Maximum Power Point Tracking Berbasis Perturb And Observe – Fuzzy Pada Panel Surya Bereflektor Cermin Cekung

Abstract

Kebutuhan energi telah menjadi salah satu kebutuhan primer atau pokok pada hampir seluruh masyarakat dunia. Tren pertumbuhan dan kebutuhan energi juga semakin meningkat setiap tahunnya, berbanding lurus dengan semakin meningkatnya pertumbuhan ekonomi dan populasi. Ketergantungan terhadap kebutuhan energi juga tidak dapat terlepas dari peran serta alat elektronik yang digunakan hampir pada seluruh bidang yang ada. Namun di sisi yang lain, ketersediaan bahan bakar fosil untuk pembangkitan energi semakin menurun, hal ini dikarenakan bahan yang digunakan untuk proses pembangkitan energi tersebut adalah bahan yang sifatnya terbatas dan tidak dapat diperbaharui kembali. Oleh karenanya dilakukan beberapa inovasi untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil, salah satunya dengan menggalakkan tren energi terbarukan yang lebih ramah lingkungan dengan kapasitas energi tanpa batas. Namun permasalahan utamanya adalah proses konversi energi terbarukan tersebut ke dalam bentuk energi listik masih sangat kurang. Pada panel surya, energi yang dapat dikonversi hanya berkisar antara 20% - 30% dari total energi yang didapat dari iradiasi matahari, sehinga perlu pengoptimalan daya agar energi yang terserap dapat dimanfaatkan dengan maksimal pula. Oleh karenanya perlu penelitian lebih lanjut mengenai optimalisasi daya pada panel surya, seperti yang dilakukan pada penelitian ini yang berjudul Maximum Power Point Tracking Berbasis Perturb And Observe – Fuzzy Pada Panel Surya Bereflektor Cermin Cekung. Pada penelitian ini dilakukan dua perlakuan untuk optimalisasi dan pencarian daya maksimal yang dapat dihasilkan oleh Panel Surya berkapasitas 50 WP. Dua perlakuan optimalisasi daya tersebut yaitu terdiri dari optimalisasi dinamis dan optimalisasi statis. Pada penelitian ini, optimalisasi daya dinamis ix dilakukan dengan penambahan scanning reflektor berupa cermin cekung. Proses penambahan reflektor pada ke-empat sisi panel surya ini dilakukan untuk menambahkan nilai iradiasi yang menimpa panel karena sinar matahari yang menimpa penel surya tidak selalu tegak lurus dengan panel. Proses scanning dilakukan setiap 30 menit untuk mengatur sudut reflektor cermin cekung yang dapat mengikuti sudut datang sinar matahari, sehingga dengan pengaturan ini cahaya matahari yang datang dapat dipantulkan oleh reflektor ke pemukaan panel surya. Variabel yang menjadi acuan dasar untuk proses scanning reflektor ini yaitu besar sudut dan jumlah intensitas cahaya matahari, pergerakan sudut dilakukan dengan perhitungan dan perbandingan terhadap sudut referensi sinar datang matahari. Hasil dari pengoptimalan scanning reflektor ini ditunjukkan dengan rata – rata nilai iradiasi saat menggunakan reflektor sebesar 701,38 W/m², dan pada saat tidak menggunakan reflektor sebesar 684,54 W/m². Perbedaan nilai iradiasi ini juga berpengaruh pada daya output yang dihasilkan, rata – rata daya output pada saat menggunakan reflektor cermin cekung sebesar 31,58 Watt, pada saat tanpa menggunakan reflektor daya output yang dihasilkan sebesar 26,98 Watt. Optimalisasi daya statis pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan konsep Maximum Power Point Tracking. Perancangan MPPT ini terdiri dari boost converter sebagai pengatur untuk menaikkan nilai tegangan yang diberikan pada beban Rmp. Pengaturan ini dilakukan dengan memberikan sinyal pulsa PWM pada driver boost converter. Perancangan boost converter terdiri atas Induktor, Mosfet, Dioda, Kapasitor, dan beban Rmp. Definisi MPPT yaitu sebuah metode untuk mencari titik nilai daya maksimal yang dapat dihasilkan panel surya dengan berbagai perubahan nilai iradiasi. Anaslisis daya maksimal tersebut dilakukan dengan menggunakan algoritma Perturb and Observe. Analisis algoritma ini berdasar grafik karakteristik Daya – Tegangan (P-V) dengan berbagai macam nilai iradiasi. Pada grafik tersebut terdapat titik puncak yang disebut MPP (Maximum Power Point), titik inilah yang menjadi titik acuan untuk mencapai daya maksimal. Ketentuan untuk mencapai titik tersebut adalah saat nilai error (e) = 0, nilai error dapat dicari dengan ketentuan Perubahan Daya (ΔP) dibagi dengan Perubahan Tegangan (ΔV). x Hasil dari analisis algoritma Perturb and Observe yang berupa nilai error tersebut selanjutnya akan diproses lagi dengan perubahan nilai error pembacaan saat ini dengan pembacaan error sebelumnya, perubahan ini disebut dengan ΔE. Kemudian nilai E dan ΔE tersebut akan menjadi input untuk logika fuzzy dalam melakukan proses kontrol untuk penentuan nilai duty cycle sebagai trigger untuk mengatur nilai PWM pada boost converter. Kriteria yang harus dipenuhi untuk mencapai daya maksimal yaitu e = 0, namun pada saat terjadi e>0 maka untuk mencapai nilai MPP nilai duty cycle harus dikurangi sehingga nilai error bisa sama dengan 0. Begitu sebaliknya saat nilai e<0, untuk mencapai nilai MPP nilai duty cycle harus ditambahkan sehingga nilai error benilai sama dengan 0. Hasil pengujian keseluruhan sistem MPPT dengan scanning reflekor cermin cekung ini ditunjukkan pada nilai daya yang dihasilkan. Perbandingan untuk pengujian sistem ini, juga dilakukan sebuah pembebanan langsung terhadap keluaran panel surya (direct couple) dengan nilai beban yang sama yaitu beban Rmp sebesar 6 Ohm. Nilai Pmax yang dihasilkan pada sistem ini juga dibandingkan dengan nilai Pmax pada perhitungan teori. Pada data yang dihasilkan saat nilai iradiasi sebesar 917 W/m², nilai Pmax teori sebesar 45,85 Watt, nilai MPPT yaitu Ppv(P&O-Fuzzy) sebesar 41,47 Watt, nilai pada saat pembebanan langsung sebesar 37,47 Watt. Dari hasil tersebut dapat diketahui bagaimana sistem MPPT dan scanning reflektor ini bekerja. Terjadinya perbedaan nilai yang didapat antara perhitungan dan aplikasi pada alat disebabkan karena rugi – rugi daya yang tidak tersalurkan secara penuh pada komponen yang digunakan. Terjadinya rugi – rugi ini biasanya dalam bentuk panas pada komponen seperti pada mosfet, dioda, dan kapasitor. Rata – rata efisiensi yang diperoleh pada penggunaan Sistem MPPT ini sebesar 88,66%, nilai ini jauh berbeda dari aplikasi pada saat tanpa kontrol MPPT (direct coupled) yaitu sebesar 82,25%.