Upload
others
View
13
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
i
MPPT BERBASIS ALGORITMA PARTICLE SWARM
OPTIMIZATION UNTUK PV DENGAN KONDISI IRRADIANCE
NORMAL DAN PARTIAL SHADING MENGGUNAKAN
PENGENDALI DAYA SEPIC KONVERTER
SKRIPSI
Disusun Oleh:
WAHYU DIANTO PRAMANA
NIM. 201310130311048
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2018
ii
LEMBAR PERSETUJUAN
MPPT BERBASIS ALGORITMA PARTICLE SWARM
OPTIMIZATION UNTUK PV DENGAN KONDISI IRRADIANCE
NORMAL DAN PARTIAL SHADING MENGGUNAKAN
PENGENDALI DAYA SEPIC KONVERTER
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
WAHYU DIANTO PRAMANA
201310130311048
Tanggal Ujian : 13 Oktober 2018
Tanggal Wisuda : 24 November 2018
Disetujui Oleh:
Pembimbing I
Machmud Effendy, S.T, M.Eng
NIDN : 0705056501
Pembimbing II
Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T
NIDN : 0718036502
iii
LEMBAR PENGESAHAN
MPPT BERBASIS ALGORITMA PARTICLE SWARM
OPTIMIZATION UNTUK PV DENGAN KONDISI IRRADIANCE
NORMAL DAN PARTIAL SHADING MENGGUNAKAN
PENGENDALI DAYA SEPIC KONVERTER
Tugas Akhir ini Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Oleh:
WAHYU DIANTO PRAMANA
201310130311048
Tanggal Ujian : 13 Oktober 2018
Tanggal Wisuda : 24 November 2018
Disetujui Oleh:
1. Machmud Effendy, S.T, M.Eng
NIDN : 0715067402
(Pembimbing I)
2. Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T
NIDN : 0718036502
(Pembimbing II)
3. Dr. Lailis Syafa’ah, M.T
NIDN : 0721106301
(Penguji I)
4. Widianto, S.T, M.T
NIDN : 0722048202
(Penguji II)
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Elektro
Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T
NIDN : 0718036502
iv
LEMBAR PERNYATAAN
i. LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : WAHYU DIANTO PRAMANA
Tempat/Tgl. Lahir : MOJOKERTO / 4 AGUSTUS 1994
NIM : 201310130311048
Fakultas/Jurusan : TEKNIK/TEKNIK ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir dengan judul “MPPT BERBASIS
ALGORITMA PARTICLE SWARM OPTIMIZATION UNTUK PV
DENGAN KONDISI IRRADIANCE NORMAL DAN PARTIAL
SHADING MENGGUNAKAN PENGENDALI DAYA SEPIC
KONVERTER” beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan bukan
merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam
bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila kemudian
ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya ini, atau ada
klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya siap menanggung
segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.
Mengetahui,
Pembimbing I
Machmud Effendy, S.T, M.Eng
NIDN : 0715067402
Pembimbing II
Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T
NIDN : 0718036502
Malang, November 2018
Yang Membuat Peryataan
WAHYU DIANTO PRAMANA
v
Abstrak
Photovoltaic(PV) merupakan perangkat yang berfungsi untuk mengubah
irradiasi cahaya matahari menjadi energi listrik arus searah disebut Direct
Current(DC). Untuk meningkatkan daya output yang dihasilkan oleh PV, maka
diperlukan sebuah metode untuk melacak Maximum Power Point(MPP) yang biasa
disebut Maximum Power Point Tracking(MPPT). Sehingga daya yang dihasilkan
meningkat, namun lebih ekonomis. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan
pemodelan MPPT menggunakan Particle Swarm Optimization Algorithm(PSO). PSO
dirancang untuk mengoptimalkan daya output MPP yang dihasilkan oleh PV. Metode
yang diusulkan kemudian diimplementasikan pada DC to DC converter. Pada
penelitian ini digunakan sepic converter. Tujuan dari penggunaan sepic converter
adalah mereduksi ripple arus dan tegangan output yang besar. Pemodelan sistem
dilakukan menggunakan software MATLAB 2016a untuk mengetahui peforma PSO
dan sepic converter. Evaluasi terhadap peforma dari PSO dan sepic converter telah
selesai dilakukan, baik dalam kondisi normal maupun dalam kondisi partial shading.
Hasil simulasi menunjukkan sistem yang diusulkan telah bekerja dengan sangat baik.
PSO memiliki akurasi yang baik dalam pelacakan, dan mampu melacak daya yang
dihasilkan oleh PV dengan kecepatan sekitar ±4,2 detik ketika dalam keadaan STC,
±9,2 detik ketika dalam keadaan partial shading. Sedangkan pada sepic converter
mampu mencapai efisiensi ≥ 80%.
Kata kunci: Photovoltaic(PV), Maximum Power Point(MPP), MPPT. Particle Swarm
Optimization Algorithm(PSO), STC, Partial Shading, SEPIC converter
vi
Abstract
Photovoltaic(PV) is a device which is capable to converts solar irradiance into
Direct Current(DC) electricity energy. To increase the power result of PV, it needs a
method to track the Maximum Power Point(MPP) which is usually called Maximum
power Point Tracking(MPPT). So that, the power result increased with low cost. The
purpose of this research is to conduct MPPT modeling by Particle Swarm
Optimization (PSO). The proposed method is implemented in DC to DC converter.
This research used SEPIC converter. The purpose of using SEPIC converter is in order
the output of current and voltage have smallest ripple. The modelling system is
conducted by using MATLAB 2016a software to find out performance of PSO and
SEPIC converter. The evaluation of PSO and SEPIC converter performance has been
done. The simulation result shows that the proposed system has been working very
well. The PSO has good accurateness in tracking and capable to to track the power
produced by PV with velocity around ±4,2 seconds when in conditions STC, ±9,2
seconds when in conditions partial shading, despite a fluctuating irradiance change.
While in SEPIC converter is able to reach efficiency of ≥ 80%.
Keyword: Photovoltaic(PV), Maximum Power Point(MPP), MPPT, Particle Swarm
Optimization(PSO), STC, Partial Shading, SEPIC Converter
vii
LEMBAR PERSEMBAHAN
ii. LEMBAR PERSEMBAHAN
Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis
dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih
yang sebesar-besarnya kepada :
1. Orang tua dan kakak, yang telah banyak memberikan do’a dan dukungan.
2. Dekan Fakultas Teknik dan keluarga (FT) Bapak Dr. Ahmad Mubin, M.T, serta
para Pembantu Dekan Fakultas Teknik dan keluarga besar Universitas
Muhammadiyah Malang.
3. Ketua Jurusan Teknik Elektro Ibu Ir. Nur Alif M, M.T.dan Sekretaris Jurusan
Teknik Elektro Bapak Widianto, S.T, M.T , beserta seluruh staffnya.
4. Bapak Machmud Effendy,S.T, M.Eng dan ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T yang
telah meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan
Skripsi ini.
5. Seluruh civitas akademika (dosen, asisten, dan karyawan) Universitas
Muhammadiyah Malang yang telah membekali ilmu dan membantu penulis
selama proses studi.
6. Sahabat dan teman-teman Elektro angkatan 2013 yang berjuang mencari ilmu di
UMM.
7. Erlyna Agustina yang selalu memberi dukungan penuh dan semangat.
8. Dan yang terakhir, semuanya yang telah membantu penulis yang tidak bisa
disebutkan satu persatu.
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah جل جلاله atas segala nikmat, rahmat, taufik serta
hidayahnya-Nya. Sholawat serta salam semoga senantiasa tercurah kepada Rasulullah
Atas kehendak dan karunia Allah sehingga penulis dapat menyeleseikan tugas .صلى الله عليه وسلم
akhir yang berjudul:
“MPPT BERBASIS ALGORITMA PARTICLE SWARM
OPTIMIZATION UNTUK PV DENGAN KONDISI IRRADIANCE
NORMAL DAN PARTIAL SHADING MENGGUNAKAN
PENGENDALI DAYA SEPIC KONVERTER” Penulisan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar
sarjana teknik di Universitas Muhamadiyah Malang. Selain itu penulis berharap tugas
akhir ini dapat memperluas pustaka dan pengetahuan untamanya dalam bidang energi
terbaharukan.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tgas akhir ini masih banyak terdapat
kekurangan. Oleh karena itu Penulis berharap saran yang membangun, agar
kedepannya menjadi lebih baik dan bermanfaat. Penulis mohon maaf apabila terdapat
kesalahan dalam penulisan baik yang sengaja maupun yang tidak disengaja.
Malang,
Penulis
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i
LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. iii
LEMBAR PERNYATAAN .............................................................................. iv
ABSTRAK ......................................................................................................... v
LEMBAR PERSEMBAHAN ........................................................................... vii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... viii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xi
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xiv
DAFTAR SINGKATAN ................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ........................................................................ 3
1.3 Tujuan ........................................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah ........................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................... 4
2.1 Photovoltaic .................................................................................. 4
2.2 Particle Swarm Optimization (PSO) ............................................ 5
2.3 DC-DC Converter ........................................................................ 6
2.3.1 SEPIC Converter ................................................................ 7
2.4 MATLAB ( Simulink ) ................................................................... 13
BAB III ANALISA DAN DESAIN ................................................................. 11
x
3.1 Perancangan Diagram Blok Sistem .............................................. 11
3.2 Pemodelan dan Simulasi Photovoltaic ......................................... 12
3.3 Pemodelan dan Simulasi SEPIC Converter ................................. 13
3.4 Pemodelan dan Simulasi Algoritma PSO ..................................... 18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... ...................................................... 21
4.1 Pengujian Karakteristik Pada Photovoltaic .................................. 21
4.2 Pengujian SEPIC Converter ......................................................... 23
4.3 Pengujian MPPT Menggunakan PSO .......................................... 25
4.4 Pengujian MPPT PSO Pada Kondisi Partial Shading ................. 36
4.5 Perbandingan MPPT PSO dengan Peturb and Observe (P&O) Pada
Kondisi STC ................................................................................ 46
4.6 Perbandingan MPPT PSO dengan Peturb and Observe (P&O) Pada
Kondisi Partial Shading .............................................................. 48
BAB V PENUTUP ......................................................................................... 52
5.1 Kesimpulan ................................................................................... 52
5.2 Saran ............................................................................................. 53
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 54
LAMPIRAN ....................................................................................................... 55
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses Perubahan Energi Cahaya Menjadi Energi Listrik ... 4
Gambar 2.2 Dasar rangkaian DC-DC konverter ..................................... 6
Gambar 2.3 Pulsa Output ......................................................................... 6
Gambar 2.4 Diagram rangkaian dari SEPIC konverter .......................... 8
Gambar 2.4a Rangkaian ekuivalen dari konverter SEPIC ketika sakelar
ON ........................................................................................ 8
Gambar 2.4b Rangkaian ekuivalen dari konverter SEPIC ketika sakelar OFF
............................................................................................. 9
Gambar 2.7 Proses Simulasi MATLAB 2016a ......................................... 9
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem ........................................................... 11
Gambar 3.2 a. Rangkaian Ekuivalen Model Fisik Satu Sel Surya, b. Modul
PV ........................................................................................ 12
Gambar 3.3 Rangkaian SEPIC Converter ............................................... 14
Gambar 3.4 a. Rangkaian MPPT PSO dengan SEPIC konverter, b.
Rangkaian MPPT PSO Partial Shading dengan SEPIC
konverter .............................................................................. 18
Gambar 3.5 Flowchart perencanaan algoritma PSO ............................... 19
Gambar 4.1 Kurva Perbandingan Arus-tegangan(I-V) ............................ 22
Gambar 4.2 Kurva Perbandingan Daya-tegangan(P-V) .......................... 22
Gambar 4.3 Sample Input Dan Output Pada Pengujian SEPIC
Converter ............................................................................. 25
Gambar 4.4 Hasil pencarian nilai duty cycle pada MPPT PSO ............... 25
Gambar 4.5 Daya Hasil Pelacakan MPPT PSO Pada Suhu Dan Irradiance
Konstan ................................................................................ 26
Gambar 4.6 Daya Keluaran SEPIC Converter Pada Suhu Dan Irradiance
normal .................................................................................. 27
Gambar 4.7 Irradiance a. 1000 W/m2, b. 900 W/m2, c. 800 W/m2, d. 700
W/m2, e. 600 W/m2, f. 500 W/m2 ........................................ 29
Gambar 4.8 Input dan Output P-V-I a. 1000 W/m2, b. 900 W/m2, c. 800
W/m2, d. 700 W/m2, e. 600 W/m2, f. 500 W/m2 ................. 35
Gambar 4.9 Bentuk kurva P-V dalam kondisi STC ................................ 36
Gambar 4.10 Bentuk kurva I-V dalam kondisi STC ................................. 37
xii
Gambar 4.11 Bentuk kurva P-V dalam kondisi Partial Shading dengan daya
maksimum berada di sebelah kanan .................................... 37
Gambar 4.12 Bentuk kurva I-V dalam kondisi Partial Shading dengan daya
maksimum berada di sebelah kanan .................................... 37
Gambar 4.13 Bentuk P-V dalam kondisi partial shading dengan daya
maksimum berada di sebelah kiri ........................................ 38
Gambar 4.14 bentuk I-V dalam kondisi partial shading dengan daya
maksimum berada di sebelah kiri ........................................ 38
Gambar 4.15 Output PV SPR-X20-250 ketika dalam kondisi STC .......... 39
Gambar 4.16 Output SEPIC Converter ketika PV dalam kondisi STC .... 40
Gambar 4.17 Input dan Output P-V-I PV SPR-X20-250 ketika dalam kondisi
STC ...................................................................................... 40
Gambar 4.18 Output PV ketika dalam kondisi partial shading ................ 42
Gambar 4.19 Output sepic converter ketika dalam kondisi partial
shading ................................................................................. 42
Gambar 4.20 Input dan output P-V-I ketika dalam kondisi partial
shading ................................................................................. 43
Gambar 4.21 Output PV ketika dalam kondisi partial shading dengan daya
maksimum disebelah kiri kurva P-V ................................... 44
Gambar 4.22 Output sepic converter ketika dalam kondisi partial shading
dengan daya maksimum disebelah kiri kurva P-V .............. 44
Gambar 4.23 Input dan output P-V-I ketika dalam kondisi partial shading
dengan daya maksimum disebelah kiri kurva P-V .............. 45
Gambar 4.24 a. Daya, tegangan dan arus keluaran sepic converter
menggunakan PSO (Particle Swarm Optimization), b. Daya,
tegangan dan arus keluaran sepic converter menggunakan P&O
(Peturb and Observe) .......................................................... 46
Gambar 4.25 a. Ripple pada keluaran sepic converter menggunakan PSO (
Particle Swarm Optimization ), b. Ripple pada keluaran sepic
converter menggunakan P&O ( Peturb and Observe ) ....... 48
Gambar 4.26 a. Daya, Tegangan, Arus Input dan Output Sepic Converter
dengan PSO ketika MPP 129,6 Watt sebelah kanan, b. Daya,
Tegangan, Arus Input dan Output Sepic Converter dengan
P&O ketika MPP 117,8 Watt sebelah kanan ....................... 49
xiii
Gambar 4.27 a. Daya, Tegangan, Arus Input dan Output SEPIC konverter
dengan PSO ketika MPP 115,27 watt sebelah kiri, b. Daya,
Tegangan, Arus Input dan Output SEPIC konverter dengan
P&O ketika MPP 117,8 watt sebelah kiri ........................... 50
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Parameter Modul PV ........................................................... 13
Tabel 3.2 Parameter Modul PV SPR-X20-250-BLK .......................... 14
Tabel 4.1 Perbandigan parameter modul PV ...................................... 21
Tabel 4.2 Karakteristik PV pada irradiance berubah-ubah dan suhu tetap
............................................................................................. 23
Tabel 4.3 Hasil simulasi SEPIC converter dengan tegangan input
berubah – ubah ..................................................................... 24
Tabel 4.4 Hasil simulasi SEPIC converter dengan nilai duty cycle
berubah – ubah ..................................................................... 24
Tabel 4.5 Daya input dan output hasil pengujian pada suhu tetap dan
irradiance berubah-ubah ..................................................... 29
Tabel 4.6 Percobaan selama sepuluh kali dengan nilai Irradiance : 1000
W/m2 .................................................................................... 30
Tabel 4.7 Percobaan selama sepuluh kali dengan nilai Irradiance : 900
W/m2 .................................................................................... 30
Tabel 4.8 Percobaan selama sepuluh kali dengan nilai Irradiance : 800
W/m2 .................................................................................... 31
Tabel 4.9 Percobaan selama sepuluh kali dengan nilai Irradiance : 700
W/m2 .................................................................................... 31
Tabel 4.10 Percobaan selama sepuluh kali dengan nilai Irradiance : 600
W/m2 .................................................................................... 32
Tabel 4.11 Percobaan selama sepuluh kali dengan nilai Irradiance : 500
W/m2 .................................................................................... 33
Tabel 4.12 Data P-V-I MPPT PSO pada irradiance berubah-ubah dan suhu
tetap ...................................................................................... 35
Tabel 4.13 Data pengujian model PV dalam kondisi partial shading tanpa
beban. ................................................................................... 38
Tabel 4.14 Input dan Output P-V-I PV SPR-X20-250 dalam kondisi
STC ...................................................................................... 41
xv
Tabel 4.15 Input dan Output P-V-I MPP sebelah kanan PV SPR-X20-250
dalam kondisi partial shading ............................................. 43
Tabel 4.16 Input dan Output P-V-I MPP sebelah kiri PV SPR-X20-250
dalam kondisi partial shading ............................................. 45
Tabel 4.17 Perbandingan keluaran hasil simulasi PSO dan P&O ......... 47
Tabel 4.18 Perbandingan daya, tegangan dan arus input dan output Sepic
converter menggunakan PSO dan P&O dengan MPP disebelah
kanan .................................................................................... 49
Tabel 4.19 Perbandingan daya, tegangan dan arus input dan output Sepic
converter menggunakan PSO dan P&O dengan MPP disebelah
kiri ........................................................................................ 51
xvi
DAFTAR SINGKATAN
A : Ampere
GMPP : Global Maximum Power Point
LMPP : Local Maximum Power
MPP : Maximum Power Point
MPPT : Maximum Power Point Tracking
PSO : Particel Swarm Optimizer
PV : Photovoltaic
STC : Standard Test Condition
V : Volt
W : Watt
s : Second
xvii
DAFTAR PUSTAKA
[1] S. Rajendran and H. Srinivasan, “Simplified accelerated particle swarm
optimisation algorithm for efficient maximum power point tracking in
partially shaded photovoltaic systems,” IET Renew. Power Gener., vol. 10, no.
9, pp. 1340–1347, 2016.
[2] R. B. SATRIOADI, “Jurusan teknik elektro fakultas teknik universitas
muhammadiyah surakarta 2014,” no. 201210130311117, pp. 0–5, 2014.
[3] M. Sucipta, F. Ahmad, and K. Astawa, “Analisis Performa Modul Solar Cell
Dengan Penambahan Reflector Cermin Datar,” no. Snttm Xiv, pp. 7–8, 2015.
[4] P. Efisiensi, “Meningkatkan Efisiensi Konverter Dc-Dc Penaik Tegangan
Dengan Teknik Zero Voltage Switching ( Zvs ),” vol. 7, no. 2, pp. 3–13, 2014.
[5] B. Prima and Aulia Siti, “Rancang Bangun Maximum Power Point Tracking
pada Panel Photovoltaic Berbasis Logika Fuzzy di Buoy Weather Station,” J.
Tek. Pomits, vol. 2, no. 2, pp. 299–304, 2013.
[6] S. Khader and A. Abu-Aisheh, “The application of PSIM & Matlab/Simulink
in teaching of power electronics courses,” Int. J. Online Eng., vol. 7, no. 3, pp.
15–18, 2011.
[7] K. Ishaque, Z. Salam, M. Amjad, and S. Mekhilef, “An improved particle
swarm optimization (PSO)-based MPPT for PV with reduced steady-state
oscillation,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 27, no. 8, pp. 3627–3638,
2012.
[8] K. L. Lian, J. H. Jhang, and I. S. Tian, “A Maximum Power Point Tracking
Method Based on Perturb-and-Observe Combined With Particle Swarm
Optimization,” vol. 4, no. 2, pp. 626–633, 2014.
[9] Y. H. Liu, S. C. Huang, J. W. Huang, and W. C. Liang, “A particle swarm
optimization-based maximum power point tracking algorithm for PV systems
operating under partially shaded conditions,” IEEE Trans. Energy Convers.,
vol. 27, no. 4, pp. 1027–1035, 2012.
[10] R. Vairamani, K.R; Vijayalakshmi , S; Sorna Vadivoo, “High frequency
applications,” Des. ZVS Reson. SEPIC Convert. High Freq. Appl., vol. vol.13,
no. International Conference on Circuit, pp. 873–880, 2014.
[11] M. Cabaj, “DC House Model Design and Construction A Senior Project The
Faculty of the ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT California
Polytechnic State University , San Luis Obispo By,” 2012.