN jika terjadi pemadaman pada sumber

listrik PLN?” Mungkin kita akan berpikir bahwa kita tetap dapat membangkitkan

listrik pada solar home system sehingga beban kita pun tetap dapat disuplai oleh


23


sistem ini. Jawabannya “Salah”. Inverter grid tie akan memutuskan aliran daya ke

grid sehingga walaupun photovoltaic yang kita miliki menghasilkan listrik diluar

sana, GTI tetap akan memutus koneksi ke jaringan PLN. Kemampuan inverter

untuk mendeteksi serta memadamkan ketika terjadi gangguan pada sumber utama

ini disebut dengan “anti-islanding” Hal ini erat kaitannya dengan kemampuan

inverter untuk proteksi terhadap gangguan pada grid atau “reaction to power

outage” yang tadi telah disebutkan.

Anti islanding berfungsi sebagai tindak pengamanan terhadap para pekerja yang

mungkin sedang memperbaiki jaringan listrik pada sumber utama ketika terjadi

pemadaman atau gangguan. Jika inverter tetap terhubung dengan grid, maka

inverter akan mengalirkan listrik dari array PV ke bukan hanya rumah solar

tersebut namun jaringan listrik disekitar rumah itu dan hal itu sangat berbahaya.

Untuk menghindari hal yang tidak diinginkan ini Underwriters Laboratories’

Standard 1741 telah menerapkan aturan kelistrikan yang harus dimiliki grid tie

inverter. Untuk dapat menerima listing UL ini, sebuah inverter GTI harus

mempunyai sertifikasi non-islanding. Aturan mengenai anti-islanding untuk

inverter grid tie ini juga tgelah ditetapkan dalam IEEE 1547.

Alasan lain kenapa GTI akan terputus dengan grid adalah karena inverter grid tie

ini memang telah didesain untuk mensinkronisasi tegangan dan frekuensinya

dengan tegangan utilitas. Jika listrik padam maka tidak ada sumber tegangan

ataupun frekuensi yang dapat dijadikan acuan untuk disinkronisasi.

2.6 Backup System

2.6.1 Battery

Baterai jenis lead acid adalah jenis baterai yang sering digunakan

sebagai penyimpan energi listrik pada sistem PV. Kapasitas penyimpanan baterai

dilihat dari nilai Ampere hour (Ah) yang terdapat pada baterai dimana Ah = kuat

arus [Ampere] x waktu [hour]. Hal ini berbarti baterai dapat menyuplai sejumlah

isinya secara rata-rata sebelum tiap selnya menyentuh drop voltage-nya yaitu


24


sebesar 1,75 (tiap sel batereai memiliki tegangan sebesar 2 V; jika dipakai maka

tegangan akan terus turun dan kapasitas efektif dikatakan sudah terpakai

semuanya bila tegangan sel telah menyentuh 1,75 V seperti yang dapat dilihat

pada gambar karakteristik baterai dibawah). Misal, baterai 12 V 65 Ah. Baterai ini

bisa memberikan kuat arus sebesar 65 Ampere dalam satu jam atau daya rata-rata

sebesar 780 Watt walaupun secara praktis tidak tepat demikian. Namun pada

intinya semakin kecil arus yang dikeluarkan baterai untuk mensuplai beban maka

baterai mampu menyuplai dalam waktu yang lebih lama.

Gambar 2.16 Karakteristik tegangan pada sel baterai [1]

Satu hal yang perlu diperhatikan ketika menggunakan baterai ialah

baterai tidak dapat digunakan lebih dari 50% dari bila ingin baterai tersebut tahan

lama. Jadi DOD (Depth of Discharge) tidak boleh lebih dari 50% karena sangat

mempengaruhi “lifetime” baterai tersebut.

2.6.2 Regulator Baterai

Regulator baterai atau Charge Regulator atau yang biasa disebut juga

BCU (battery control unit), merupakan alat elektronik yang berfungsi untuk

mengatur lalu lintas arus listrik dari PV ke baterai dan kebeban. Arus listrik yang

masuk ke batereai dijaga agar proses pengisian baterai tidak sampai overcharging.


25


Jadi setelah kondisi baterai telah terisi penuh maka BCU akan memutus arus ke

baterai. Begitu pula sebaliknya jika baterai melakukan discharging atau

pengosongan, arus litrik dari baterai ke beban dijaga agar baterai tidak digunakan

lebih dari 20-30% dari kapasitasnya sehingga battery tidak kosong atau dikenal

juga dengan “deep-charging”. Hal ini untuk menjaga lifetime dari baterai tersebut.

Selain mengatur arus yang masuk BCU juga mencegah overvoltage yang berasal

dari modul photovoltaic.

Selain untuk tujuan diatas, maksud dari penggunaan charge controller untuk

mengisi baterai dari PV adalah karena jika PV dihubungkan langsgung ke baterai,

maka baterai akan menentukan tegangan kerja dari photovoltaic. Jika ini terjadi

maka tegangan maksimum atau Vmax dari photovoltaic tidak akan pernah tercapai

[10]

Gambar 2.17 Skematik regulator baterai [1]

Pada dasarnya prinsip kerja regulator baterai sederhana. Baterai mempunyai

tegangan nominal antara tegangan rendah (Vmin) dan tegangan tinggi (Vmax)

dimana itu merupakan batas tegangan untuk menjaga efisiensi baterai. Seperti

yang dapat dilihat pada gambar skematik diatas, relay 2 open jika baterai telah

mencapai tegangan baterai telah mencapai Vmin dan akan menutup jika baterai

telah diisi. Sedangkan jika tegangan baterai telah mencapai Vmax, regulator

baterai akan memutus hubungan PV ke baterai karena baterai telah penuh dan

akan terhubung lagi jika baterai telah didischarge. [1]. Table dibawah ini

merupakan contoh Vmax dan Vmin yang dimiliki baterai dengan tegangan nominal

12V.


26


Tabel 2.1 Hubungan tegangan baterai dan operasi relay pada BCU

Relay 1Baterai – panel PV

Relay 2Baterai - Load

CLOSEDModul PVterhubung

OPENModul PV terputus

OPENBeban Terputus

CLOSEDBeban terhubung

Vbat = 12.8 V Vmax =13.9 V Vmin = 11V Vbat = 12V


Sistem rumah solar merupakan sistem pembangkit listrik tenaga surya

yang berfungsi bukan untuk menggantikan peran dari sumber listrik utama atau

PLN melainkan hanya sebagai sumber daya listrik alternatif

karena kapasitas daya yang dibangkitkan tidak cukup besa

memenuhi seluruh kebutuhan daya listrik khusunya pada perumahan.

demikian, dengan sistem rumah solar yang terhubung dengan

konsumen bukan hanya dapat mengg

menghidupkan peralatan listrik rumah tangga, tetapi juga dapat menyalurkan

menjual daya listrik dari solar tersebut ke jaringan listrik PLN. Untuk lebih

jelasnya mengenai sistem

ini dapat dilihat dan dijelaskan pada blok diagram sistem.

3.1 Blok Diagram Sistem Rumah Solar Cerdas Terhubung Jaringan PLN

Blok diagram dari grid connected solar home system yang dirancang

pada tugas akhir ini dapat dilihat dari

Gambar 3.1 Blok Diagram

Pada blok diagram diatas dijelask

photovoltaic sebagai sumber listrik alternative yang memiliki tegangan


BAB 3

PERANCANGAN SISTEM



melainkan hanya sebagai sumber daya listrik alternatif. Hal ini disebabkan

karena kapasitas daya yang dibangkitkan tidak cukup besa

seluruh kebutuhan daya listrik khusunya pada perumahan.

demikian, dengan sistem rumah solar yang terhubung dengan jaringan listrik

bukan hanya dapat menggunakan listrik yang dihasilkan surya untuk

menghidupkan peralatan listrik rumah tangga, tetapi juga dapat menyalurkan

daya listrik dari solar tersebut ke jaringan listrik PLN. Untuk lebih

jelasnya mengenai sistem kerja rumah solar yang terhubung jaringan listrik PLN

ini dapat dilihat dan dijelaskan pada blok diagram sistem.

Sistem Rumah Solar Cerdas Terhubung Jaringan PLN


pada tugas akhir ini dapat dilihat dari gambar dibawah.

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Rumah Solar Cerdas Terhubung Jaringan PLN

blok diagram diatas dijelaskan alur sistem rumah solar mula

photovoltaic sebagai sumber listrik alternative yang memiliki tegangan




. Hal ini disebabkan

karena kapasitas daya yang dibangkitkan tidak cukup besar untuk dapat

seluruh kebutuhan daya listrik khusunya pada perumahan. Walaupun

jaringan listrik PLN,

unakan listrik yang dihasilkan surya untuk

menghidupkan peralatan listrik rumah tangga, tetapi juga dapat menyalurkan atau

daya listrik dari solar tersebut ke jaringan listrik PLN. Untuk lebih

ng jaringan listrik PLN

Sistem Rumah Solar Cerdas Terhubung Jaringan PLN


Cerdas Terhubung Jaringan PLN

an alur sistem rumah solar mulai dari

photovoltaic sebagai sumber listrik alternative yang memiliki tegangan nominal


28


13 VDC – 14 VDC lalu dengan menggunakan regulator baterai dan rangkaian

kontrol, listrik disimpan ke baterai atau digunakan oleh inverter untuk

mengubahnya menjadi sumber listrik 220 VAC. Listrik yang telah dikonvert

menjadi tegangan bolak balik tersebut dapat digunakan untuk menyuplai beban

peralatan rumah tangga ataupun untuk dialirkan ke jaringan listrik PLN.

Penjelasan lebih lengkap proses yang terdapat pada blok diagram diatas serta

deskripsi kerja sistem rangkaian kontrol akan dijelaskan lebih lanjut setelahnya.

3.1.1 Photovoltaic Modul

Pada perancangan sistem rumah solar ini menggunakan dua buah

modul photovoltaic merek Sharp ND-13OTIJ dengan daya maksimal masing

masing 130 Wp yang dipasang paralel dengan spesifikasi berikut ini.

Table 3.1 Nominal rating modul solar Sharp

Maximum Power (+10% - 5%) (Pmax) 130 W

Open Circuit Voltage (Voc) 22.0 V

Short Circuit Voltage (Isc) 8.09 A

Voltage at point of Maximum Power 17.4 V

Current at point of Maximum Power 7.48A

Maximum System Voltage 600 V

Over Current Protection 15 A

Seri 36 Sel

Material Poly Crystalline Silicon

3.1.2 Grid Tie Inverter

GTI inverter mempunyai peranan penting dalam sistem rumah solar ini

karena inverter ini tidak hanya berfungsi mengubah arus DC menjadi arus AC.

Dalam penginstalasiannya pun inverter ini sangat simple, serta tidak memerlukan

pengaturan parameter. Cukup hubungkan bagian input dengan tegangan DC yang

berasal dari PV atau baterai dan outputnya pada kotak kontak yang terdapat


29


dirumah. Inverter yang digunakan pada sistem ini mempunyai daya output sampai

1000W.

Gambar 3.2 Grid Tie Inverter

Selain mampu membangkitkan gelombang sinus murni untuk disinkronisasikan ke

tegangan PLN serta memaksimalkan daya output yang diambil dari PV dengan

fungsi MPPT-nya, jenis inverter ini juga memiliki beberapa fitur yang cukup

handal baik dalam proteksi maupun dalam menjaga kulitas daya outputnya.

Berikut ini beberapa fitur yang umumnya ada pada GTI.

Power Automatically Locked (APL)

Ketika fungsi MPPT telah mengatur daya output PV pada titik maksimum

power point maka inverter akan otomatis akan mengunci daya outputnya pada

daya maksimum tersebut sehingga daya yang dihasilkan akan tetap pada

kondisi maksimum dan lebih stabil.

Automatically Shut Down When The Power Output Of a Fault

Ketika listrik dari sumber PLN tiba-tiba padam maka inverter akan otomatis

akan langsung mematika daya outputnya.

Failure Protection

Inverter ini umumnya telah dilengkapi dengan pengamanan terhadap

gangguan seperti

o Low voltage protection, ketika input tegangan DC kurang dari 10.5 VDC.

o Overvoltage protection, ketika input tegangan DC inverter lebih besar dari

28VDC


30


o Over-temperature protection, ketika temperature diatas suhu kerja

inverter, biasanya diatas 75OC inverter akan otomatif off dan hidup

kembali setelah 2-10 menit untuk pendinginan.

o Current limit protection, inverter ini mengeluarkan arus, daya yang tetap

tanpa dapat menyebabkan tegangan lebih maupun arus lebih.

Stack Multiple Machines (in the parallel machine used)

Untuk mendapatkan daya output yang lebih besar inverter ini dapat dipasang

secara paralel bersama inverter GTI lain.

Berikut ini merupakan spesifikasi yang terdapa pada inverter GTI yang digunakan

dalam perancangan Sistem Rumah Solar Cerdas Terhubung Jaringan PLN ini

Table 3.2 Spesifikasi GTI [7]

Recommended Maximum PVPower

Ppv=1300Wp

DC Maximum Input Power PDC.max=1100WDC Maximum Voltage VpvDC28VDCPV MPPT DC Voltage Range Vpv 10.5V~28DCPeak Inverter Efficiency ηmax>94%Power Factor 0.93-0.99PV Maximum Input Current Ipv.max65AReverse Polarity Protection FuseAC Rating Output Power 950W ACAC Maximum Output Power 1000W ACAC Normal Voltage Range 80V-130;160~260VACAC Frequency 45-65HzInverter Output Current TotalHarmonic Distortion

THDIAC <5%

Phase shift <1%Island Effect Protection inverter shuts down during

black outOutput waveform Pure Sine WaveInverter Output ShortingProtection

Current Limiting

Standby Power Consumption <8WNighttime Power Consumption <1WAmbient Temperature Range -20 ℃~65℃Cooling Convection cooled with fanAmbient Humidity 0~100% (Indoor Type Design)


3.1.3 Baterai dan Regulator Baterai

Perangkat kimi yang berguna untuk menyimpan listrik ini digunakan

untuk menyimpan energi yang dihasilkan PV. Tanpa baterai, energi yang

dihasilkan PV hanya dapat digunakan pada siang hari.

merupakan jenis baterai yang paling banyak d

Selain itu ada juga

untuk digunakan pad

yang lebih besar.

(a)

Gambar 3.3

Namun dalam perancangan da

kami menggunakan baterai tipe

untuk regulator -nya sendiri pada perancangan ini menggunaka

10A. Regulator baterai

modul photocoltaic menuju baterai.

digunakan, BCU ini juga memiliki MPPT untuk mengambil daya maksimum yang

dihasilkan modul photovoltaic ketika mengisi baterai.

Table 3.

Rated Solar InputRated Load CurrentSystem VoltageNo Load CurrentCharging Circuit Voltage DropLoad Circuit Voltage DropOver Voltage Protection


Regulator Baterai



dihasilkan PV hanya dapat digunakan pada siang hari. Baterai sel kering/

merupakan jenis baterai yang paling banyak digunakan karena minim perawatan

Selain itu ada juga tipe deep cycle, merupakan jenis baterai yang paling baik

a sistem rumah solar karena memiliki kemampuan

(a) (b)

3 Baterai tipe lead acid (a), Baterai Control Unit

dalam perancangan dan pengujian dari sistem rumah solar ini

kami menggunakan baterai tipe lead-acid dengan kapasitas 65 Ah

nya sendiri pada perancangan ini menggunakan BCU 12/24 VDC

Regulator baterai atau BCU berfungsi untuk mengatur lalu lintas arus dari

modul photocoltaic menuju baterai. Seperti halnya inverter grid tie yang


photovoltaic ketika mengisi baterai.

Table 3.3 Spesifikasi BCU 12/24 10A [8]

10 A10 A12 V<6 mA

Charging Circuit Voltage Drop <0.26 VLoad Circuit Voltage Drop <0.15 VOver Voltage Protection 17 V

31




Baterai sel kering/ dry cell

igunakan karena minim perawatan.

yang paling baik

kemampuan discharge

Baterai Control Unit (b).

n pengujian dari sistem rumah solar ini

tas 65 Ah. Sedangkan

n BCU 12/24 VDC

atau BCU berfungsi untuk mengatur lalu lintas arus dari

Seperti halnya inverter grid tie yang



32


Work Temperature Industry stage: -35OC to +55O CDirect Charge Voltage 14.4 VFloat Charge Voltage 13.6 VCharge Return Voltage 13.2 V

Regulator baterai ini dapat bekerja pada sistem 12 maupun 24, artinya

BCU ini mampu mengisi sebuah baterai 12 VDC atau dua buah baterai yang

dihubung seri 24 VDC dengan arus output maksimal yang mampu dialirkan

kebeban (inverter) sebesar 10A. BCU ini memiliki mode operasi normal dan auto

load. Pada mode normal, tegangan di output load akan tetap bekerja meskipun

disaat yang sama modul photovoltaic sedang melakukan pengisian pada baterai.

Sedangkan pada mode autoload ketika photovoltaic sedang melakukan charging

pada baterai maka output pada load tidak akan bekerja, setelah PV sudah tidak

menghasilkan listrik lagi, atau tegangan PV 0Vdc, barulah output load akan

bekerja.

3.1.4 Power Meter

Power meter disini digunakan sebagai untuk mengukur arus, tegangan,

daya serta karakteristik daya lain yang dihasilkan photovoltaic dan dari PLN

sehingga jalur eksport-import listrik pun dapat dipantau melalui alat ini. Melalui

alat ini pula semua pengukuran tersebut dapat di ambil dan ditampilkan di PC,

laptop, PDA maupun perangkat smart phone lain yang mempunyai browser

Internet Explorer melalui sistem SCADA.

Gambar 3.5 Power meter

Selain fungsi yang tadi telah disebutkan alat ini juga mampu mengukur

day aktif, daya reaktif, daya nyata, power factor, frekuensi, harmonic, dan

berbagai kelebihan maupun fitur lainnya.


33


3.2 Rangkaian Kontrol

Rangkaian kontrol merupakan rangkaian saklar-sakalar eketromekanis

yang terdiri dari sebuah relay dan dua buah kontaktor, yakni kontaktor K1M,

kontaktor K2M, dan kontaktor K3M. Saklar - saklar ini berfungsi untuk mengatur

mode kerja apakah yang akan digunakan pada sistem rumah solar ini. Berikut ini

gambar rangkaian kontrol yang mengatur kerja buka-tutup saklar-saklar yang

terdapat pada rangkaian daya.

Gambar 3.5 Diagram daya sistem rumah cerdas


34


(b)

Gambar 3.6 Diagram kontrol sistem rumah cerdas

Keterangan:

K1M : Koil kontaktor 1



K1 : Kontak K1M

K2 : Kontak K2M

K3 : Kontak K3M

TCS : Timer clock switch KT : Kontak TCS

MCB : Pengaman hubung singkat

K1A : Kontak relay K1


35


Seperti yang terlihat pada rangkaian kontrol, bahwa kerja dari kontak

K2 dan K3 bergantian karena masing – masing dari coil mereka dihubungkan

dengan kontak changeover milik TCS, KT. Kontaktor K1M yang diaktifkan oleh

kontak digital output dari power meter sendiri berfungsi untuk mematikan K2M

dan K3M. Hal ini berarti jika K1M On, maka K2M dan K3M Off, begitu pula

sebaliknya. Oleh karena itu kontak bantu yang dimilki kontaktor 1 harus memiliki

kontak bantu NC (Normally Close) agar kerja K1M dapat berganti-gantian dengan

K2M dan K3M. Tujuan dari kerja kontaktor – kontaktor tersebut dibuat demikian

adalah untuk mengatur mode kerja pada sistem rumah solar cerdas ini.

3.3 Deskripsi Kerja Sistem

Agar penggunaan listrik yang dihasilkan modul photocoltaic lebih

efektif, baik digunakan untuk menyuplai beban peralatan listrik rumah tangga,

menjual ke PLN dan menyimpannya di baterai maka pada perancangan simulasi

sistem rumah solar terhubung jaringan listrik PLN ini dibagi menjadi dua mode

kerja, yaitu: mode kerja PV grid connected dan mode kerja battery backup.

Tujuan perancangan sistem ini menggunakan 2 mode tersebut adalah

agar sistem dapat melakukan pengaturan suplai dari PV ke beban, PV ke baterai,

dan PLN ke beban dengan pertimbangan pada harga PLN dan konsumsi beban

yang fluktuatif. Berdasarkan dua hal tersebut maka mode sistem ini dapat tanggap

terhadap dua kondisi yang dituang pada table dibawah.

Tabel 3. Konfigurasi Pengaturan PV, Beban, dan Baterai

Kondisi Waktu Harga PLNKondisiBeban

Mode Keterangan

Kondisi I Pagi Tinggi TinggiPV GridConnected

Beban disuplaioleh PV, jika dayadari PV kurangmaka akan diambildari PLN.


36


Tinggi RendahPV GridConnected

Karena bebanyang digunakanrendah dan hargaPLN tinggi makalistrik dariPVdijual ke PLNdengan hargatinggi.

Malam - -PV GridConnected

Beban full disuplaiPLN

Kondisi II

Pagi

Rendah TinggiPV GridConnected

Beban disuplaioleh PV, jika dayadari PV kurangmaka akan diambildari PLN.

Rendah RendahBatteryBackup

Karena bebanyang digunakanrendah dan hargaPLN relativerendah/flat makalistrik dari PVdigunakan untukmengisi battery

Malam - -BatteryBackup

Jika pada siangharinya listik dariPV telahdigunakan untukmengisi bateraimaka saat malambaterai berfungsiuntuk menyuplaibeban sehinggapemakaian listrikPLN dikurangi.

3.3.1 Mode Kerja PV Grid Connected

Pada mode kerja PV grid connected ini listrik yang dihasilkan

photovoltaic saat pagi hari langsung diubah menjadi tegangan 220 VAC

sinusoidal yang sudah tersinkronisasi dengan tegangan sumber dari PLN.

Sehingga listrik dari PV tersebut dapat langsung digunakan untuk menyuplai

beban. Jika tidak ada beban yang dipakai pada sistem rumah solar ini atau daya

yang dikonsumsi beban lebih rendah daripada listrik yang dihasilkan modul

photovoltaic maka listrik lebih yang tidak digunakan tersebut akan di eksport ke


37


L1

N

TCS K2M K3M

KT

K1M

K1

K1A

Pagi Malam

jaringan listrik PLN atau dalam hal ini rumah solar menjual/mengekspor listrik ke

PLN.

Agar listrik yang dihasilkan photovoltaic tersebut dapat digunakan

untuk menyuplai beban listrik dirumah atau dijual ke PLN maka rakngkaian

rangkaian kontrol harus diaktifkan ke Mode PV grid connected. Sehingga

rangkaian kontrol dan rangkaian dayanya menjadi seperti gambar 3.7.

Gambar 3.7 Diagram daya dan kontrol mode PV grid connected

Dengan mengaktifkan relay K1M menggunakan kontak relay K1A,

maka kontak K1 normally open (NO) akan close dan normally close (NC) akan

open. Sehingga pada diagram dayanya terlihat listrik yang dihasilkan photovoltaic

langsung di alirkan ke inverter untuk dipakai beban/diekspor ke PLN dan tidak

untuk mengisi baterai karena kontak K2 open.

3.3.2 Mode Kerja Battery Backup

Listrik yang dihasilkan photovoltaic pada pagi hari sepenuhnya akan

digunakan untuk mengisi baterai sampai penuh sehingga ketika malam, baterai

digunakan untuk mengurangi penggunaan listrik dari sumber utama PLN. Saat

pagi (5:00 – 19:00), kontaktor K2M On, sehingga kontak K2 close, K1 open dan

arus dari PV akan menuju BCU untuk mengisi baterai (Gambar 3.8). Timer clock

switch (TCS) diset pada pukul 19:00 sampai 05:00 agar pada pukul tersebut

kontak TCS yakni KT akan berpindah untuk menghidupkan K3M (Gambar 3.9).


38


L1

N

TCS K2M K3M

KT

K1M

K1

K1A

Pagi Malam

L1

N

TCS K2M K3M

KT

K1M

K1

K1A

Pagi Malam

Gambar 3.8 Diagram daya dan kontrol pada Mode Baterai Backup saat pagi.

Gambar 3.9 Diagram daya dan kontrol pada Mode Baterai Backup saat malam

Table 3.3 Tabel logika kerja kontak relay dan kontaktor pada tiap mode kerja

Mode Kerja Waktu K1M K2M K3M K1 K2 K3 Keterangan

Mode PV GridConnected

Pagi On Off Off Close Open Open PV digunakanuntukmenyupalibeban/dieksporke PLN.

Malam On Off Off Close Open Open

Mode BateraiBackup

Pagi Off On On Open Close Open PV digunakanuntuk mengisibaterai aki saatpagi. Saatmalam bateraimembantumenyupalibeban

Malam Off Off On Open Open Close


39


Gambar 3.10 Diagram alir sistem rumah solar terhubung PLN bagian 1


40


Gambar 3.11 Diagram alur sistem rumah solar terhubung PLN bagian 2


41


3.4 Alat Simulasi Sistem Rumah Solar Cerdas Terhubung Jaringan PLN

Rancang bangun dari tugas akhir ini yang juga telah dijelaskan dari awal bab 3 ini

selanjutnya direalisasikan di atas sebuah papan tulis white board yang berfungsi

sebagai alat peraga, gambar sistem kerja secara keseluruhan serta penempatan

seluruh komponen mulai dari inverter grid tie, BCU, Power Meter, sampai pada

kontaktor – kontaktor dan MCB seluruhnya diletakkan diatas papan ini seperti

yang dapat dilihat pada gambar dibawah.

GTI

PV

INTERNET

Busbar Load 220V AC

Utility Grid

MainPower Meter

Main MCB

Baterei

LoadPower Meter

MC

BTe

rmin

alB

lok

Grid

Tie

Inve

rter

1000

W

TCS

Kont

akto

r

Load

ChargeController

K1M

K2M K3M

Gambar 3.12 Tampilan Alat Simulasi Sistem Rumah Solar Cesrdas Terhubung

Jaringan PLN



BAB 4

PENGUJIAN DAN ANALISA DATA/EVALUASI

4.1 Pengukuran Sistem Photovoltaic Grid-Connected

4.1.1 Detail Pengujian Sistem Photovoltaic Grid-Connected

Dalam pengujian ini PV langsung dihubungkan dengan inverter grid

tie sehingga daya yang dihasilkan PV langsung dialirkan ke jaringan listrik PLN.

Pengukuran sistem ini bertujuan untuk mengetahui karkteristik output dari sistem

PV grid connected. Rangkaian pengukurannya sendiri dapat dilihat pada gambar

4.1. Pengukuran ini dilakukan saat pagi hari mulai dari pukul 06:00 sampai

dengan sore hari 18:00 dengan lokasi di lantai 2 Gedung Engineering Center,

Universitas Indonesia, Depok dengan kondisi cuaca cerah saat pagi dan agak

berawan saat siang. Rangkaian dilakukan seperti pada gambar tanpa memberi

beban untuk mengetahui seberapa besar daya yang mampu dihasilkan PV-inverter

untuk menyuplai ke grid. Dalam pengujian ini seluruh daya yang dihasilkan PV

disuplai ke grid dalam arti dieksport atau dikirim ke PLN

Gambar 4.1 Rangkaian pengujian sistem PV Grid-Connected


Gambar 4.2 Pengujian PV

4.1.2 Hasil Pengujian

Pengukuran dilakukan dengan melakukan

sekali dari jam 6 pagi sampai jam 6 sore.

PV grid-connected ini dapat dilihat pada

Tegangan PV yang dihubungkan dengan inv

nominal inverter 11.05

Gambar 4.3 Grafik


Pengujian PV grid connected menggunakan 2 modul

inverter grid tie 1000W

Pengujian Sistem Photovoltaic Grid-Connected

Pengukuran dilakukan dengan melakukan sampling

sekali dari jam 6 pagi sampai jam 6 sore. Hasil pengukuran karakteristik sistem

connected ini dapat dilihat pada gambar grafik 4.3 dan 4.4 dibawah

dihubungkan dengan inverter GTI berubah menjadi tegangan

.05 - 11.51 Vdc.

Grafik arus dan tegangan yang dihasilkan PV terhadap waktu

43


modul PV 130W dan

sampling tiap 10 menit

Hasil pengukuran karakteristik sistem

gambar grafik 4.3 dan 4.4 dibawah.

menjadi tegangan

arus dan tegangan yang dihasilkan PV terhadap waktu


44


Gambar 4.4 Grafik arus dan tegangan output inverter grid tie terhadap waktu

Intensitas cahaya matahari menghasilkan iradiasi yang diterima PV berubah-ubah

setiap waktu. Diama pada saat pagi dan sore hari rendah dan tinggi pada siang

harinya. Hal ini berdampak pada arus yang dihasilkan PV seperti yang terlihat

pada pukul 11:00 sampai pukul 11:20 dimana kondisinya cukup berawan,

akibatnya arus yang dihasilkan PV juga turun. Tegangan yang diterima inverter

dari PV pun berubah dimana ketika iradiasi turun tegangan PV akan naik.

Berdasarkan pengukuran selama 6jam pada output PV arus rata – rata yang

dihasilkan PV adalah sebesar 6.466 ampere dan 0.3819 pada output inverter. Arus

maksimal dihasilkan PV pada sekitar pukul 12:50, yakni sebesar 15,3A dan arus

output yang dihasilkan inverter sebesar 0.85A. Nilai arus yang dihasilkan PV

tersebut merupakan arus maksimal yang dapat dihasilkan modul PV tersebut

bahkan lebih besar dari Imax PV yang tertera pada nameplat PV (Imax tiap modul

PV yang digunakan = 7.48, I paralel kedua modul = 14.96A).

Dari kedua grafik diatas, dapat dilihat bahwa arus output inverter pada sisi AC

cukup merepresenstasikan atau mengikuti arus yang dihasilkan PV pada sisi DC

sehingga dari hal ini dapat kita simpulkan bahwa iradiasi yang diterima PV sangat

berpengaruh terhadap arus yang dihasilkan PV dan arus output inverter untuk

dialirkan ke grid PLN.


45


4.2 Pengukuran Sistem Baterai Backup

4.2.1 Detail Pengujian Sistem Baterai Backup

Pengujian yang berikutnya adalah pengukura pada sistem backup

baterai. Pada pengukuran ini listrik yang dihasilkan PV modul digunakan untuk

mengisi baterai. Diaman lama pengisian baterai sangat bergantung pada iradiasi

yang diterima PV untuk menghasilkan arus pengisian baterai. Baterai yang

digunakan sendiri berkapasitas 65 Ah dimana sebelumnya kondisi baterai telah

dibuat overlow (artinya kondisi baterai sekitar 20-30%, tidak benar benar kosong)

menggunakan BCU 10A sebagai pengatur arus charging baterai. Seperti pada

pengukuran sebelumnya, pengukuran pada sistem ini pun dilakukan pada jam dan

tempat yang sama. Berikut ini adalah gambar setup pengukuran.

Gambar 4.5 Rangkaian pengujian baterai backup

4.2.2 Hasil Pengujian Sistem Baterai Backup

Pada pengujian sistem PV charging baterai ini kondisi cuaca dari pukul

6:00 sampai pukul 09:00 relatif berawan sehingga arus yang dihasilkan PV tidak

sebesar ketika percobaan PV grid connected. Pengukuran dilakukan dengan

menyampling tiap 10 menit. Dari hasil pengukuran (terdapat dilampiran) yang


dimulai pada pukul 06:00 sampai 10:40,

mengisi baterai adalah

BCU terlihat selalu sedikit diatas tegangan nominal baterai sesuai dengan

karaktertik tegangan kerja PV, sampai saat dimana kondisi baterai mulai penuh,

tegangan PV semakin jauh lebih besar dari tegangan baterai

Gambar 4.6 Arus yang dihasilkan dari pengujian saat PV mengisi baterai

Gambar 4.7 Tegangan


dimulai pada pukul 06:00 sampai 10:40, arus rata-rata yang dihasilka

adalah sebesar 3.270A. Tegangan PV yang terhubung dengan

at selalu sedikit diatas tegangan nominal baterai sesuai dengan


n jauh lebih besar dari tegangan baterai (Gambar 4.6)

Arus yang dihasilkan dari pengujian saat PV mengisi baterai

Tegangan pada baterai dan PV saat pengisian baterai oleh

46


rata yang dihasilkan PV untuk

Tegangan PV yang terhubung dengan

at selalu sedikit diatas tegangan nominal baterai sesuai dengan


(Gambar 4.6).

Arus yang dihasilkan dari pengujian saat PV mengisi baterai

saat pengisian baterai oleh PV


47


Dari gambar 4.6 diatas dapat dilihat ketika pukul 9:40 arus yang

diterima dari PV mulai menurun padahal ketika melakukan pengukuran, radiasi

diterima PV cukup besar (umumnya arus yang diterima bisa diatas 9A). Ini

disebabkan karena kondisi baterai mulai penuh sehingga BCU bertugas untuk

mengurangi arus untuk mengisi baterai. Hal ini dapat diketahui dari lampu

indicator BCU yang menyatakan kondisi full dari baterai. Namun karena penulis

penasaran mengapa BCU tidak memutuskan arus ke baterai, maka pengisian

diteruskan sampai pukul 10:40. Akhirnya diputuskan untuk menghentikan

pengisian karena tegangan pada terminal baterai telah mencapai sampai 14.16 V

yang dikhawatirkan baterai akan mengalami overcharge sehingga dapat

mengurangi lifetime baterai jika charging masih diteruskan. Dari hasil pengujian

ini dapat diketahui bahwa untuk mengisi baterai berkapasitas 65Ah dapat penuh

dengan arus rata-rata dari PV sebesar 3.27A dengan lama charging 4 jam 10

menit.

4.3 Pengujian Eksport Import Daya Listrik

4.3.1 Detail Pengujian Eksport Import Daya Listrik

Pada pengujian ini menggunakan baterai sebagai sumber DC, bukan

PV karena daya yang dihasilkan baterai relatif stabil dibandingkan yang

dihasilkan PV yang berfluktuatif bergantung pada radiasi yang diterima. Selain itu

pengujian ini juga menggunakan lampu pijar berdaya 60 Watt dan lampu hemat

energi FL 8 Watt sebagai beban pada sistem ini. Pada sisi tegangan output AC,

pengukuran dilakukan dengan menggunakan alat ukur berupa data logger Hioki

9625 Power Measurement. Alat ukur ini sangat handal karena dapat membaca

beberapa parameter penting mulai dari tegangan, arus, daya aktif, daya reaktif,

daya buta, faktor daya, dan juga pengukuran menggunakan sistem satu phasa

maupun tiga phasa serta masih banyak lagi parameter yang mampu dibaca oleh

alat ini. Pada pengujian ini juga menggunakan BCU untuk mengatur arus dari

baterai ke inverter agar kondisi baterai tidak sampai undercharge.


48


Gambar 4.8 Rangkaian pengujian eksport import daya listrik

Rangkaian pengukuran dan pengujian diset seperti gambar 4.9. Alat ukur data

logger di atur pada sistem 3 phasa 4 wire agar tegangan dan arus pada sisi output

inverter, sisi beban dan sisi tegangan PLN dapat terukur demi menguji pengiriman

daya (eksport power) dan pemakaian daya (import power). Pengambilan data oleh

data logger dilakukan tiap satu menit. Sedangkan pada sisi DC, pengukuran

dilakukan tiap 5 menit dengan menggunakan voltmeter dan ampere meter untuk

mengukur daya input inverter.

4.3.2 Hasil Pengujian Eksport Import Daya Listrik

Pada percobaan pertama, inverter dalam kondisi off sehingga daya yang

dihasilkan nol. Kemudian inverter dihidupkan untuk melihat daya yang dihasilkan

untuk dialirkan ke grid PLN. Setelah itu sistem diberi beban lampu pijar dengan

daya 60W sebanyak 4 buah yang dipasang paralel satu persatu. Pengukuran pada

pengujian ini dapat dilihat pada table dibawah.

Tabel 4.1 Hasil pengujian dengan menggunakan beban lampu pijar 60W

Waktu JumlahBebanLampu

P1 (W)Daya outputinverter

P2 (W)Daya dariPLN

P3 (W)Daya Beban

Keterangan

20:06 0 97.5 97.6 0 EksportPower

20:08 1 99.8 42.4 57.8 EksportPower


49


20:09 2 99.4 -16.0 116.0 ImportPower

20:10 3 99.3 -71.9 172 ImportPower

20:11 4 99.5 -127.6 228.1 ImportPower

Pengujian selanjutnya dilakukan dengan menggunakan beban yang berdaya kecil

yakni lampu hemat energi FL 8 W sebanyak 31 buah yang juga dipasang paralel

secara bertahap. Hasil pengukurannya dapat dilihat pada table dibawah.

Tabel 4.2 Hasil pengujian dengan menggunakan beban lampu fluorescent 8W

Waktu JumlahBebanLampu


P2 (W)Daya dariPLN

P3 (W)Daya Beban

Keterangan

20:13 0 95.8 95.8 0 EksportPower

20:14 2 96.0 80.3 15.9 EksportPower

20:15 4 96.1 64.6 31.8 EksportPower

20:16 6 96.1 48.8 47.7 EksportPower

20:17 8 96.0 34.2 62.3 EksportPower

20:18 10 95.4 18.2 77.8 EksportPower

20:19 12 100.1 8.4 92.5 EksportPower

20:20 14 91.0 -15.3 107.1 ImportPower

20:21 16 96.7 -24.5 122.1 ImportPower

20:22 18 92.3 -43 136.3 ImportPower

20:23 20 93.1 -57.3 151.4 ImportPower

20:24 22 96.8 -67.7 165.6 ImportPower

20:25 24 95.5 -90.9 187.8 ImportPower

20:27 26 94.9 -112.3 208.6 ImportPower

20:28 28 93.8 -127.7 223 ImportPower

20:28 31 93.8 -134.5 229.9 ImportPower


Gambar 4.9 Hasil pengukuran dan pengujian menggunakan beban lampu pijar

Gambar 4.10 Hasil

Dari table dan gambar grafik hasil pengukuran ketika diberikan beban lampu pijar

maupun lampu FL dapat terlihat bahwa

output inverter dan daya yang menuju PLN bernilai hampir sama yakni (97.5 W

dan 97.6 W – pada beban lampu pijar)

alirkan ke grid PLN.


pengukuran dan pengujian menggunakan beban lampu pijar

Hasil pengukuran pada pengujian menggunakan beban lampu

mbar grafik hasil pengukuran ketika diberikan beban lampu pijar

maupun lampu FL dapat terlihat bahwa pada saat sebelum diberikan beban, daya


pada beban lampu pijar) karena daya yang dihasilkan seluruhnya di

50


pengukuran dan pengujian menggunakan beban lampu pijar

pengukuran pada pengujian menggunakan beban lampu FL

mbar grafik hasil pengukuran ketika diberikan beban lampu pijar

pada saat sebelum diberikan beban, daya


karena daya yang dihasilkan seluruhnya di


51


Gambar 4.11 Aliran daya saat pengujian tanpa beban

Gambar 4.12 Aliran Daya saat pengujian diberi beban dengan daya < daya ouput

inverter (P1>P3)

Gambar 4.13 Aliran daya saat pengujian diberi beban dengan daya > daya ouput

inverter (P1<P3)

P2P1

d


52


Saat dibebani satu buah lampu pijar, daya yang dialirkan menuju PLN berkurang

sebesar daya yang digunakan pada lampu pijar tersebut, 57.8 W. Hal ini

menunjukkan daya output inverter digunakan untuk menghidupkan lampu dan

sisanya dieksport ke PLN sebesar 42.4 W. Saat dibebani dua lampu pijar, dimana

total daya pada beban ini adalah 116W lebih besar dari daya output inverter

99.4W, maka kekurangan tersebut disuplai dari PLN sebesar -16W. P2 disini

bernilai negatif (-) disebabkan aliran arus yang berlawanan dengan arah

pengukuran tang amper pada alat ukur data logger, sehingga menunjukan bahwa

aliran daya adalah dari PLN menuju ke beban. Dalam hal ini terjadi pemakaian

daya PLN (import power). Hal yang sama terjadi saat dibebani oleh tiga dan

empat buah lampu pijar. Semakin besar daya pada beban, maka akan semakin

besar daya yang diambil dari PLN sedangkan daya output inverter relatif tetap

bergantung dari daya input inverter dari baterai.

Hal ini menunjukkan bahwa listrik yang dihasilkan baterai dan diubah ke

tegangan 220V untuk dialirkan ke grid oleh inverter GTI terbukti mampu untuk di

kirim ke jaringan PLN (di eksport) serta membantu mengurangi penggunaan

energi listrik dari PLN ketika diberi beban.

Dari segi efisiensi inverter, nilai efisiensi yang dihasilkan dapat ditentukan dari

daya input yang diterima inverter dan daya output yang dihasilkan:

=

Dari table hasil pengukuran didapat Pin rata-rata sebesar 111.307 W sedangkan

Pout yang dihasilkan sebesar 87.507 W maka efisiensinya sebesar 78.56%. Hal ini

dapat dipengaruhi karena daya input yang diterima masih terbilang kecil (masih

sekitar 1/10 dari daya input yang dapat diterima inverter), karena pada umumnya

karakteristik inverter ketika diberi daya input mendekati daya nominalnya maka

efisiensinya pun akan semakin tinggi. Selain itu faktor daya yang dihasilkan

inverter juga sangat kecil, berdasarkan pengukuran didapat rata-rata hanya 0.61


Gambar 4.14

Pada sisi baterai yaitu

baterai karena menga

baterai drop karena BCU mematikan tegangan pada b

disebabkan BCU menganggap kondisi baterai telah mencapai overlow (sekitar 30

50% kapasitas baterai).

4.4 Pengujian Alat Simulasi

Listrik PLN

4.4.1 Detail Pengujian

Pada pengujian ini

cerdas yang terhubung jaringan listrik PLN

BCU, rangkaian kontrol

berupa papan panel seperti yang telah dirancang pada bab sebelumnya. Pengujian

ini bertujuan untuk melihat untuk kerja

pengukuran pada pengujian eksport import power yang menggunakan alat ukur

data logger dengan yang menggunakan power meter sehingga pengujian tetap

menggunakan beban lampu pijar 4 buah yang diparalel satu persatu, dan baterai

sebagai sumber DC.


4 Arus dan tegangan discharge baterai terhadap waktu

sisi baterai yaitu gambar 4.14 juga terlihat proses penurunan tegangan dari

baterai karena mengalami discharging. Pada pukul 21:18 arus yang disuplai

na BCU mematikan tegangan pada bagian load.

disebabkan BCU menganggap kondisi baterai telah mencapai overlow (sekitar 30

50% kapasitas baterai).

Alat Simulasi Sistem Rumah Cerdas Terhubung Jaringan

Detail Pengujian

Pada pengujian ini seluruh komponen pendukung dalam sistem rumah solar

cerdas yang terhubung jaringan listrik PLN –mulai dari instalasi inverter GTI,

BCU, rangkaian kontrol, power meter- telah terinstalasi dan terpasang pada plant

seperti yang telah dirancang pada bab sebelumnya. Pengujian

ini bertujuan untuk melihat untuk kerja alat simulasi serta membandingkan hasil


dengan yang menggunakan power meter sehingga pengujian tetap


53


angan discharge baterai terhadap waktu

juga terlihat proses penurunan tegangan dari

arus yang disuplai

agian load. Hal ini

disebabkan BCU menganggap kondisi baterai telah mencapai overlow (sekitar 30-

Sistem Rumah Cerdas Terhubung Jaringan

istem rumah solar

mulai dari instalasi inverter GTI,

telah terinstalasi dan terpasang pada plant

seperti yang telah dirancang pada bab sebelumnya. Pengujian

serta membandingkan hasil


dengan yang menggunakan power meter sehingga pengujian tetap



54


Gambar 4.15 Pengujian eksport import daya listrik pada alat simulasi

4.4.2 Hasil Pengujian

Berdasarkan table hasil pengujian yang dilakukan pada papan panel plant dimana

seluruh komponen telah diletakan diatas papan tersebut, dapat dilihat bahwa

karakteristik ketika diberi beban maupun berbeban mirip dengan pengujian

dengan menggunakan alat ukur data logger, ini berarti sistem solar rumah solar

cerdas dapat bekerja dengan baik dan sesuai dengan deskripsi kerja yang telah

dibuat sebelumnya

Tabel 4.3 Hasil pengujian eksport import pada panel board

JumlahBebanLampu


P2 (W)Daya dariPLN

P3 (W)Daya Beban

Keterangan

0 79.75 71.16 0.00 EksportPower

1 79.86 35.03 32.39 EksportPower

2 78.8 0.00 67.76 Tidak adadaya yangdieksportmaupundiimport


55


3 79.34 -41.49 102.9 ImportPower

4 85.82 -74.80 138.6 ImportPower

Hanya saja dalam pengukuran dapat terlihat bahwa baik nilai P1, P2, maupun P3

yang ditampilkan power meter berbeda dengan hasil pengukuran yang

menggunakan alat ukur data logger. Misalnya nilai P1 yang terukur pada power

meter dan alat ukur data logger memiliki selisih error rata-rata sebesar 18.8%.

Persentase error tersebut dapat disebabkan oleh penggunaan CT (current

transformer) yang digunakan power meter memiliki rasio yang cukup besar yaitu

30/5A. CT disini berfungsi layaknya tang ampere pada alat ukur data logger.

Karena CT tersebut memiliki spesifikasi tertentu dimana dapat mengukur secara

presisi apabila digunakkan untuk pengukuran konduktor dengan penampang

20mm (berdasarkan datasheet produk CT yang digunakan), sedangkan dalam

instalasi plant ini, kabel yang digunakan hanya berpenampang 1.5mm.

Selain itu hal dalam pengujian dengan menggunakan plant ini terdapat daya loss

atau daya yang diserap oleh rangkaian kontrol untuk menggerakkan berbagai

macam komponen seperti kontaktor, relay dan timer yang memakan daya 12.6W,

sehingga seluruh daya yang dihasilkan baterai atau PV bukan hanya digunakan

untuk dikirim ke PLN dan menyuplai beban saja, namun juga untuk

menggerakkan rangkaian kontrol yang terdapat dalam sistem rumah solar ini.



BAB 5

KESIMPULAN

Dari hasil pengujian serta pengukuran pada sistem rumah solar cerdas

terhubung PLN dapat disimpulkan beberapa poin sebagai berikut:

1. Iradiasi yang diterima PV sangat berpengaruh terhadap arus yang dihasilkan

PV dan arus output inverter untuk dkirim ke jaringan listrik PLN.

2. Pada pengujian eksport import power, ketika tidak diberikan beban, seluruh

daya dari inverter di alirkan ke jaringan listrik PLN. Ketika diberikan beban

dengan daya yang lebih kecil dari daya output inverter, inverter menyuplai

beban dan daya sisanya dikirim ke PLN. Namun saat daya pada beban lebih

besar dari daya output inverter, kekurangan daya tersebut akan disuplai oleh

sumber utama PLN.

3. Efisiensi rata-rata daya yang dihasilkan inverter grid tie yang digunakan saat

pengujian masih relatif kecil yaitu 78.56% dengan daya input rata-rata yang

diberikan 113.307 W. Hal ini disebabkan faktor dayanya juga rendah yakni

rata-rata sebesar 0.61.

4. Persentase nilai error atau selisih yang terjadi pada power meter yang telah

terpasang pada papan panel plant dibandingkan alat ukur data logger,

disebabkan trafo arus yang digunakan pada power meter memiliki rasio yang

cukup tinggi, yakni 30/5 A sehingga nilai pengukurannya menjadi kecil.



DAFTAR ACUAN

[1] Castafier L., Silvestre S., “Modelling Photovoltaic Systems using PSpice”,

Universidad Politecnica de Cataluiia, Barcelona, Spain.

[2] ST Aplication Note, “Steval-ISV002V1 3kW Grid-Connected PV system,

Based On the STM32x

[3] Xiaoming Y., Yingqi Z., “Status and Opportunities of Photovoltaic Inverters

in Grid-Tied and Micro-Grid Systems”, GE Global Research, Shanghai

[4] Masri S., Tan Kheng K wang., “Single Phase Grid Tie Inverter for

Photovoltaic Application”.

[5] Planning & Installing PV system

http://www.earthscan.co.uk

[6] Grid Tie Inverter

http://en.wikipedia.org/wiki/Grid_tie_inverter

[7] Data Sheet Yitai YTP-1000

http://powerelek.com/3-grid-tie-power-inverters/ytp-1000

[9] http://www.smarthouse-smartgrid.eu/

[10] http://www.solarenergyformyhome.com

[11] Hamid, M. I., Anwari M., “Single-Phase Photovoltaic-Inverter Operation

Characteristic in Distributed Generation System”



LAMPIRAN



LAMPIRAN

Pengukuran PV Grid Connected

Pukul Idc [A] Vdc PV [V] Iac [A] Vac [V]

6:00 0.01 17.9 221.5

6:10 0.09 18.3 0 220.01

6:20 0.3 17.45 0.005 219.4

6:30 0.5 17.21 0.015 220

6:40 0.5 16.98 0.02 219.8

6:50 0.9 16.34 0.05 219.3

7:00 2.5 15.84 0.16 219.5

7:10 3.9 15.12 0.24 219.3

7:20 4.32 14.5 0.25 218.9

7:30 4.98 14.3 0.29 219

7:40 5.45 14.8 0.36 219

7:50 5.9 13.7 0.38 218.9

8:00 6.5 12.91 0.39 218.5

8:10 6.9 11.83 0.4 218

8:20 7.16 11.7 0.41 218.2

8:30 7.6 11.51 0.43 217.8

8:40 8.14 11.6 0.46 217

8:50 7.43 11.8 0.43 217.1

9:00 7.65 11.5 0.44 217

9:10 8.3 11.5 0.49 218.5

9:20 9.3 11.7 0.53 216.9

9:30 7.3 15.6 0.59 215.3

9:40 10.58 11.25 0.6 215.7

9:50 6.82 15.83 0.56 216

10:00 9.1 11.3 0.6 216

10:10 12.28 10.95 0.69 215.6

10:20 12.43 11.34 0.69 215.8

10:30 13.48 11.12 0.75 216.8

10:40 13.95 11.05 0.77 215.7

10:50 14.57 11.25 0.78 216.7

11:00 5.68 15.9 0.5 215.8

11:10 7.25 15.86 0.61 224.3

11:20 6.24 15.95 0.54 223

11:30 13.15 11.64 0.6 223

11:40 14.26 11.28 0.79 223

11:50 3.8 12.1 0.25 223.2

12:00 13.8 11.6 0.76 221

12:10 14.3 11.4 0.78 220

12:20 13.2 11.3 0.72 219.5

12:30 14.01 11.43 0.78 218



12:40 14.6 11.43 0.8 216

12:50 15.3 11.34 0.85 215.5

13:00 14.5 11.3 0.8 213.5

13:10 13.63 11.25 0.76 213.8

13:20 14.12 11.18 0.78 214

13:30 14.2 11.15 0.79 214.5

13:40 11.8 11.42 0.5 215

13:50 0.2 18.34 0.002 215

14:00 0.1 18.56 0.001 211

14:10 10.43 11.43 0.62 211.7

14:20 12.23 11.24 0.67 211.7

14:30 10.7 11.7 0.6 211.8

14:40 10.38 11.78 0.57 212.2

14:50 12.2 11.67 0.66 212.7

15:00 6.27 15.76 0.57 212.1

15:10 4.9 14.47 0.4 211.4

15:20 0.12 19.02 0.002 210.3

15:30 0.16 18.5 0.001 210.9

15:40 0.18 9.78 0.002 210.9

15:50 0.18 18.6 0.002 211

16:00 0.18 18.6 0.002 210.5

16:10 0.18 18.6 0.001 220.01

16:20 0.2 17.4 0.002 220.45

16:30 0.2 17.4 0.002 219

16:40 0.18 14.6 0 221

16:50 0.18 14.6 0 220.4

17:00 0.09 14.6 0 220

17:10 0.08 17.4 0 218.9

17:20 0.03 17.4 0 219

17:30 0 18.76 0 219.5

17:40 0 18.56 0 220.8

17:50 0 18.89 0 220.5

18:00 0 18.9 0 219

I Average 6.466 0.381902778

I Max 15.3 0.85



Pengukuran PV Charge Battery

Pukul I PV [A] Vpv [V] Vbaterai [V]

6:00 0 12.35 12

6:10 0 12.35 12.02

6:20 0.009 12.39 12.01

6:30 0.098 12.4 12.1

6:40 0.13 12.45 12.14

6:50 0.25 12.59 12.2

7:00 0.38 12.61 12.25

7:10 0.98 12.65 12.41

7:20 1.52 12.65 12.45

7:30 1.98 12.68 12.47

7:40 2.12 12.78 12.51

7:50 2.53 12.87 12.57

8:00 3.5 12.98 12.63

8:10 3.8 13 12.83

8:20 3.9 13.25 12.91

8:30 4.3 13.25 13

8:40 4.5 13.26 13.05

8:50 4.6 13.24 13.11

9:00 4.55 13.27 13.09

9:10 7.38 13.58 13.38

9:20 8.84 13.93 13.69

9:30 8.6 14.94 14.07

9:40 6.4 15.94 14.07

9:50 5.9 16.2 14.02

10:00 4.9 16.75 14.11

10:10 4.75 17.23 14.16

10:20 2.38 13.56 13.48

Total 88.297

Average 3.270



Pengukuran Efisiensi dan Faktor Daya Output Inverter pada Pengujian Eksport ImportPower

PukulIdc[A]

Vdc [V] Vbaterai [V] I ac [A] PF Vac [V] Pdc [W] Pac [W] n [%]

20:00 0 0 12.8 0 0.059 227.45 0 0 0

20:05 10.35 11.38 12.36 0.641 0.6698 227.5 117.783 97.6 82.864

20:10 10.81 11.36 12.29 0.668 0.6554 226.96 122.8016 99.3 80.862

20:15 10.38 11.35 12.26 0.655 0.641 228.75 117.813 96.1 81.570

20:20 10.42 11.34 12.22 0.594 0.6742 227.35 118.1628 91 77.012

20:25 10.59 11.35 12.19 0.632 0.6643 227.49 120.1965 95.5 79.453

20:30 10 11.32 12.16 0.681 0.5749 230.64 113.2 90.3 79.770

20:35 9.9 11.33 12.13 0.673 0.5731 230.42 112.167 88.9 79.257

20:40 10.2 11.38 12.1 0.631 0.5988 227.47 116.076 86 74.089

20:45 9.87 11.36 12.06 0.637 0.608 227.67 112.1232 88.2 78.663

20:50 9.68 11.35 12.01 0.605 0.609 227.62 109.868 83.8 76.273

20:55 9.43 11.34 11.97 0.605 0.6 227.65 106.9362 82.6 77.242

21:00 9.14 11.29 11.9 0.612 0.5661 228.07 103.1906 79 76.557

21:05 9.06 11.25 11.86 0.592 0.5858 227.48 101.925 78.9 77.410

21:10 8.83 11.23 11.81 0.591 0.5748 227.94 99.1609 77.4 78.055

21:15 8.8 11.16 11.77 0.611 0.5596 228.22 98.208 78 79.423

21:20 0 0 12.2 0.000 0.065 226.76 0 0 0


UNIVERSITAS INDONESIA PERANCANGAN …lib.ui.ac.id/file?file=digital/20294521-S1684-Perancangan...

Documents

Transcript of UNIVERSITAS INDONESIA PERANCANGAN …lib.ui.ac.id/file?file=digital/20294521-S1684-Perancangan...