aplikasi boost converter

5/27/2018 Aplikasi Boost Converter

1/3

IES 2005 Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - ITS

Aplikasi Boost Converter untuk Alat Bantu Sistem Penyimpan Energi pada

Sistem Pembangkit Listrik Hibrid

Novie Ayub Windarko, Suryono, Agus IGJurusan Teknik Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

Tel.+62-32-5947280E-mail : [email protected]

Abstrak

Pada makalah ini dibahas tentang Boost Converteryang diaplikasikan pada sistem pembangkit listrik hibrid,

yang terdiri dari pembangkit listrik energi angin danenergi surya. Karakteristik angin yang berubah-ubah

menyebabkan tegangan output alternator menjadi tidakkonstan. Dengan menggunakan Boost Converter,tegangan alternator yang telah disearahkan dinaikkanmenjadi 48V konstan. Dari hasil percobaan didapatkan

tegangan output alternator dapat dinaikkan menjadi48V bila tegangan alternator minimal sebesar 6V.

Sehingga Energi listrik yang terbangkitkan lebih banyakyang dapat disimpan dalam penyimpan energi.

Kata kunci :Boost Converter, pembangkit listrik hibrid

1. PendahuluanKebutuhan energi listrik pada dekade terakhirsemakin meningkat. Sebagian besar daripembangkit listrik yang ada, menggunakan bahan bakarfosil sebagai penggerak turbin. Dengan cadangan bahan

bakar fosil yang semakin sedikit, harga bahan bakarmenjadi semakin mahal. Beberapa peneliti telahmencoba untuk menggunakan energi terbaharukansebagai alternatif pembangkit energi listrik diantaranya:energi surya [1], energi angin [2], gabungan tenagadiesel dan energi angin [3], gabungan energi surya dan

energi angin [4].

Pada pembangkit listrik energi surya, peralatan

utama yang digunakan untuk mengkonversi energiadalah photovoltaic (PV). Dari data-data yang ada [5]efisiensi terbesar dari PV untuk melakukan konversienergi sebesar 25%, yaitu type Thick CrystallineMaterials dengan bahan Gallium Arsenide (GaAs).Dengan efisiensi maksimal sebesar 25%, pembangkitanenergi listrik menggunakan PV relatif mahal, oleh sebab

itu perlu digabungkan dengan jenis pembangkit lainnya.Salah satu alternatifnya adalah dengan pembangkitlistrik energi angin. Khususnya di Indonesia, dengangaris pantai yang panjang, penggunaan dua jenispembangkit listrik ini dinilai sangat memungkinkan.

Permasalahan pada pembangkit energi angin adalahsifat kecepatan angin yang tidak tentu. Dengan

kecepatan yang senantiasa berubah-ubah, teganganoutput alternator juga berubah-ubah. Apabila teganganinput pada penyimpan energi dibawah rating makapenyimpanan energi tidak dapat dilakukan. Untukmengatasi hal ini diantaranya dilakukan denganmemberi pemutus daya pada penyimpan energi [6].

Pada penelitian ini untuk mengatasi perubahantegangan output alternator, maka diantara penyimpanenergi dan alternator dihubungkan dengan Boost

Converter. Dengan pemasangan Boost Converter ini,maka output tegangan alternator yang berubah-ubahdiinputkan pada Boost Converter sehingga teganganyang diberikan pada penyimpan energi konstan padategangan 48VDC. Dari hasil eksperimen menunjukkanBoost Converter dapat bekerja dengan baik sampai

tegangan output alternator bernilai 6VDC. SehinggaEnergi listrik yang terbangkitkan lebih banyak yangdapat disimpan dalam penyimpan energi.

2. Sistem Pembangkit Listrik HibridPada gambar 1 menunjukkan sistem pembangkit

tenaga listrik hibrid.

Penyimpan

Energi

BusBar

Wind Turbine

_+

PV Array

Gambar 1. Sistem pembangkit tenaga listrik hibrid

Pada gambar diatas tampak bahwa energi listrik yangdibangkitkan dari energi angin dan energi surya,

disimpan dalam penyimpan energi.Pembangkit listrik hibrid yang digunakan terdiri

dari pembangkit energi angin dan energi surya.Tegangan output dari PV dapat diharapkan konstan,tetapi output tegangan alternator dari wind turbineberubah sesuai dengan kecepatan angin. Untukmengatasi hal ini maka diperlukan Boost Converter

untuk membuat tegangan konstan pada nilai 48VDC.

26


2/3


PV Array

Gambar 2. Sistem pembangkit tenaga listrik hibridyang digunakan

3. Prinsip Kerja Pengisian Penyimpan Energi

Gambar dibawah ini menunjukkan gambar

rangkaian dasar pengisian energi pada penyimpanEnergi.

Gambar 3. Prinsip pengisian penyimpan energi

Pengisian energi dapat dilakukan apabila Vchargelebih besar dari Vbatt. Sehingga arus akan mengalir ke

penyimpan energi. Apabila Vbatt lebih besar dariVcharge maka arus akan mengalir keluar daripenyimpan energi. Besar arus dapat ditentukan denganrumusan:

RBatt

eVchVBattI

arg= (1)

dimana Rbatt adalah tahanan dalam penyimpan energi.

4. Prinsip Kerja Boost Converter

Gambar dibawah ini menunjukkan gambar

rangkaian dasar Boost Converter.

Gambar 4.Rangkaian dasar Boost Converter

Prinsip kerja dari boost konverter ini terbagimenjadi 2 mode yaitu :

Mode 1Mode 1 dimulai ketika M1

di on-kan pada t = 0.Arus masukan yang meningkat mengalir melalui

induktor L dan Sw. Karena tegangan pada kapasitormasih 0 sehingga beban tidak mendapat suplaitegangan saat M1pertama kali di on-kan.

_

Boost

Converter

Wind Turbine

BusBar

+

48V DC

Penyimpan

Energi

Gambar 5.Rangkaian Ekivalen Mode 1

Mode 2Mode 2 dimulai pada saat M1 di off-kan pada t = t1.

Arus yang mengalir melalui Sw akan mengalirmelalui L, C, beban, dan diode Dm. Arus induktorakan turun sampai transistor di on-kan kembali padasiklus lebih lanjut. Energi yang tersimpan padainduktor L dipindahkan ke beban.

Gambar 6.Rangkaian Ekivalen Mode 2Penyimpan energi

Dan ketika Swdi on-kan kembali maka arus padainduktor L akan meningkat dan energi yang tersimpanpada kapasitor C akan mengalir ke beban, sehinggaaliran tegangan yang mengalir ke beban tidak akan

pernah terputus / kontinyu. Sehingga tegangan rata-ratadari Boost Konverter dapata dirumuskan seperti dibawahini:

k

VsVo

=

1 (2)

21

1

tt

tk

+

= (3)

dimana:

Vo= Tegangan Output, VVs = Tegangan Input, V

k = Duty Cyclet1 = waktu untuk mode 1, detik

t2 = waktu untuk mode 2, detik

Dengan mengatur besarnya duty cycle, k, padaSwitch SW maka tegangan pada sisi penyimpan energidapat diatur konstan sebesar 48VDC.

5. Hasil Eksperimen

Untuk Eksperimen berikut ini data-data Boost

Konverter.

27


3/3


28

Tabel 1.Data-Data Boost Converter 6. Kesimpulan

Makalah ini menjelaskan tentang penggunaan BoostConverter pada sistem pembangkit listrik hibrid.Pembangkit listrik energi angin menghasilkan teganganoutput yang berubah-ubah. Boost Converter digunakanuntuk menghasilkan tegangan konstan yang diinputkan

pada energi storage. Dari hasil pengujian, tegangan inputmasih dapat dinaikkan menjadi 48VDC bila teganganminimal 6VDC. Dengan hasil ini energi listrik yangdibangkitkan dapat lebih banyak disimpan dalampenyimpan energi.

Komponen Besaran

Switch

Induktor

Kapasitor

Frek Switching

Mosfet IRFP450, 500V 14A

5.8mH

330uF, 400V

20kHz

Dari hasil ekesperimen, pengujian dilakukan denganmengubah-ubah tegangan input dari range 24V sampai5V. Berikut ini hasil pengujian dengan tegangan berubah.

Daftar PustakaTabel 2.Hasil Pengujian

[1] Eftichios Koutroulis, Kostas Kalaitzakis, andNicholas C. Voulgaris, Development of amicrocontroller-based, Photovoltaic MaximumPower Point Tracking Control Systems, IEEE

Trans. On Power Electronics, Vol 16 No1, January2001, pp 46-54.

Vs (V) Vo(V)

24 48

20 48

16 4812 48

8 48

6 48

5 47

[2] Kalaitzakis K.C., Vachtsevanos G.J.,"Power Optimization of Wind Electric ConversionSystems Integrated into the Utility Grid",Wind Engineering, vol. VI, No 1, 1982, pp. 24-36.

[3] E. Muljadi, H E McKenna, Power Quality Issuesin a Hybrid Power System, IEEE-IAS 2001Conferece, Chicago, Illinois, 2001.

[4] Agus Indra G, Yahya CA, Suryono, Sumber EnergiListrik Dengan Menggunakan Topology EnergyStorage Untuk Memperbaiki Kualitas Daya,Industrial Electronics Seminar IES 2003, PENS-

ITS Surabaya, 2003

0V

[5] PV Power Resource Site, Photovoltaics:Sustainable Power for the World,http://www.pvpower.com/

[6] Yahya CA., Agus Indra G, Nanga Wahyudi, SistemEnergi Storage untuk menggantikan fungsi

Governor dan AVR pada system pembangkit listrikskala kecil(Disain Kincir Angin), Seminar ProyekAkhir PENS-ITS, 2004Gambar 7.Tegangan Input 24V, V/Div 10V, Time/Div

0,1msNovie Ayub Windarko lahir di Surabaya pada tahun

1975. Memperoleh gelar Sarjana Teknik pada jurusanTeknik Elektro pada tahun 1999 dan saat ini sedang

mengambil program magister teknik (MT) di InstiitutTeknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya..Mengajar

pada jurusan Teknik Elektro Industri, PoliteknikElektronika Negeri Surabaya. Bidang penelitian yang

ditekuni adalah Power Quality.0V

Gambar 8.Tegangan Input 48V, V/Div 20V, Time/Div

0,1ms
http://www.elci.tuc.gr/downloads/Kalaitzakis/J.01.pdfhttp://www.elci.tuc.gr/downloads/Kalaitzakis/J.01.pdfhttp://www.elci.tuc.gr/downloads/Kalaitzakis/J.01.pdfhttp://www.elci.tuc.gr/downloads/Kalaitzakis/J.01.pdfhttp://www.pvpower.com/http://www.pvpower.com/http://www.elci.tuc.gr/downloads/Kalaitzakis/J.01.pdfhttp://www.elci.tuc.gr/downloads/Kalaitzakis/J.01.pdfhttp://www.elci.tuc.gr/downloads/Kalaitzakis/J.01.pdfhttp://www.elci.tuc.gr/downloads/Kalaitzakis/J.01.pdfhttp://www.elci.tuc.gr/downloads/Kalaitzakis/J.01.pdf

aplikasi boost converter

Documents