rancang bangun filter lcl pada sistem pembangkit …digilib.unila.ac.id/58190/3/skripsi full teks...
TRANSCRIPT
RANCANG BANGUN FILTER LCL PADA SISTEM ON GRID
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
(Skripsi)
Oleh
SURYA ANDIKA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2019
ABSTRAK
RANCANG BANGUN FILTER LCL PADA SISTEM ON GRID
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
Oleh
Surya Andika
Sistem on grid Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) menggunakan solar sel
dengan daya 400 wp yang dihubungkan dengan sebuah Grid Tie Inverter (GTI)
dengan daya maksimum 1000watt. Pemakaian beban non linier pada sistem on grid
PLTS menimbulkan harmonisa yang berasal dari beban non linier berupa Lampu
Hemat Energi (LHE). Dengan timbulnya harmonisa pada LHE tersebut maka
dilakukan pengurangan THD (Total Harmonic Distortion) tegangan dan arus
dengan memasang rangkaian filter pasif yaitu filter LCL. Filter LCL terdiri dari 2
buah induktor dengan nilai induktansi 0.7 H dan 0.401 H dan sebuah kapasitor
dengan nilai kapasitansi 9.6 uF.
Dari hasil pengujian alat yang telah dilakukan, filter LCL dapat mereduksi
harmonisa sesuai dengan yang diharapkan namun belum memenuhi standar IEEE
disebabkan kualitas komponen yang digunakan. Filter LCL dapat mengurangi Total
Harmonic Distortion (THD) tegangan sebesar 4.9 % pada beban non linier berdaya
225 watt. Sedangkan pada beban non linier dengan daya 25watt THD tegangan
berkurang sebesar 2.82 %. Adapun THD arus berkurang sebesar 7.46% pada beban
non linier dengan daya 100watt dan pada pemasangan beban non linier dengan daya
225watt terjadi penurunan sebesar 7.59%.
Kata kunci : solar sel, GTI, harmonisa, THD, filter,LCL
ABSTRACT
LCL FILTER DESIGN ON SOLAR POWER PLANT ON-GRID SYSTEM
By
Surya Andika
Solar power plant on-grid system uses solar cells with 400 wp of power which is
connected to a Grid Tie Inverter (GTI) with a maximum power of 1000 watts. The
use of non-linear loads solar power plant on-grid system creates harmonics which
comes from non-linier loads in the form of energy saving lamps. With the
emergence of harmonics on Energy Saving Lamps, a reduction in voltage and
current THD (Total Harmonic Distortion) is done by installing a passive filter
circuit, namely the LCL filter. The LCL filter consists of 2 inductors with an
inductance value of 0.7 H and 0.401 H and a capacitor with a capacitance value of
9.6 Uf
From the results of testing the device, the LCL filter can reduce harmonics as
expected but has not met the IEEE standard due to the quality of the components
used. LCL filters can reduce the Total Harmonic Distortion (THD) voltage by 4.9%
on non-linier load of 225 watts. Whereas the non-linear load with 25 watts THD
power is reduced by 2.82%. THD current is reduced by 7.46% in non-linear loads
with 100 watts of power and the installation of non-linear loads with a power of
225watt decreases by 7.59%.
Keywords: solar cells, GTI, harmonics, THD, filter,LCL
RANCANG BANGUN FILTER LCL PADA SISTEM ON GRID
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
Oleh
SURYA ANDIKA
Skripsi
Sebagai salah satu Syarat untuk Mencapai Gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2019
MENGESAHKAl'I
1. Tim Penguji
Ketua ti�'
: Dr. llng. llndah Komatasart. S.T •• M.T • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sekretaris
.
: Ir. Abdul Haris, M.T. Q.I,, • �ll'r • • • • • • .-,r • • • • • • • • • • •
Penguji Bukan Pembimbing : Ir. l'!oer Soedjarwanto, M.T.
� 2. 'Dekan Fakultas Teknik
'
• - .. i, .... .
1 � FJ:of. Ors. Suhamo, M.Sc •• Ph.D. /'I.. NIP 1962071719870:3 l 002
Tanggal Lulus Ujian Skripsi : 15 April 2019
- Ir. Abdul Haris. l'I.T. NIP 196.308011996031 001
l'llll'IYBTUJUI
: Teknik
-
: Teknik Elektro
: KAl'ICAl'!G BANGIJl'I FILTBK LCL
PADA SISTBl'I O!Y GRID Plll'IBANGKIT
LISTKIK Tlll'IAGA SURYA
1. Komisi Pembimbing
2. Ketua Jurusan Teknik Elektro
Dr. Herman Halomoan Slnaga. S.T •• l'I.T. NIP 19711130 199903 1 003
Dr. llng. Bodah Komalasarl. S.T •• l'I.T. NIP 19730215 199903 2 003
Jurusan
Fakultas
"i<xnor Pokok Mahasiswa: 1215031070
!"arna Mahasiswa
.lurul Skripsi
SURAT PERNYATAAN
Siilyl. menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang
orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini
19111111- � disebutkan dalam daftar pustaka. Selain iru, saya menyatakan
...... � ini dibuat oleh saya sendiri.
;pc::::;:112:m saya tidak benar, maka saya bersedia dikenai sangsi sesuai
9•lllim; yang berlaku.
BandarLampung, 18 Juli 2019
. ' Surya Andika NPlvl. 1215031070
RIWAYAT HIDUP
Surya Andika, lahir di kabupaten Way Kanan tepatnya
di dusun III desa Ramsai kecamatan Way Tuba pada
hari kamis tanggal 02 Juni 1994. Penulis merupakan
anak pertama dari tiga bersaudara dari pasangan
Ismadi dan Suratiningsih. Adapun riwayat Pendidikan
penulis yaitu: TK Pertiwi (1999-2000), SD Negeri
Ramsai (2000-2006), SMP Negeri 3 Way Tuba (2006-2009), dan SMA Negeri 3
Martapura (2009-2012). Pada tahun 2012 penulis terdaftar sebagai mahasiswa
Jurusan Teknik elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung.
Selama menjadi mahasiswa penulis aktif dalam organisasi kemahasiswaan di
tingkat jurusan yaitu Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro (HIMATRO) Sebagai
Sekretaris Departemen Sosial Ekonomi periode 2013-2014 dan sebagai anggota
departemen Pendidikan dan Pengkaderan periode 2014-2015. Di tingkat fakultas
penulis aktif sebagai Sekretaris Dinas Penelitian dan Pengembangan (2014-2015)
dan sebagai Bendahara Eksekutif (2015-2016) Badan Eksekutif Mahasiswa
Fakultas Teknik (BEM-FT).
penulis juga pernah magang di UPT TIK divisi Pusat data dan Informasi dan
pernah mengikuti Uji sertifikasi keahlian bidang keahlian teknisi Jaringan
tegangan rendah. Penulis juga melaksanakan kerja praktik di PT. Pindad.(persero)
Bandung dan ditempatkan di divisi Alat Berat.
PERSEMBAHAN
Dengan Ridho Allah SWT. teriring shalawat kepada Nabi Muhammad SAW.
Karya tulis ini kupersembahkan untuk:
Bapak dan Ibuku Tercinta
Ismadi & Suratiningsih
Adik-adikku Tersayang
Dyah Suci wulandari & Bintang Abi Nugroho
Almamaterku
Universitas Lampung
Bangsa dan Negaraku
Republik Indonesia
Agamaku
ISLAM
Terima-kasih untuk semua yang telah diberikan kepadaku. Jazzakumullah Khairan.katsiran
MOTTO
“Karena Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.
Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.”
( Al-Quran, Surat Al – Insyirah, 94 : 5 – 6 )
“Tidak ada balasan untuk kebaikan selain kebaikan (pula)”
(Al-Quran, Surat Ar – Rahman, 55 : 60)
“Ada dua kenikmatan yang banyak manusia tertipu,
yaitu nikmat sehat dan waktu senggang”
(H.R Bukhori)
s
“Tak perlu bersikeras menjelaskan siapa dirimu, karena
orang yang mencintaimu tak membutuhkan itu, dan
orang yang membencimu tak akan percaya itu”
(Ali bin Abi Thalib RA)
SANWACANA
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan
hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Shalawat
serta salam juga tidak lupa penulis sanjung agungkan kepada qudwatun hasanatun
Nabi Muhammad Shalallahu Alaihi Wassalam yang dinantikan syafaatnya di hari
akhir kelak.
Tugas akhir ini berjudul “Rancang Bangun Filter Lcl Pada Sistem On Grid
Pembangkit Listrik Tenaga Surya” digunakan sebagai salah satu syarat guna
memperoleh gelar sarjana di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas
Lampung.s
Selama masa perkuliahan dan penelitian, penulis mendapat banyak hal baik berupa
dukungan, semangat, motivasi dan hal lainya. Untuk itu penulis mengucapkan
terimakasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Hasriadi Mat Akin, M.P. selaku Rekor universitas Lampung
2 . Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Lampung
3. Bapak Dr. Herman Halomoan Sinaga, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik
Elektro Universitas Lampung
4. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc. Selaku Pembimbing Akademik
yang telah memberikan saran & motivasi yang membangun untuk menyelesaikan
studi di Teknik Elektro
5. Ibu Dr. Eng. Endah Komalasari, S.T., M.T. Selaku Dosen Pembimbing Utama
yang senantiasa membimbing, mendukung, dan memberikan motivasi dalam
menyelesaikan tugas akhir
6. Bapak Alm Ir. Abdul Haris, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing pendamping
yang senatiasa memberikan hasihat dan motivasi dengan sabar kepaa penulis agar
dalam menyelesaikan tugas akhir dengan optimal.semoga Allah SWT menerima
amal ibadah Bapak.
7. Bapak Ir. Noer Soedjarwanto, M.T. selaku Dosen penguji. Terimakasih atas
waktu, dan ilmu yang diberikan guna membuat tugas akhir ini menjadi lebih baik.
8. Bapak Dr. Eng. Lukmanul Hakim, S.T., M.Sc yang seing menasehati dan
memotivasi penulis agar menjadi insan yang lebih baik.
9. Seluruh dosen Jurusan Teknik Elektro yang telah memberikan waktu, ilmu,
wawasan dan pengalaman kepada penulis selama menjadi mahasiswa.
10. Mbak Ning selaku Staff admin yang dengan sabar membantu penulis dalam hal
administrasi
11. Bapak dan Ibu ku tercinta, doa dan pengorbanan kalian selamaini tidak akan
pernah bisa kubalas dengan apapun, anakmu akan selalu berbakti kepada kalian.
12. Uda Hendra yang telah banyak membantu penulis baik moril maupun materil
sehingga meringankan dan memudahkan penulis dalam menyelesaikan tugas
akhir.
13. Suwanto, Didi, Salam, Fitra sanak Krui yang Allah kirimkan untuk membantu dan
memotivasi penulis ketika mengalami masa-masa sulit. Terima kasih banyak
sudah bersabar membantu penulis sampai akhir.
14. Matsu, terima kasih sudah menasehati abangmu ini tentang pentingnya
tanggungjawab. Semoga menjadi insinyur yang bermanfaat .
15. Lidya dan Ika Putriana Lestari, qodarullah kalian tiba-tiba datang disaat penulis
mengalami hibernasi yang panjang. Asbab omelan-omelan dan teror panggilan
telefon untuk mengingatkan penulis selama ini, alhamdulillah tugas akhir ini dapat
selesai.
16. Keluarga Besar Laboratorium Sistem Tenaga Elektrik (Pak Khairudin dan mas
Rachman) yang sudah memfasilitasi penulis untuk menyelesaikan tugas akhir di
Lab. Adik-adik ELITE’14 (Fandi, Amir, Ferdian, Dickson,Manda,Cahya) yang
sudah menghidupkan suasana malam di lab dan menghibur penulis saat jenuh.
Adik-adik Lambe’15 (Jeshu, Arief, Eboot, Septi, Ridwan) yang selalu membantu
dan memotivasi penulis agar cepat lulus.
17. Keluarga besar Laboratorium Konversi (kak Ucup,Yayan ,Paian, Bagus,Herson,
Hardi, Valent) terima kasih atas bantuan dan kerjasamanya selama ini.
18. Teman-teman seperjuangan di UPT TIK, (Mbah Munif, Bli Nyoman, Bambang,
Sony, Adnan, Iziz,) terima kasih sudah berbagi ilmu dan pengalaman.
19. Rekan-rekan seperjuangan di BEM FT (Yolan, Kiki, Aji, Winda, Cacha
Fahmi,Dedi,Sulthon,Wahyu,Faqqieh,Sigit,Bayu,Charta),terimakasih sudah
menjadi bagian dari cerita hidupku selama ini baik suka maupun duka,
kebersamaan rapat bareng tiap malam tak akan terlupakan.
20. Keluarga kecilku KKN UNILA pekon Sukananti (adik Paura,Bang Ibor, Inun,
Etan, Afif, Irul, Pras) terima kasih atas kekonyolan selama 60 hari, jalan jalan tiap
pekan tak akan pernah terlupakan. Sukses buat kita semua.
21. Teman-teman seperjuangan ELANG 12, atas semua kenangan indah hingga
menyelesaikan tugas akhir ini, semoga kita semua menjadi orang yang sukses
dan menjadi pribadi yang lebih baik.
22. Akhi-akhi sholeh Marbrother Miftahul Jannah (Riza, kak Dirya, Gugum, Tebe,
Dedi, Yassien) Jazakumullah khoiran katsiran, semoga kita bisa saling menarik ke
Jannah-Nya aamiin.
23. Keluarga Claster Cemara (Aang, Bayu, Doni, Alif, Rafi) semoga cepat mendapat
pasangan masing-masing ya.
Semoga kontribusi yang telah diberikan selama ini, mendapat balasan yang lebih baik
dari Allah SWT. Penulis meminta maaf atas segala kesalahan dan ketidak sempurnaan
dalam penulisan Tugas Akhir ini, kritik dan saran yang membangun sangat
diharapkan agar dapat dimanfaatkan dan dikembangkan dimasa mendatang.
Bandar Lampung, Juli 2019
Surya Andika
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ....................................................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xvi
DAFTAR TABEL............................................................................................. xviii
BAB 1. PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1. Latar Belakang.......................................................................................... 1
1.2. Tujuan ....................................................................................................... 3
1.3. Manfaat Penelitian .................................................................................... 3
1.4. Rumusan Masalah .................................................................................... 4
1.5. Batasan Masalah ....................................................................................... 4
1.6. Hipotesis ................................................................................................... 4
1.7. Sistematika Penulisan ............................................................................... 5
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................... 7
2.1. Sel Surya ................................................................................................... 7
2.2. Inverter ..................................................................................................... 8
2.3. Grid Tie Inverter (GTI) .......................................................................... 11
2.4. Harmonisa............................................................................................... 13
2.4.1. Jenis-jenis harmonisa ...................................................................... 16
2.4.2. Indeks Harmonisa............................................................................ 18
2.4.3. Efek Harmonisa pada Peralatan Sistem Tenaga.............................. 20
2.4.4. Standar Harmonisa .......................................................................... 20
BAB 3. METODELOGI PENELITIAN ...................................................... 23
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................ 23
3.2. Prosedur Penelitian ................................................................................. 23
3.2.1. Pemilihan Topik Penelitian ............................................................. 23
3.2.2. Studi Literatur ................................................................................. 23
3.2.3. Perancangan Rangkaian Sistem On Grid PLTS.............................. 24
3.2.4. Pemilihan dan Penentuan Parameter Instrumen .............................. 26
3.2.5. Pengambilan data ............................................................................ 30
3.2.6. Pengolahan dan analisa data hasil penelitian .................................. 31
3.3. Blok Diagram Penelitian ........................................................................ 31
3.4. Flowchart Penelitian ............................................................................... 32
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 34
4.1. Hasil Perancangan Alat .......................................................................... 34
4.2. Hasil Pengujian Transformator............................................................... 35
4.3. Hasil Pengujian Kapasitor ...................................................................... 36
4.4. Hasil Pengujian Induktor ........................................................................ 38
4.5. Pengukuran Total Harmonic Distortion Voltage (THDv) Pada sistem on
grid 38
4.6. Data Hasil Pengujian .............................................................................. 43
4.6.1. Data pengukuran arus tanpa Filter .................................................. 43
4.6.2. Data pengukuran nilai harmonisa tegangan (THDv) pada sistem grid
sebelum dipasang filter .................................................................................. 45
4.6.3. Data pengukuran nilai Total Harmonic Distortion tegangan (THDv)
setelah dipasang filter .................................................................................... 48
BAB 5. KESIMPULAN ................................................................................. 52
5.1. Kesimpulan ............................................................................................. 52
5.2. Saran ....................................................................................................... 53
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangkaian skematik sel surya[8]....................................................... 8
Gambar 2.2 Rangkaian Inverter Full Bridge[4] ...................................................... 9
Gambar 2.3 Ilustrasi Rangkaian Inverter 4 Switch[4] ............................................ 9
Gambar 2.4 Gelombang Keluaran Inverter Pada Keadaan S1 & S2 on[4] ........... 10
Gambar 2.5 Gelombang Keluaran Inverter Pada Keadaan S3 & S4 on[3] ........... 10
Gambar 2.6 Gelombang Keluaran Inverter dengan Beban Resistif[3] ................. 11
Gambar 2.7 Topologi Rangkaian GTI [9] ........................................................... 13
Gambar 2.8 gelombang fundamental dengan gelombang harmonisanya ............ 14
Gambar 3.1 Rangkaian Ekuivalen sistem On Grid PLTS.................................... 25
Gambar 3.2 Blok diagram pengukuran harmonisa tanpa filter ............................. 31
Gambar 3.3 Blok diagram pengukuran harmonisa dengan filter .......................... 32
Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 33
Gambar 4.1 Rangkaian sistem on grid PLTS........................................................ 35
Gambar 4.2 pengujian tegangan (a) sisi primer dan (b) sisi sekunder .................. 36
Gambar 4.3 Pengujian nilai kapasitor ................................................................... 36
Gambar 4.4 pengujian nilai induktansi dua buah inductor ................................... 38
Gambar 4.5gelombang keluaran tanpa filter beban 25 watt ................................. 41
Gambar 4.6 gelombang keluaran dengan filter pada beban 25 watt ..................... 41
Gambar 4.7 gelombang keluaran tanpa filter pada beban 225 watt ...................... 42
Gambar 4.8 Efek perubahan beban terhadap arus pada system on grid PLTS ..... 44
Gambar 4.9 Efek perubahan beban terhadap tegangan ......................................... 45
Gambar 4.10 THDv sebelum dan setelah dipasang filter ..................................... 50
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 pengaruh harmonisa pada peralatan listrik............................................ 20
Tabel 2.2 Standar Batas Harmonisa Tegangan IEEE 519-1992 ........................... 21
Tabel 2.3 Standar Batas Harmonisa Arus (<69 kV) IEEE 519-1992 ................... 21
Tabel 2.4 Standar Batas Harmonisa Arus (69 kV-161 kV) IEEE 519-1992 ........ 22
Tabel 2.5 Standar Batas Harmonisa Arus (>161 kV) IEEE 519-1992 ................. 22
Tabel 3.1 karakteristik elektrik modul panel surya ICAsolar ............................... 26
Tabel 3.2 Karakteristik elektrik modul panel surya Solarworld ........................... 26
Tabel 3.3 Parameter Grid Tie Inverter .................................................................. 27
Tabel 4.1 Pengujian nilai kapasitansi pada modul kapasitor ................................ 37
Tabel 4.2 pengukuran nilai tegangan dan arus ...................................................... 43
Tabel 4.3 Pengukuran nilai IHDv tanpa filter ....................................................... 46
Tabel 4.4 pengukuran nilai IHDv dengan filter .................................................... 48
Tabel 4.5 perbandingan THDv .............................................................................. 50
1
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Teknik pemanfaatan sel surya dalam sistem ketenaga listrikan pada umumnya
menggunakan sistem off grid yaitu hanya mengandalkan energi matahari sebagai
sumber utama dalam pembangkitan listrik sehingga memerlukan beberapa
instrumen tambahan terutama baterai. Namun saat ini, sistem pembangkit listrik
tenaga surya dapat dihubungkan langsung dengan jaringan listrik PLN. Inilah yang
disebut sistem on grid. Pada sistem on grid, listrik yang dihasilkan panel surya
dapat langsung digunakan bersama dengan jaringan listrik PLN karena tidak
memerlukan baterai. Kelebihan daya yang dihasilkan panel surya juga dapat dijual
ke pihak PLN sehingga akan mengurangi pengeluaran biaya listrik.
Penggunaan beban pada sistem jaringan on grid umumnya didominasi oleh beban
listrik non linier. Dalam sistem kelistrikan, penggunaan beban non linier dalam
jumlah besar dapat menimbulkan harmonisa yang akan berdampak pada peralatan
listrik. Oleh karena itu, perlu adanya filter agar dapat mengurangi harmonisa
tersebut.
2
Filter yang biasa diterapkan untuk mengurangi harmonisa yaitu filter pasif dengan
tipe-L yang hanya menggunakan komponen induktor saja, lalu tipe-LC yang
mengggunakan induktor dan kapasitor dan tipe-LCL yang menggunakan 2 buah
induktor dan sebuah kapasitor. Dari 3 tipe filter yang ada, penulis memilih tipe-
LCL karena filter LCL dapat melemahkan frekuensi diluar frekuensi resonansinya
yaitu 50 Hz dan dapat melakukan peredaman yang lebih baik dari filter tipe-LC [6].
Jirri Lettl dalam paper nya yang berjudul “Comparison of Different Filter Types for
Grid Connected Inverter” menjelaskan bahwa filter tipe-LCL lebih optimal untuk
mengurangi harmonisa karena memiliki redaman arus ripple yang baik bahkan
dengan nilai induktansi yang kecil [7].
Selain itu juga, telah dilakukan penelitian dengan judul “Perancangan Filter LCL
Untuk Aplikasi Pada Inverter Satu Fasa Keluaran Photovoltaic” oleh Aviyudi dan
telah berhasil merancang filter LCL dan menurunkan THD tegangan sebesar 0.01
% pada kondisi tidak terhubung ke jaringan [3]. Namun filter dalam penelitian ini
digunakan untuk mengurangi harmonisa yang ditimbulkan oleh inverter.
Dari beberapa referensi yang penulis dapat tersebut, makna akan dilakukan
penelitian lebih lanjut dengan judul “Rancang Bangun Filter LCL pada Sistem On
Grid Pembangkit Listrik Tenaga Surya” dengan daya photovoltaic sebesar 400WP
untuk mengurangi gelombang harmonisa yang ditimbulkan akibat pemakaian
beban non linier yaitu LHE (Lampu Hemat Energi).
3
Proses penelitian akan dilakukan dengan cara menghubungkan filter LCL secara
paralel dengan beban. Peneliti menggunakan transformator sebagai representasi
dari jaringan PLN.
1.2. Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah
1. Membuat filter LCL untuk mengurangi gelombang harmonisa akibat
pemasangan beban non linier
2. Mengetahui nilai THD tegangan sistem sebelum dan sesudah dipasang filter
LCL
3. Mengetahui efek pembebanan pada system jaringan on grid sebelum dan
sesudah dipasang filter secara paralel.
1.3. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah terciptanya sebuah filter LCL
yang optimal dalam mengurangi THD tegangan pada sistem on grid
4
1.4. Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah
1. Bagaimana merancang filter LCL untuk meminimalisir gelombang
harmonisa akibat pemakaian beban non linier
2. Bagaimana mengetahui nilai THD tegangan sistem sebelum dan sesudah
dipasang filter LCL
3. Bagaimana mengetahui efek pembebanan pada sistem terkoneksi ke grid
1.5. Batasan Masalah
Beberapa batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Membahas pengaruh penggunaan filter LCL untuk mengurangi distorsi
tegangan
2. Membahas kondisi saat terhubung ke grid
3. Membahas penggunaan Grid tie Inverter
1.6. Hipotesis
Pemasangan filter LCL pada sistem on grid PLTS (Pembangkin Listrik Tenaga
Surya) dapat mengurangi distorsi tegangan
5
1.7. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini terdiri dari beberapa bab, yaitu:
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini menjelaskan tentang latar belakang, tujuan, manfaat, rumusan
masalah,batasan masalah, dan sistematika penulisan skripsi.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini menjelaskan mengenai landasan teori secara garis besar yang
berhubungan dengan penelitian yang dilakukan. Adapun materi yang dibahas pada
bab ini meliputi panel surya, inverter, Grid Tie Inverter (GTI), filter, dan harmonisa
BAB III METODE PENELITIAN
Pada bab ini menjelaskan tentang waktu dan tempat penelitian,instrumen yang
digunakan dalam penelitian, pemodelan rangkaian pengujian , alat ukur yang
digunakan dalam penelitian, dan diagram alir penelitian. Adapun rangkaian
pengujian yang akan dibahas pada bab ini meliputi blok diagram dan rangkaian
pengujian sistem.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini berisi mengenai pengolahan hasil pengujian yang diperoleh beserta
analisa. Adapun analisa yang dilakukan meliputi analisa gelombang harmonisa
pada sisi beban, pehitungan harmonisa sesuai dengan persamaan yang dijadikan
rujukan, perbandingan nilai harmonisa sebelum dan setelah dipasang filter dan
perbedaan nilai harmonisa pada setiap pengukuran.
6
BAB V PENUTUP
Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil penelitian serta saran-saran untuk
penelitian selanjutnya.
7
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sel Surya
Sel surya adalah bahan semikonduktor yang digunakan dalam proses pembangkitan
listrik dengan memanfaatkan panas matahari sebagai sumber utamanya. Listrik
yang dibangkitkan oleh sel surya berupa arus listrik searah. Pemanfaatan arus listrik
searah tersebut memerlukan sebuah inverter yang berfungsi untuk mengubah arus
listrik searah menjadi arus listrik bolak-balik. Hal ini dilakukan karena listrik rumah
tangga menggunakan arus listrik bolak balik.
Sel surya memiliki sumber bahan bakar yang tak terbatas karena memanfaatkan
energi matahari dan tanpa emisi dimana tidak ada proses pembakaran maupun
pembuangan bahan radioaktif yang dapat mempengaruhi perubahan iklim dan
menimbulkan polusi. Selain itu, biaya operasional yang rendah menjadi keunggulan
dari sel surya karena tidak memerlukan bahan bakar.
Keandalan dari sel surya juga relatif tinggi yaitu lebih dari 20 tahun. Proses instalasi
sel surya juga relatif cepat dan mudah untuk diintegrasikan pada sebuah gedung[8].
8
Rangkaian skematik sel surya dapat dilihat pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Rangkaian skematik sel surya [8]
2.2. Inverter
Inverter merupakan suatu rangkaian elektronika daya yang berfungsi mengkonversi
daya listrik searah menjadi bentuk daya listrik bolak-balik. Di dalam rangkaian
inverter terdapat beberapa komponen penting yang digunakan seperti sakelar
semikonduktor, induktor, kapasitor dan resistor. Sakelar yang digunakan pada
inverter harus mempunyai respon cepat untuk berubah dari keadaan on menjadi off
ataupun sebaliknya, oleh karena itu digunakan sakelar semikonduktor jenis
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Gambar 2.2
menjelaskan rangkaian inverter jenis jembatan penuh (Full Bridge Inverter) yang
menggunakan 4 sakelar MOSFET.[9]
9
Gambar 2.2 Rangkaian Inverter Full Bridge
Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan rangkaian seperti pada
Gambar 2.3 dengan sumber masukan tegangan DC dan memiliki empat sakelar
yang telah dirangkai seperti di bawah ini dengan pengoperasian waktu sakelar yang
telah diatur yaitu waktu operasi sakelar 1 (S1) dan sakelar 2 (S2) sama, waktu
operasi sakelar 3 (S3) dan sakelar 4 (S4) sama, dan antara sakelar 1 (S1) sakelar 2
(S2) dan sakelar 3 (S3) sakelar 4 (S4) memiliki waktu operasi yang berbeda.
Gambar 2.3 Ilustrasi Rangkaian Inverter 4 Sakelar
Perbedaan waktu operasi sakelar tersebut yang menimbulkan rekayasa aliran listrik
yang mengalir pada rangkaian di atas. Ketika S1 dan S2 dalam keadaan on (tertutup)
dan S3 serta S4 dalam keadaan off (terbuka) maka aliran dari sumber tegangan DC
akan mengalir melalui S1 kemudian melewati positif beban setelah itu mengalir
melalui S2 dan menuju sumber tegangan DC, aliran listrik pada rangkaian saat
10
keadaan ini ditunjukkan oleh Gambar 2.4 sehingga pada keadaan tersebut keluaran
gelombang pada beban akan berada di posisi positif.
Gambar 2.4 Gelombang Keluaran Inverter Pada Keadaan S1 & S2 on [9]
Dan sebaliknya ketika S3 dan S4 dalam keadaan on dan S1 serta S4 dalam keadaan
off maka aliran dari sumber tegangan DC akan mengalir melalui S3 kemudian
menuju negatif beban selanjutnya mengalir melului S4 dan menuju sumber
tegangan DC, aliran listrik pada rangkaian saat keadaan ini ditunjukkan oleh
Gambar 2.5 sehingga pada keadaan tersebut keluaran gelombang pada beban akan
berada di posisi negatif.
Gambar 2.5 Gelombang Keluaran Inverter Pada Keadaan S3 & S4 on[9]
11
Oleh karena itu ketika keadaan empat sakelar tersebut bekerja secara terus menerus
sesuai dengan waktu operasi yang telah diatur maka gelombang keluaran yang
dimiliki inverter dengan beban bersifat resistif maka akan berbentuk seperti yang
terlihat pada Gambar 2.6
Gambar 2.6 Gelombang Keluaran Inverter dengan Beban Resistif [9]
Bekerjanya sakelar MOSFET pada inverter diatur oleh PWM (Pulse Width
Modulation) yang mengeluarakan sinyal berupa tegangan untuk mengatur gate
MOSFET agar dapat berubah kondisi baik on maupun off.
2.3. Grid Tie Inverter (GTI)
Grid Tie Inverter (GTI) merupakan inverter tipe khusus yang dapat digunakan
untuk mengubah tegangan masukan DC menjadi tegangan keluaran AC dengan
tegangan tetap maupun tegangan variabel, bahkan dimungkinkan mengatur
keluaran frekuensinya. Pengaturan besar tegangan dapat dilakukan dengan dua
cara. Pertama, dengan mengatur tegangan masukan DC dari luar tetapi lebar waktu
pensakelaran tetap. Kedua, mengatur lebar waktu pensakelaran dengan tegangan
masukan DC tetap.
12
Pada cara yang kedua besar tegangan AC efektif yang dihasilkan merupakan fungsi
dari pengaturan lebar pulsa pensakelaran. Cara inilah yang disebut dengan PWM
(Pulse Width Modulation). Inverter on-grid berbeda dengan Inverter off-grid.
Inverter off-grid tidak dapat digunakan untuk dua atau lebih pembangkit yang
memiliki jenis muatan listrik yang berbeda. Hal itu dikarenakan Inverter off-grid
tidak dapat mereferensi keluaran tegangan dan frekuensi sesuai dengan sistem yang
ada. Inverter on-grid yaitu inverter yang merubah listrik dari DC ke AC dengan
memanfaatkan referensi tegangan dan frekuensi dari sistem sebagai keluaran dari
inverter.
Secara umum, topologi dasar rangkaian penyusun GTI dapat tersusun dari tiga jenis
rangkaian, yaitu inverter Low Frequency (LF)-transformator, inverter High
Frequency (HF) transformator dan transformer-less inverter. GTI konvensional
biasanya menggunakan LF-transformator untuk menaikkan tegangan masukannya.
LF transformator menyediakan isolasi galvanik antara jaringan dan susunan PV.
Inverter jenis ini memiliki bobot yang berat, ukuran yang besar, dan efisiensinya
kecil. Efisiensi inverter ini dapat ditingkatkan dengan mengganti LF-transformator
dengan HF-transformator. Pergeseran fasa konverter DC-DC dapat melakukan
fungsi MPPT (Maximum Power Point Tracking) dan pada saat yang bersamaan
dapat menyediakan isolasi galvanik. Transformer-less inverter menggunakan boost
converter untuk mengatur tegangan dari PV agar sesuai dengan tegangan masukan
yang dibutuhkan [2].
13
Gambar 2.7 Topologi Rangkaian GTI [2]
Gambar 2.7 diatas merupakan rangkaian GTI.Tegangan DC masukan akan
dinaikkan oleh boost converter yang terbentuk oleh induktor L1, n-MOSFET
Q1, dioda D1 dan kapasitor C2. Setelah itu, tegangan DC akan dikonversikan
menjadi tegangan AC oleh n-MOSFET Q2-Q5. Tahap selanjutnya,
transformator frekuensi tinggi T1 akan menaikkan tegangan masukkan dan
menyediakan isolasi galvanik antara sisi masukan dan keluaran GTI. Dioda D2-
D5 menyearahkan kembali tegangan keluaran transformator. Tahap terakhir
rangkaian ini yaitu pengkonversian tegangan DC menjadi tegangan AC oleh
konverter full bridge, yang terdiri dari IGBT Q6-Q9 dan filter LC (L3 dan C4)[2]
2.4. Harmonisa
Harmonisa merupakan gelombang yang muncul pada sistem tenaga listrik akibat
adanya distorsi arus atau tegangan. Distorsi ini terjadi karena adanya gelombang-
gelombang dengan frekuensi kelipatan bulat dari frekuensi dasar atau frekuensi
14
fundamentalnya. Pemakaian beban non linier menjadi penyebab utama timbulnya
harmonisa[9]
Gambar 2.8 gelombang fundamental dengan gelombang harmonisanya
Pada sistem ketenaga listrikan, dikenal dua jenis beban yaitu beban linier dan beban
non linier. Beban linier adalah beban yang mempunyai impedansi konstan sehingga
arus yang mengalir berbanding lurus dengan tegangan yang ada pada beban.
Oleh karena itu, bentuk gelombang arus yang dihasilkan oleh beban linier akan
menyerupai bentuk gelombang dari tegangan pada beban. Peristiwa tersebut sesuai
dengan bunyi hukum ohm yang menyatakan bahwa arus berbanding lurus dengan
tegangan. Tidak semua beban yang terpasang pada jaringan listrik PLN adalah
beban linier. Pemakaian beban non linier pun banyak digunakan terutama pada
industri-industri. Beban non linier yaitu beban yang bentuk gelombang antara
tegangan dan arus tidak sebanding (proporsional). Gelombang yang dihasilkan pun
tidak berbentuk sinusoidal karena terdapat gelombang yang terdirtorsi sehingga
akan menghasilkan gelombang harmonisa.
Timbulnya harmonisa disebabkan oleh beban nonlinier. Hal ini terjadi karena pada
beban non linier, bentuk gelombang arus dan gelombang tegangan berbanding
terbalik.
-30
-20
-10
0
10
20
30
0
15
Beban non linier menyebabkan bentuk gelombang arus tidak beraturan sehingga
menyebabkan gelombang tegangannya terdistorsi. Beberapa peralatan elektronik
yang dapat diklasifikasikan sebagai beban non linier diantaranya Personal
Computer (PC), uninterupptible power supplies (UPS), lampu esensial, motor
listrik, mesin las, dapur busur listrik, rectifier, electroplating, dll. Peralatan tersebut
dirancang untuk menggunakan arus listrik secara hemat dan efisien karena arus
listrik hanya dapat mengalir melalui komponen semikonduktornya selama periode
pengaturan yang telah ditentukan.
Namun disisi lain hal ini menyebabkan gelombang arus dan tegangan mengalami
gangguan yang pada akhirnya kembali ke bagian lain sistem. Hal inilah yang akan
menyebabkan timbulnya harmonisa pada sistem.
Harmonisa yang ada pada jaringan listrik mempunyai nomor harmonisa (h) yang
nantinya dapat mempermudah dalam menganalisis orde tertentu. Nomor harmonisa
merupakan elemen frekuensi individual yang meliputi gabungan dari gelombang.
Sebagai contoh, h=5 adalah komponen harmonisa urutan ke 5 yang frekuensinya
sama dengan 5 kali frekuensi fundamentalnya. Apabila frekuensi fundamentalnya
adalah 60 Hz, maka frekuensi harmonisa urutan ke 5 adalah 5 x 60 atau 300 Hz.
Harmonisa nomor 6 adalah bagian dari frekuensi 360 Hz. Berurusan dengan nomor
harmonisa dan bukan dengan frekuensi harmonisa telah diselesaikan dengan dua
alasan. Beragam frekuensi fundamental diantaranya adalah negara-negara individu
dan penerapannya. Frekuensi fundamental di negara Amerika 60 Hz, sedangkan di
negara-negara Eropa dan banyak negara Asia menggunakan frekuensi fundamental
50 Hz.
16
Ada juga peralatan yang menggunakan frekuensi selain 50 Hz dan 60 Hz, sebagai
contoh, 400 Hz adalah frekuensi yang umumnya digunakan pada industri
aerospace, saat beberapa sistem arus bolak-balik menggunakan 25 Hz sebagai
frekuensinya untuk motor traksi. Bagian inverter dari sebuah AC disetel kecepatan
putarnya sehingga dapat beroperasi pada frekuensi antara 0 Hz sampai dengan batas
maksimum frekuensi, sehingga frekuensi fundamental kemudian menjadi feresensi
saat motor beroperasi. Menggunakan nomor harmonisa akan memudahkan dalam
menyederhanakan harmonisa. Alasan kedua yaitu penyederhanaan harmonisa
untuk membuat persamaan model matematika yang lebih sederhana.
2.4.1. Jenis-jenis harmonisa
1. Harmonisa ganjil dan genap
Berdasarkan urutan ordenya, harmonisa dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu
harmonisa genap dan harmonisa ganjil. Sesuai dengan namanya, harmonisa ganjil
adalah harmonisa ke 3,5,7,9, dan seterusnya sedangkan harmonisa genap adalah
harmonisa ke 2,4,6,8, dan seterusnya. Sedangkan untuk harmonisa pertama
merupakan harmonisa fundamental dari gelombang periodik.
2. Harmonisa urutan positif, urutan nol dan urutan negatif
Berdasarkan urutan fasanya, harmonisa dapat dibedakan menjadi 3 macam, yaitu:
17
a) Harmonisa urutan positif
Harmonisa uturan positif adalah nomor harmonisa yang mempunyai sudut fasa
sama dengan harmonisa dasarnya. Harmonisa urutan positif dapat menyebabkan
panas pada bagian konduktor. Contohnya adalah CB (circuit breaker), dan panel-
panel lain
b) Harmonisa urutan negatif
Berbeda dengan harmonisa urutan positif, harmonisa urutan negatif ini merupakan
harmonisa yang mempunyai fasa yang berlawanan dengan harmonisa dasarnya.
Efek dari harmonisa ini dapat menyebabkan panas pada motor induksi sehinggga
mengakibatkan perlambatan pada motor induksi tersebut.
c) Harmonisa urutan nol
Harmonisa urutan nol tidak memproduksi perputaran medan di kedua arah,
sehingga menghasilkan panas yang lebih dibandingkan harmonisa urutan positif
dan harmonisa urutan negatif. Harmonisa urutan nol mempunyai karakteristik yaitu
tidak dapat dihilangkan dan dapat menimbulkan bahaya kebakaran karena arus
normal yang lebih besar. Selain itu juga, harmonisa urutan nol ini juga tidak dapat
menghilangkan arus netral tetapi menghasilkan arus netral yang lebih tinggi dari
arus fasa.
18
2.4.2. Indeks Harmonisa
Dalam melakukan pengukuran terhadap harmonisa, ada beberapa istilah yang biasa
digunakan dalam perhitungan, diantaranya:
1. IHD (Individual Harmonic Distortion)
IHD (individual harmonic distortion) adalah perbandingan antara nilai rms
harmonisa individual terhadap nilai rms fundamentalnya. Sebagai contoh : nilai rms
ketiga adalah 27A dan harmonisa kelimanya 25A, sedangkan nilai rms harmonisa
fundamentalnya 60A, Maka :
IHD ketiga adalah
IHD3 = 27A/60A= 0.45 atau 45 %
IHD kelima adalah = 25A/60A= 0.4167 atau 41.47 %
2. THD (Total Harmonic Distortion)
THD (Total Harmonic Distortion) adalah rasio nilai rms dari komponen harmonisa
ke nilai rms dari komponen dasar yang biasanya dinyatakan dalam persen (%).
Indeks tersebut digunakan untuk mengukur deviasi dari bentuk gelombang periodik
yang mengandung harmonisa dari gelombang sinus sempurna. Dibawah ini
merupakan persamaan THD ntuk tegangan dan arus yaitu
𝑇𝐻𝐷𝑣 =∑ 𝑉𝑛
2∞𝑛=2
𝑉1……………….(2.1)
𝑇𝐻𝐷𝑖 =∑ 𝐼𝑛
2∞𝑛=2
𝑉1 ………………....(2.2)
19
Dimana:
Vn = Nilai tegangan harmonisa
In = Nilai arus harmonisa
V1 = Nilai tegangan fundamental
I1 = Nilai arus fundamental
n = komponen harmonisa yang diamati
3. RMS (Root Mean Square)
Intensitas dari sebuah sinyal memiliki waktu periodik yang tidak merata, oleh
karena itu untuk menentukannya digunakan intensitas rata-rata dengan
menggunakan persamaan RMS (Root Mean Square). RMS didefinisikan sebagai
akar kuadrat dari rata-rata kuadrat fungsi tersebut pada satu periode. Adapun bentuk
umum persamaannya adalah sebagai berikut:
𝑉𝑟𝑚𝑠 = ∑1
𝑇∫ 𝑋2(𝑡)𝑑𝑡
𝑇
0………………….(2.3)
Sedangkan untuk perhitungan terhadap parameter tegangan dan arus, yaitu:
𝑉𝑟𝑚𝑠 = ∑1
𝑇∫ 𝑉2(𝑡)𝑑𝑡
𝑇
0…………………(2.4)
𝑉𝑟𝑚𝑠 = ∑1
𝑇∫ 𝐼2(𝑡)𝑑𝑡
𝑇
0 ……………………….(2.5)
20
2.4.3. Efek Harmonisa pada Peralatan Sistem Tenaga
Dalam sistem tenaga listrik, adanya harmonisa akan memberikan efek terhadap
peralatan. Efek tersebut tergantung pada sumber harmonisa, letak harmonisa dan
katakteristik jaringan listrik. Beberapa pengaruh yang disebabkan oleh harmonisa
diantaranya: kelebihan tegangan, interferensi sinyal, isolasi menjadi panas, dan
menjadikan peralatan menjadi panas.
Tabel 2.1 Pengaruh Harmonisa pada Peralatan Listrik
2.4.4. Standar Harmonisa
Standar harmonisa menunjukan batasan nilai distorsi harmonisa arus dan tegangan
yang digunakan untuk mengevaluasi harmonisa yang terjadi. Batasan harmonisa
arus ditentukan berdasarkan perbandingan arus hubung singkat terhadap arus beban
puncak fundamental pada PCC.
Urutan Pengaruh pada motor Pengaruh pada system distribusi
Positif (+)
Menimbulkan medan
magnet putar arah maju
(forward)
Panas
Nol (0)
Panas, menimbulkan arus pada
kawat netral.
Negatif (-)
Menimbulkan medan
magnet putar arah mundur
(reverse)
Panas, arah putaran motor
berubah
21
Sementara itu, batasan harmonisa tegangan ditentukan oleh tegangan sistem yang
digunakan. Berikut ini tabel standar harmonisa berdasarkan standar IEEE 519-
1992, yaitu
Tabel 2.2 Standar Batas Harmonisa Tegangan IEEE 519-1992
Standar Batas Harmonisa Tegangan
Tegangan Bus pada
PCC
Individual Voltage
Distortion(%)
Total Voltage
Distortion(%)
<69kV 3.0 5.0
69,001 kV-161 kV 1.5 2.5
>161,001 kV 1.0 1.5
Tabel 2.3 Standar Batas Harmonisa Arus (<69 kV) IEEE 519-1992
Standar Batas Harmonisa Arus (<69 kV)
ISC/IL <11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TDD
<20 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0
20<50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0
50<100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0
100<1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0
>1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0
22
Tabel 2.4 Standar Batas Harmonisa Arus (69 kV-161 kV) IEEE 519-1992
Standar Batas Harmonisa Arus (69 kV-161 kV)
ISC/IL <11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TDD
<20 2.0 1.0 0.75 0.3 0.15 2.5
20<50 3.5 1.75 1.25 0.5 0.25 4.0
50<100 5.0 2.25 2.0 0.75 0.35 6.0
100<1000 6.0 2.75 2.5 1.0 0.5 7.5
>1000 7.5 3.5 3.0 1.25 0.7 10.0
Tabel 2.5 Standar Batas Harmonisa Arus (>161 kV) IEEE 519-1992
Standar Batas Harmonisa Arus (>161 kV)
ISC/IL <11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TDD
<50 2.0 1.0 s0.75 0.3 0.15 2.5
≥50 3.0 1.5 1.15 0.45 0.22 3.75
23
BAB 3. METODELOGI PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dan penulisan laporan ini dimulai dari bulan Oktober- April dan
dilaksanakan di Lab Terpadu Teknik Elektro Universitas Lampung
3.2. Prosedur Penelitian
Dalam melakukan penelitian ini dilakukan beberapa tahapan-tahapan sebagai
berikut:
3.2.1. Pemilihan Topik Penelitian
Topik penelitian ini ditentukan berdasarkan diskusi yang dilakukan bersama dengan
dosen pembimbing. Dalam penelitian ini, judul yang disepakati adalah Rancang
Bangun Filter LCL pada Sistem On Grid Pembangit Listrik Tenaga Surya.
3.2.2. Studi Literatur
Studi literatur yang dilakukan dalam penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan
gambaran umum tentang hal-hal yang akan dibahas dalam penelitian dengan cara
mengumpulkan sebanyak-banyaknya referensi sebagai sumber informasi untuk
membantu dalam menyelesaikan masalah-masalah yang nanti akan penulis hadapi
24
dan juga untuk melihat seberapa jauh perbedaan yang dihasilkan. Adapun referensi
yang digunakan berupa handbook, ebook, dan jurnal-jurnal ilmiah.
3.2.3. Perancangan Rangkaian Sistem On Grid PLTS
Dalam merancang skematik rangkaian sistem on ini grid PLTS ini diperlukan
beberapa Instrumen utama yang diperlukan diantaranya trasformator sebagai
representasi dari tegangan PLN AC 220 volt, kemudian solar panel yang digunakan
sebagai sumber tegangan DC dan Grid Tie Inverter (GTI) yang difungsikan untuk
mengkonversi tegangan DC menjadi tegangan AC. Sedangkan alat ukur yang
digunakan dalam penelitian ini diantaranya multimeter, cos phi meter dan CLAMP
ON POWER HiTESTER.
Dalam melakukan pemodelan dan pengukuran penelitian ini dilakukan dua tahap
pemodelan rangkaian. Tahap pertama yaitu pemodelan dan pengukuran rangkaian
sistem on grid PLTS tanpa menggunakan filter dan diberikan beban non linier
berupa lampu LHE secara berkala Tahap ini dimaksudkan untuk mengetahui nilai
Total Harmonic Distortion (THD) yang diukur pada sisi beban. Sedangkan tahap
kedua yaitu pemodelan dan pengukuran rangkaian sistem on grid dengan
menggunakan filter LCL pada rangkaian. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui
tingkat keoptimalan filter LCL yang digunakan dalam mengurangi THD tegangan
akibat adanya distorsi tegangan. Adapun rangkaian skematik sistem on Grid PLTS
dapat dilihat pada gambar 3.1
25
Gambar 3.1 Rangkaian ekuivalen sistem on grid PLTS
Gambar 3.1 diatas merupakan rangkaian ekuivalen filter LCL pada sistem on grid
Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Pada gambar diatas, terdapat
photovoltaic sebagai sumber tegangan DC yang dihubungkan dengan Grid Tie
Inverter (GTI) agar dikonversi menjadi tegangan AC 220volt sehingga dapat
bekerja pada sistem on grid.
Kemudian keluaran dari GTI yang berupa tegangan AC 220volt dihubungkan
dengan sisi sekunder trafo 1:1 dan pada sisi primer trafo dihubungkan dengan
jaringan PLN. Fungsi trafo disini sebagai representasi jaringan PLN dengan arus
maksimal 2 Ampere. Selanjutnya, pada sisi sekunder trafo dihubungkan dengan
induktor (Lf) dan induktor Ll yang terhubung secara seri. Lalu terdapat beban yang
terhubung secara paralel dengan kapasitor (Cf).
26
3.2.4. Pemilihan dan Penentuan Parameter Instrumen
Adapun instrumen yang digunakan dalam merancangan rangkaian sistem on grid
ini diantaranya
1. Modul panel surya
Penelitian ini menggunakan 4 buah modul panel surya dua buah diantaranya merk
ICA solar dengan masing-masing daya maksimal (Pmax) sebesar 150 dan dua
lainnya merk SOLARWORLD dengan masing-masing daya maksimal (Pmax) 50
WP sehingga total daya keseluruhan sebesar 400WP.
Dibawah ini merupakan tabel karakterist dari modul panel surya merk ICAsolar dan
merk Solarworld
Tabel 3.1 karakteristik elektrik modul panel surya ICAsolar
Cell polycrystalline
Maximum power Pmax 150WP
Maximum power voltage Vmp 17.6V
Maximum power current Imp 8.53A
Short circuit voltage Isc 9.03A
Nominal operating cell temp NOCT 45°C±2°C
Maximum system Voltage 700VDC
Weight 11.1Kg
dimension 1470*670*30mm
Standard test Condition Temp=25°
AM=1.5 irradiance=1000W/m2
Tabel 3.2 Karakteristik elektrik modul panel surya Solarworld
Cell polycrystalline
Rated max. power Pmax 150WP
Open circuit Voltage VDC 22.1
Rated voltage VMPP 18.2V
Short circuit Currtent Isc 2.95 A
Rated current IMPP 2.75A
27
Power specification at STC: 1000W/m2 25°C, AM 1.5
Application Class A
Maximum system voltage Safety clas II 1000 VDC
2. Grid Tie Inverter (GTI)
Penggunaan Grid Tie Inverter dalam perancangan rangkaian ini adalah untuk
mengkonversi tegangan DC dari photovoltaic (PV) mejadi tegangan keluaran AC
agar dapat terhubung dengan beban AC dan langsung tersambung dengan jaringan
listrik PLN. Adapun GTI yang digunakan memiliki parameter seperti pada tabel
dibawah ini
Tabel 3.3 Parameter Grid Tie Inverter
Rated Power 1000watt
Solar Panels 36cell-Vmp:18-
21V:Voc:20-24V
60cells-Vmp:26-
30V:Voc:34-38V;
72cells-Vmp:35-
39V:Voc:42-46V
DC Input Range 10.8-30VDC 20-45VDC
MPPT Voltage 15-22VDC 24-38VDC
DC MAX.Current 70A 45A
AC Output 120VAC(90-140VAC)
230VAC(190-
260VAC)
Fequency 50HZ/60HZ(auto control)
Power Factor >98%
THD <5%
Phase Shift <2%
Efficiency 120vac(90=140vac)version
Peak Efficiency 85 88
Stable Efficiency 83 86
Efficiency 230VAC(190-260VAC)Version
Peak Efficiency 88 88
Stable Efficiency 83 86
Protection Islanding;Short-circuit;Low Voltage;Over Voltage;
Over Temperature Protection
Working Temperature -20°C-65°C
Working Humidity 0%~90%RH non-condensing
Water proof Indoor design
Show Luminous Diode (LED)
28
Cooling Fan
Stand-by Power <1W
EMC EN61000-6-3:2007 EN61000-6-1:2007
Grid Disturbance EN 50178+EN 62109-1+VDE0126-1-12
Grid Detection DIN VDE 1026 UL1741
3. Transformator
Transformator digunakan sebagai representasi dari jaringan PLN yang akan
dihubungkan secara langsung dengan PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya)
dengan daya sebesar 400WP. Adapun transformator yang digunakan memiliki
tegangan input dan outputnya yang sebanding yaitu sebesar 220volt sedangkan
daya maksimal sebesar 250 watt
4. Lampu Hemat Energi (LHE)
LHE pada rangkaian sistem on grid ini berjumlah 9 buah dengan besar daya tiap-
tiap LHE sebesar 25 Watt. Kesembilan LHE dipasang secara paralel terhadap
rangkaian sistem.
5. Filter LCL
Filter LCL termasuk kedalam kelompok filter pasif karena menggunakan
komponen pasif yaitu kapasitor dan induktor. Dalam menentukan nilai kapasitor
dan induktor yang dibutuhkan akan digunakan rumus dasar sebagai berikut:
𝐶 =1
2𝜋𝑓𝑋𝑐 ……………….(3.1)
29
𝐿 =1
(2𝜋𝑓)2𝐶 …………….(3.2)
Adapun penentuan parameter filter yang digunakan didapat dari perhitungan
dibawah ini
P : 225 watt
V : 235,5 volt
Cos 𝜑 : 0.8
𝑀𝑎𝑘𝑎 𝐼 =𝑃
𝑉 𝐶𝑂𝑆 𝜑=
225
235,3× 0.8= 1.194 𝐴
𝑆 = 𝑉 × 𝐼 = 235,5 × 1.194 = 281.187 𝑉𝐴
Untuk mendapatkan nilai kapasitor maka digunakan rumus
𝑋𝐶 =𝑉2
𝑄 dimana 𝑄 = √𝑆2 − 𝑃2 sehingga
𝑋𝐶 =235.52
√(281.187)2−(225)2= 328.85
Sehinga nilai kapasitor adalah
𝐶 =1
2𝜋𝑓𝑋𝑐=
1
2×3.14×50×328.85= 9.7 × 10−6
Maka didapat nilai kapasitor adalah 9.7 uF
30
Dan nilai induktor adalah
𝐿 =1
(2𝜋𝑓)2𝐶=
1
(2×3.14×50)2×9.7×10−6 = 1,1 𝐻
Sehingga nilai induktor yang diperlukan adalah 1.1 H
Dari perhitungan diatas maka untuk membuat filter LCL diperlukan dua buah
induktor dengan total nilai induktansi sebesar 1.1 H dan sebuah kapasitor dengan
nilai kapasitansi sebesar 9.7 uF. Adapun dua buah induktor yang dibuat penulis
berdasarkan nilai yang didapat dari hasil perhitungan masing-masing sebesar 0.7 H
dan 0.4 H. Apabila kedua induktor tersebut disusun secara seri maka nilai total
menjadi 1.1 H. jenis kapasitor sendiri penulis menggunakan kapasitor jenis
elektrolit dengan tegangan kerja 450 volt. Sedangkan untuk induktor, penulis
membuat sendiri menggunakan tembaga dengan ketebalan 0.5 mm dan toroida
sebagai intinya dengan diameter 5 mm.
3.2.5. Pengambilan data
Pengambilan data dilakukan melalui pengujian terhadap sistem on grid PLTS
sebelum dipasang dengan filter dan setelah dipasang filter LCL. Kedua kondisi ini
dilakukan menggunakan beban dengan berbagai variasi daya. Sebelumnya juga
dilakukan pengujian terhadap instrumen yang akan digunakan dalam pengukuran.
31
Alat ukur yang digunakan dalam pengujian ini yaitu CLAMP ON HiTESTER dan
sebuah osiloskop digital untuk menampilkan bentuk gelombang keluaran dari
sistem.
3.2.6. Pengolahan dan analisa data hasil penelitian
Pengolahan data dilakukan berdasarkan hasil dari pengujian yang sudah dilakukan
sebelumnya. Adapun data yang akan diolah berupa data arus, tegangan, daya dan
THD tegangan. Kemudian dilakukan analisa data hasil pengujian berdasarkan
pengolahan data yang sudah dilakukan sebelumnya.
3.1.1 Penarikan kesimpulan
Kesimpulan didapat dari pengolahan dan analisa data yang telah dilakukan
sebelumnya dan mengacu pada tujuan yang akan dicapai.
3.3. Blok Diagram Penelitian
Dalam melakukan proses penelitian ini dibuat blok diagram untuk mempermudah
dan meminimalisir kesalahan dalam proses pengujian dan pengambilan data.
Adapun blok diagram dalam penelitian ini ditunjukkan pada gambar 3.2 dan
gambar 3.3.
Gambar 3.2 Blok diagram pengukuran harmonisa tanpa filter
32
Gambar 3.2 merupakan blok diagaram pengukuran harmonisa tepatnya untuk
melihat gelombang keluaran pada osiloskop sebelum dipasang filter LCL. Adapun
alat ukur yang dipasang yaitu sebuah osiloskop digital yang digunakan untuk
menampilkan bentuk gelombang keluaran dan CLAMP ON hiTESTER merk
HIOKI untuk menampilkan tegangan harmonisa setiap orde.Adapun alat ukur
tersebut dipasang diantara sumber dan beban secara paralel.
Gambar 3.3 Blok diagram pengukuran harmonisa dengan filter
Gambar 3.3 diatas merupakan blok diagram pengukuran harmonisa yang sudah
dipasang filter pada sistem on grid. Berbeda dengan blok diagram pada gambar 3.2
sebelumnya, pada tahap ini, alat ukur berupa osiloskop dan CLAMP ON hiTESTER
diletakkan setelah rangkaian filter LCL.
3.4. Flowchart Penelitian
Dalam melakukan proses penelitian, maka dibuat diagram alir penelitian seperti
pada gambar 3.4.
33
Mulai
Studi Literatur
Perancangan sisitem on
grid
Perancangan Filter
LCL
Pengujian filter LCL
pada sistem on grid
Pengambilan dan
pengolahan data
Analisis data
Selesai
tidak
ya
Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian
52
BAB 5. KESIMPULAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil dan pembahasan penelitian yang dilakukan tentang rancang
bangun filter LCL pada sistem on grid Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS),
maka dapat diperuleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Pemasangan filter LCL pada sistem on grid Pembangkit Listrik Tenaga Surya
(PLTS) dapat mengurangi distorsi tegangan yang timbul akibat pemakaian
beban non linier
2. Nilai THDv pada sistem on grid Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) pada
beban non linier sebelum dipasang filter LCL sebesar 13, 71% dan nilai THDv
setelah dipasang filter sebesar 8.81 %.
3. Pemasangan filter LCL pada sistem on grid Pembangkit Listrik Tenaga Surya
(PLTS) dapat mengurangi THDv sebesar 4.9 % saat beban non linier yaitu 225
watt sedangkan pada saat beban non linier rendah, THDv berkurang sebesar
2.82 %
53
5.2. Saran
1. Untuk penelitian selanjutnya, diharapkan perancangan filter LCL dilakukan
dengan teliti dan cermat sehingga THDv pada sistem yang diperoleh lebih
akurat
2. Untuk pembaharuan sistem, sebaiknya peneitian dilanjutkan dengan
pemakaian beban non linier selain LHE
DAFTAR PUSTAKA
[1] A.E.W.H. Kahlane, L. Hassaine and M. Kherchi.2015.” LCL Filter
Design for Photovoltaic grid connected system”, The Sixth
International Renewable Energy Congress, Sousse, Tunisia.pp 227-
232.
[2] Albachrony, M Arief.2011.pemodelan dan verifikasi karakteristik
modul sel surya berbasis labview.(Skripsi).Universitas
Indonesia.Depok
[3] Aviyudi.2014. Perancangan filter LCL untuk aplikasi pada inverter satu
fasa keluaran photovoltaic (Skripsi). Universitas Andalas.Padang.55
pp.
[4] Guohong Zeng, Tonny W. Rasmussen, Lin Ma, and Remus
Teodorescu.2010.”Design and Control of LCL-Filter with Active
Damping for Active Power Filter”,IEEE International Symposium on
Industrial Electronics,Bari,Italy.
[5] Hart, Daniel W.2011.Power Electronic.McGraw-Hill Companies,
New York. 477 hlm.
[6] Hasan Ma’aarif, Tirza Damayanti, Faizal Arya Samman, dan
Gassing.2016.”Analisis dan Desain Filter Pasif untuk Inverter Satu-
Fasa melalui Pengujian Beban Variabel Resistif , Prosiding Seminar
Nasional Teknik Energi dan Ketenagalistrikan SNTEK. Makassar.pp
29-35.
[7] Lettl Jirri, Jan Bauer, and Libor Linhart.2011”Comparison of
Different Filter Types for Grid Connected.”PIERS Proceedings,
Marrakesh,Marroco.
[8] Luque,Antonio. 2003. Handbook Photovoltaic Science and
Engineering. New York: John Wiley & Sons, Inc.
[9] Raga,Aji P.2017.Simulasi dan analisa gelombang harmonisa
multilevel inverter satu fasa tipe H-Bridge.(Skripsi).Universitas
Lampung. Bandarlampung.pp.9-12
[10] Rashid, Muhammad H. 2004. Power Electronics: circuits,devices, and
applications third edition.Prentice Hall, New Jersey. 912 hlm.