PROPOSAL TUGAS AKHIR BAYU PRIMA JP MPPT edit.doc

  • Published on
    27-Oct-2015

  • View
    262

  • Download
    13

Embed Size (px)

DESCRIPTION

kjk

Transcript

<p>PROPOSAL TUGAS AKHIR</p> <p>RANCANG BANGUN MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) PADA PANEL PHOTOVOLTAIC BERBASIS LOGIKA FUZZY DI BUOY WEATHER STATION</p> <p>BAYU PRIMA JULIANSYAH PUTRA</p> <p>NRP : 2409 100 058</p> <p>DOSEN PEMBIMBING :</p> <p>Dr. Ir. Aulia Siti Aisjah, MT.</p> <p>Ir. Syamsul Arifin, MT.</p> <p>PROGRAM STUDI S1 TEKNIK FISIKA</p> <p>JURUSAN TEKNIK FISIKA</p> <p>FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI</p> <p>INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER</p> <p>SURABAYA</p> <p> 2013</p> <p>LEMBAR PENGESAHAN</p> <p>PROPOSAL TUGAS AKHIR</p> <p>JURUSAN TEKNIK FISIKA FTI-ITS</p> <p>1. Judul</p> <p>:Rancang Bangun Maximum Power Point Tracking (MPPT) Pada Panel Photovoltaic Berbasis Logika Fuzzy Di Buoy Weather Station2. Bidang Minat</p> <p>: Instrumentasi3. Mata Kuliah pilihan yang diambil : Instrumentasi Industri</p> <p> Jaringan Syaraf Tiruan Teknik Optimasi Sistem Fuzzy</p> <p> Pengendalian Proses</p> <p> Sistem Pengendalian Modern</p> <p>4. a. Nama: Bayu Prima Juliansyah P.</p> <p>b. NRP: 2409 100 058</p> <p>c. Jenis Kelamin: Laki-Laki4. Jangka Waktu: 1 Semester / 5 Bulan5. Pembimbing I: Dr. Ir. Aulia Siti Aisjah, MT.6. Pembimbing II: Ir. Syamsul Arifin, MT.7. Usulan Proposal ke: 1 (Satu)8. Status</p> <p>: Baru</p> <p>Surabaya, 5 Februari 2013Pengusul Proposal,</p> <p>Bayu Prima Juliansyah P.NRP. 2409 100 058Mengetahui/Menyetujui</p> <p>Pembimbing I</p> <p>Pembimbing II</p> <p>Dr. Ir. Aulia Siti Aisjah, MT.</p> <p> Ir. Syamsul Arifin, MT. NIPN.196601161989032001</p> <p> NIPN.196309071989031004Mengetahui,</p> <p>Ir. Yaumar, MT NIPN. 195404061981031003</p> <p>I. Judul</p> <p>RANCANG BANGUN MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) PADA PANEL PHOTOVOLTAIC BERBASIS LOGIKA FUZZY DI BUOY WEATHER STATIONII. Mata kuliah pilihan yang diambil</p> <p> Instrumentasi Industri</p> <p> Jaringan Syaraf Tiruan Teknik Optimasi Sistem Fuzzy</p> <p> Pengendalian Proses</p> <p> Sistem Pengendalian Modern</p> <p>III. Pembimbing Pembimbing 1: Dr. Ir. Aulia Siti A., MT. </p> <p>Pembimbing 2: Ir. Syamsul Arifin, MT.IV. Latar BelakangIndonesia merupakan salah satu negara maritim dimana komposisi lautan yang lebih besar daripada daratannya. Dengan komposisi lautan yang ada, transportasi laut memiliki peran yang cukup tinggi dalam kehidupan sehari-hari. Untuk mendukung adanya transportasi laut tersebut, terdapat Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) yang berfungsi untuk memantau kondisi lingkungan lautan sehingga transportasi laut dapat berjalan dengan lancar (1). Badan tersebut melakukan pemantauan dengan cara mendirikan stasiun cuaca atau meteorologi di berbagai titik.Buoy Weather Station merupakan suatu perangkat yang berperan dalam hal prediksi cuaca di lautan. Selama ini, buoy weather station yang ada mendapatkan sumber tenaga listrik dari sel surya yang memanfaatkan prinsip photovoltaic (2). Photovoltaic merupakan sebuah lempengan logam yang menghasilkan sejumlah arus listrik jika dikenai cahaya (foton) (3) (4). Arus yang dihasilkan oleh photovoltaic tersebut dipengaruhi oleh beberapa besaran fisis yaitu instensitas cahaya (iradiansi) dan temperatur dari modul photovoltaic itu sendiri . semakin besar intensitas cahaya yang mengenai photovoltaic tersebut, maka arus yang dihasilkan akan semakin besar (5). Namun, kekurangan yang dimiliki oleh PV dan di buoy weather station khususnya adalah masih belum dapat menghasilkan daya optimal sebagaimana spesifikasi PV. Hal itu disebabkan banyak faktor yang mempengaruhi PV dalam beroperasi antara lain suhu, intensitas, gelombang arus laut yang menyebabkan buoy weather seringkali berubah posisi.</p> <p>Maka dari itu, dalam proposal Tugas Akhir ini akan dirancang sebuah sistem panel photovoltaic yang diletakkan pada buoy weather station yang berfungsi sebagai sumber energi listrik bagi buoy weather dalam beroperasi di Pelabuhan Tanjung Perak, Surabaya sehingga kebutuhan energi listrik dapat terpenuhi. Selain itu, untuk menghasilkan daya keluaran optimal maka akan digunakan metode Maximum Power Point Tracking (MPPT) untuk mengontrol duty cycle pada DC-DC converter. MPPT merupakan suatu algoritma yang digunakan untuk melacak dimana letak titik tegangan dan arus listrik optimal PV sehingga daya optimal dapat tercapai . Pada umumnya, MPPT biasa digunakan dengan algoritma Perturbation and Observation (P&amp;O). Namun, pada tugas akhir ini rancang bangun sel surya akan dibuat dengan menggunakan logika fuzzy untuk mengontrol besar pulsa sinyal PWM yang diberikan kepada DC-DC buck boost converter. Masukan logika fuzzy sistem berupa variasi intensitas dan suhu PV. Sedangkan, keluaran fuzzy berupa pulsa PWM untuk mengatur switch pada DC-DC buck boost converter. V. Permasalahan Dari latar belakang sebelumnya, maka permasalahan yang dapat diambil yaitu, 1. Bagaimana merancang Maximum Power Point Tracking (MPPT) modul photovoltaic pada buoy weather station ?2. Bagaimana perhitungan daya keluaran modul PV terhadap daya yang dibutuhkan buoy weather ?VI. Batasan MasalahAdapun batasan masalah pada tugas akhir ini adalah :1. Metode yang digunakan adalah logika fuzzy Mamdani.2. Panel photovoltaic yang digunakan memiliki daya keluaran maksimum 20 watt3. Jenis konverter yang digunakan adalah Buck-Boost Converter4. Penelitian dibatasi pada perhitungan daya keluaran modul PV berdasarkan daya yang dibutuhkan buoy weatherVII. Tujuan</p> <p>Tujuan penelitian tugas akhir ini adalah 1. Merancang sebuah sistem Maximum Power Point Tracking (MPPT) modul photovoltaic pada buoy weather station.</p> <p>2. Mengetahui perhitungan daya keluaran modul PV berdasarkan daya yang dibutuhkan buoy weather</p> <p>VIII. Tinjauan PustakaBerikut merupakan beberapa penelitian sebelumnya terkait dengan MPPT :1. G. Balasubramanian, G. 2012. Fuzzy logic controller for the maximum power point tracking in photovoltaic system. Penelitian ini menerapkan algoritma MPPT dengan logika fuzzy dalam simulasi dan eksperimen. Sebagai perbandingan, MPPT-fuzzy dibandingkan dengan metode lainnya yaitu Proportional-Integral (PI) dan Perturbation and Observation (P&amp;O).2. Pongsakor Takun.2011.Maximum Power Point Tracking using Fuzzy Logic Control for Photovoltaic Systems. Dalam jurnal ini dijelaskan tentang penerapan MPPT pada photovltaic dengan menggunakan logika fuzzy dan dibandingkan dengan metode P&amp;O dalam skala simulasi</p> <p>3. Mohamed M. Algazar. 2012. Maximum power point tracking using fuzzy logic control. Penulis melakukan penelitian tentang MPPT pada modul PV untuk memenuhi kebutuhan daya pompa air menggunakan logika fuzzy. Sebagai pengujiannya, metode yang digunakan dibandingkan dengan direct coupled. Hasil penelitian menunjukkan logika fuzzy memberikan respon yang lebih baik. </p> <p>4. Yu Yongchang.2012. Implementation of a MPPT Controller Based on AVRMega16 for Photovoltaic Systems. Jurnal ini membahas tentang pengaplikasian MPPT dalam Photovoltaic dalam mikrokontroler ATMEGA 16. Metode yang digunakan yaitu Incremental Condition. Efektifitas metode yang digunakan diuji dalam simulasi dibandingkan dengan P&amp;O. Osilasi masih ditemukan pada pengujian tersebut.5. Atar Fuady Babgei.2011. Teknik Elektro FTI-ITS Rancang Bangun Maximum Power Point Tracker (MPPT) Pada Panel Surya Dengan Menggunakan Metode Fuzzy. Penelitian ini membahas tentang implementasi algoritma MPPT pada mikrokontroler dengan metode logika fuzzy. Jenis converter yang digunakan adalah jenis buck converter. Efisiensi didapatkan dengan cara mengubah beban pada keluaran converter.IX. Teori PenunjangKata kunci : Panel Photovoltaic, Maximum Power Point Tracking (MPPT), Logika Fuzzy, DC-DC Converter, Mikrokontroler ATMEGA 85351. Panel PhotovoltaicPanel photovoltaic merupakan salah satu perangkat yang memiliki kemampuan untuk mengkonversi energi foton yang berasal dari cahaya matahari menjadi energi listrik (3). Perangkat ini sudah banyak digunakan sebagai energi alternatif untuk mengatasi krisis energi akibat global warming yang melanda dunia saat ini. Photovoltaic terdiri dari susunan sel surya dimana akan terjadi efek photovoltaic jika terkena intensitas matahari sehingga dapat menghasilkan arus listrik (6). Secara teori, arus yang dihasilkan oleh modul photovoltaic dapat dimodelkan sesuai dengan rangkaian elektronik di bawah ini.</p> <p>Gambar 1 Rangkaian elektronik ekuivalen photovoltaic (6)Rangkaian di atas merupakan hasil pendekatan secara elektronik yang dapat merepresentasikan arus keluaran dari modul photovoltaic. Saat terjadi efek photovoltaic, maka muncul arus Iph dari sumber arus sesuai dengan intensitas yang diterima. Kemudian, arus yang dihasilkan akan mengalir menuju dioda (ID) sehingga terjadi forward bias. Hambatan Rsh merupakan hambatan shunt yang bernilai ribuan ohm sehingga arus akan dominan mengalir pada hambatan Rs. Arus keluaran modul photovoltaic adalah sebesar Ipv dengan tegangan sebesar Vpv saat diberi beban sebesar RL. Rangkaian pada gambar 1 dapat disederhanakan menjadi sebuah persamaan di bawah ini (7). (1)Keterangan :Ipv = arus keluaran dari modul photovoltaic (Ampere)</p> <p>Iph = arus yang dihasilkan saat terjadi efek photovoltaic (Ampere)</p> <p>ID = arus saturasi reverse (Ampere)</p> <p>Vpv= tegangan keluaran modul photovoltaic (Volt)</p> <p>n = faktor ideal dioda (bernilai 1 untuk dioda ideal)</p> <p>k = konstanta boltzman (1.3806.10-23 J.K-1)</p> <p>T</p> <p>= temperatur permukaan modul photovoltaic (K)</p> <p>Rsh= hambatan shunt (ohm)</p> <p>Rs= hambatan pada arus keluaran (ohm)</p> <p>Dalam aplikasinya, hal yang paling diperhatikan di dalam photovoltaic adalah besar daya keluaran (Pout). Daya yang dihasilkan oleh photovoltaic bergantung pada tegangan dan arus yang dihasilkan saat terkena cahaya matahari. Sedangkan, tegangan dan arus photovoltaic bergantung dari besaran-besaran antara lain (8):</p> <p>a. Intensitas Matahari</p> <p>b. Temperatur permukaan modul photovoltaicc. Posisi dan sudut letak photovoltaic terhadap matahari</p> <p>d. Lokasi pemasangan photovoltaice. Arah dan kecepatan angin</p> <p>Dari kelima besaran di atas, faktor yang paling berpengaruh terhadap daya keluaran photovoltaic adalah intensitas matahari dan temperatur permukaan modul photovoltaic. Untuk melihat pengaruh kedua besaran tersebut, dapat ditunjukkan dengan kurva karakteristik I-V dan P-V pada gambar di bawah ini.</p> <p>Gambar 2 Kurva karakteristik I-V tentang pengaruh intensitas matahari dan temperatur permukaan photovoltaic (6)</p> <p>Gambar 3 Kurva karakteristik P-V tentang pengaruh intensitas matahari dan temperatur permukaan photovoltaic (6)Gambar 1 dan 2 di atas menjelaskan tentang pengaruh intensitas matahari dan temperatur permukaan modul photovoltaic. Kurva I-V pada gambar 1 menunjukkan tentang hubungan arus dan tegangan modul jika terjadi variasi kedua faktor tersebut (9). Kenaikan intensitas matahari yang diterima oleh modul memiliki pengaruh terhadap kenaikan besaran arus yang dihasilkan photovoltaic dan sebaliknya akan menurunkan arus keluaran jika intensitas matahari menurun. Sedangkan, kenaikan temperatur permukaan modul memiliki pengaruh terhadap penurunan tegangan keluaran dari modul photovoltaic dan sebaliknya jika temperatur menurun maka tegangan keluaran akan meningkat. Kurva P-V yang ditunjukkan pada gambar 2 merupakan kurva hubungan antara daya keluaran photovoltaic dengan tegangan keluarannya (9). Daya keluaran photovoltaic merupakan hasil perkalian antara tegangan dan arus keluaran modul photovoltaic. Dari kurva tersebut dapat diketahui bahwa pengaruh kenaikan intensitas matahari dapat meningkatkan daya yang dihasilkan modul dan demikian sebaliknya daya keluaran photovoltaic akan menurun saat intensitas yang diterima menurun. Kemudian, pengaruh kenaikan temperatur permukaan akan berakibat pada pergeseran kurva daya ke arah kiri yang berarti daya yang dihasilkan akan menurun.2. DC-DC Buck-Boost ConverterBuck-Boost Converter merupakan sebuah perangkat keras (hardware) yang terdiri atas komponen-komponen elektronik yaitu dioda, kapasitor, induktor, dan resistor. Converter biasa digunakan dalam sebuah sistem photovoltaic untuk menghubungkan antara modul photovoltaic dengan beban atau baterai penyimpan energi listrik. Perangkat ini berfungsi untuk mengubah level tegangan keluaran photovoltaic (Vpv) agar dapat beroperasi secara optimal. Sistem kerja dari converter didasari oleh perbandingan antara waktu switch on (ton) dan switch off (toff) dari transistor yang terdapat di dalam rangkaian converter atau yang lebih dikenal dengan istilah duty cycle (D). Perbedaan converter ini dengan jenis lainnya adalah kemampuan dalam mengubah level tegangan masukan menjadi lebih tinggi dan lebih rendah (7). Gambar rangkaian dari buck-boost converter dapat dilihat pada gambar di bawah ini.</p> <p>Gambar 4 Rangkaian Buck-Boost Converter beserta kondisi switch on dan switch off (4)Menurut gambar rangkaian di atas, converter memiliki dua macam kondisi kerja yaitu switch on dan switch off. Ketika perangkat berada dalam kondisi on, maka induktor akan dilalui oleh arus dan arus akan semakin meningkat dengan berjalannya waktu. Selain itu, kapasitor berada dalam kondisi discharge arus menuju beban yang berarti kapasitor berperan sebagai pencatu daya beban dalam kondisi ini. Namun, ketika perangkat berada dalam kondisi off, maka arus di dalam induktor akan semakin menurun secara perlahan menuju kapasitor. Kapasitor akan mengalami proses charging yang berarti induktor berperan sebagai pencatu daya beban dalam kondisi ini. Untuk mencari nilai D pada converter, dapat menggunakan rumus di bawah ini. </p> <p>(2)Keterangan :</p> <p>Vout = tegangan keluaran converter (Volt)</p> <p>Vin = tegangan masukan converter (Volt)</p> <p>D= duty cycle (0 &lt; D &lt; 1)3. Maximum Power Point Tracking (MPPT)</p> <p>Sesuai dengan kurva karakteristik P-V yang ditunjukkan pada gambar 3, modul photovoltaic dapat menghasilkan daya maksimumnya pada suatu titik yang dinamakan Maximum Power Point (MPP) (10). Pada titik MPP tersebut, modul photovoltaic dapat menghasilkan tegangan dan arus maksimumnya. Pada dasarnya, titik ini tidak dapat diketahui keberadaannya dikarenakan faktor intensitas matahari dan temperatur permukaan modul yang berubah-ubah berdasarkan waktu (10). Tetapi, titik MPP dapat dicari dengan menggunakan suatu algoritma. Untuk menjaga modul agar tetap bekerja pada daerah operasinya, maka diperlukan suatu algoritma yang disebut dengan Maximum Power Point Tracking (MPPT). Titik MPP dari suatu modul photovoltaic dapat ditunjukkan dengan gambar di bawah ini.</p> <p>Gambar 5 Kurva yang menunjukkan letak titik daya maksimum pada intensitas matahari yang berbeda (6) Kurva pada gambar 5 menunjukkan letak dimana titik daya maksimum (MPP) modul photovoltaic dengan adanya variasi intensitas matahari. Titik MPP pada kurva di atas ditunjukkan oleh huruf A dan B. Photovoltaic memiliki titik MPP yang berbeda-beda sesuai dengan intensitas cahaya matahari yang diterima oleh modul. Jadi, fungsi utama dari algoritma MPPT ini adalah untuk mempertahankan modul agar tetap bekerja pada daerah titik MPP berada (6). Pada tugas akhir ini, algoritma MPPT akan diterapkan dengan menggunakan metode logika fuzzy.4. Logika Fuzzy</p> <p>Logika fuzzy merupakan suatu metode untuk menentukan keputusan berbasis sebab dan akibat (if-then) (5). Dengan menggunakan logika fuzzy, tidak d...</p>