Elektronika Daya untuk Sumber Energi Terbarukan
Kesepakatan pengurangan gas rumah kaca global emisi telah mendorong minat baru dalam energi terbarukan untuk semua sistem di seluruh dunia. Banyak teknologi energi terbarukan saat ini yang berkembang dengan baik, dapat diandalkan, dan biaya yang kompetitif dengan generator bahan bakar konvensional. Biaya teknologi energi terbarukan pada tren sekarang akan mengalamipenurunan dan diperkirakan akan jatuh lebih jauh karena permintaan dan produksi meningkat. Meskipun Ada banyak terbarukan sumber energi seperti biomassa, surya, angin, mini hydro, dan kekuatan pasang surut. Namun, surya dan energi angin sistem memanfaatkan teknologi canggihelektronik dan listrik, Oleh karena itu fokus dalam bab ini akan berada di surya fotovoltaik dantenaga angin.
diantara semua pilihan energi, tenaga angin adalah sebuah energi yang sangat cepat berkembang di dekade terakhir ini, kapasitar daya yang di hasilkan sangat besar. Biaya per unit pembangkit tenaga angin cukup sebandng dengan power konvensional. Generator turbin angin yang digunakan dalam aplikasi yang berdiri sendiri pengisian baterai, dalam kombinasi dengan generator bahan bakar fosil sebagai bagian dari sistem hibrida, dan sebagai grid-connected sistem. Sebagai hasil dari kemajuan dalam blade design, generator, elektronika daya, dan sistem kontrol, telah memungkinkan untuk meningkatkan secara dramatis ketersediaan skala besar tenaga angin. Banyak Generator angin
generator sekarang menggabungkan mekanisme kontrol kecepatan seperti blade pitch kontrol atau konverter penggunaan! inverter untuk mengatur daya output dari turbin angin kecepatan variabel. dalam Bagian 23,3, kita membahas aspek pengkondisian listrik dan kekuatan konversi energi sistem angin.
Elektronika Daya untuk sistem tenaga Photovoltaic
A. Basics of Photovoltaics
Kepadatan daya yang dipancarkan dari matahari (disebut sebagai ''energi'' matahari konstan) diatmosfer luar adalah 1.373kW m2. Bagian dari energi ini diserap dan tersebar oleh atmosfer bumi.Sinar matahari insiden pada akhir Permukaan bumi memiliki kerapatan puncak 1kW m2 pada siang hari! dalam tropis. Teknologi photovoltaic (PV) pada dasarnya berkaitan dengan konversi energi inimenjadi berguna listrik form. Elemen dasar dari sistem PV adalah solar cell. Sel surya dapatmengubah energi sinar matahari secara langsung menjadi listrik.
prinsip kerja sebuah solar cell
Sejumlah bahan semikonduktor yang cocok untuk pembuatan sel surya. Yang paling umum jenismenggunakan silikon bahan semikonduktor (Si) adalah:
- Monocrystalline Si sel
- Polycrystalline Si sel
- Sel Si Amorf
B. Types of PV Power Systems
sistem tenaga photovoltaic dapat di klsifikasikan sebgai berikut
Stand-alone PV sistem, yang ditunjukkan pada Gambar. a, digunakan dalam daerah-daerah terpencil yang tidak memiliki akses ke jaringan utilitas. biasa daya sistem yang digunakan di daerah terpencil sering didasarkan pada manual generator diesel dikendalikan beroperasi terus menerus atau untuk beberapa jam. Diperpanjang pengoperasian generator diesel pada beban rendah tingkat signifikan meningkatkan biaya pemeliharaan dan mengurangi masa manfaatnya kehidupan. Sumber energi terbarukan seperti PV dapat ditambahkan ke sistem tenaga daerah terpencil dengan menggunakan diesel dan lainnya bahan bakar fosil generator bertenaga untuk menyediakan 24-jam listrik ekonomis dan efisien. Sistem seperti ini disebut'' sistem energi hybrid.'' Gambar b menunjukkan skematis dari PV- diesel hybrid system. Dalam grid-connected sistem PV, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. c, panel PV yang terhubung ke jaringan melalui inverter tanpa penyimpanan baterai. Sistem ini dapat diklasifikasikan sebagai sistem yang kecil, seperti sistem atap perumahan atau besar grid-connected sistem. Grid interaktif inverter harus disinkronkan
Stand Alone PV system atau Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Terpusat (PLTS-Terpusat) merupakan sistem pembangkit listrik alternatif untuk daerah-daerah terpencil/pedesaan yang tidak terjangkau oleh jaringan PLN. Sistem PLTS Sistem Terpusat disebut juga Stand-Alone PV system yaitu sistem pembangkit listrik yang hanya mengandalkan energi matahari sebagai satu-satunya sumber energi utama dengan menggunakan rangkaian photovoltaic module untuk menghasilkan energi listrik sesuai dengan kebutuhan.
Secara umum Konfigurasi PLTS Sistem Terpusat dapat dilihat seperti terlihat blok diagram dibawah:
Prinsip Kerja PLTS Sistem Terpusat dapat diuraikan sebagai berikut:
1. Pada PLTS Sistem Terpusat ini, sumber energi energi listrik yang dihasilkan oleh Modul Surya (PV) pada siang hari akan disimpan dalam baterai. Proses pengisian energi listrik dari PV ke baterai diatur oleh Solar Charge kontroler agar tidak terjadi over charge. Besar energi yang dihasilkan oleh PV sangat tergantung kepada intensitas penyinaran matahari yang diterima oleh PV dan efisiensi cell. Intensitas matahari maksimum mencapai 1000 Watt/m2, dengan efisiensi cell 14% maka daya yang dapat dihasilkan oleh PV adalah sebesar 140 Watt/m2.
2. Selanjutnya energi yang tersimpan dalam baterai digunakan untuk menyuplai beban melalui Inverter saat dibutuhkan. Inverter mengubah tegangan DC pada sisi baterai menjadi tegangan AC pada sisi beban.
PV Diesel Sistem Fotovoltaik-diesel sistem energi hybrid menghasilkan listrik ac dengan menggabungkan array fotovoltaik dengan inverter, yang dapat beroperasi secara bergantian atau bersamaan dengan konvensional mesin-driven generator. Mereka dapat diklasifikasikan menurutkonfigurasi mereka sebagai berikut [8]:
1. Seri hybrid sistem energi
2. Switched sistem energi hybrid
3. Paralel sistem energi hybrid
Sistem grid-connected dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
1. Rooftop aplikasi grid-connected sistem PV
2.Sistem Utilitas-skala besar
C. Stand Alone PV system
Dua aplikasi utama Stand-lone PV system adalah:
- Battery charging
- Solar water pumping
1. Battery Charging
Faktor-faktor berikut dipertimbangkan dalam pemilihan baterai untuk aplikasi PV [1]:
- Deep discharge (debit 70-80 kedalaman)
- Pengisian rendah pemakaian arus!
- Long duration charge (lambat) dan discahrge (long duty cicle)
- Tidak teratur dan bervariasi muatan! Debit
- Rendah diri-discharge
- long life time
- persyaratan pemeliharaan rendah
- Energi tinggi penyimpanan efisiensi
- biaya rendah
2. Inverters for Stand-Alone PV Systems
inverter untuk sistem fotovoltaik berdiri sendiri harus memiliki fitur sebagai berikut:
- Tegangan sinusoidal keluaran
- Tegangan dan frekuensi dalam batas-batas yang diijinkan
-kabel untuk menangani variasi besar dalam tegangan input
- Output tegangan regulasi
- Efisiensi tinggi pada beban ringan
- Kurang harmonik generasi oleh inverter untuk menghindarikerusakan peralatan elektronik seperti televisi, tambahan kerugian, dan pemanasan peralatan
- Kemampuan menahan overloading untuk jangka pendek untuk mengambil mengurus arus awal yang lebih tinggi dari pompa, lemari es, dan lain-lain
- Memadai perlindungan pengaturan untuk lebih! Undervoltage
dan frekuensi, arus pendek, dll
- Surge kapasitas
- Rendah pemalasan dan tidak ada kerugian beban
- Tegangan baterai rendah lepaskan
- Rendah audio dan noise RF
4. PV- Diesel System
Fotovoltaik-diesel sistem energi hybrid menghasilkan listrik ac dengan menggabungkan array fotovoltaik dengan inverter, yang dapat beroperasi secara bergantian atau bersamaan dengan konvensional mesin-driven generator. Mereka dapat diklasifikasikan menurut konfigurasi mereka sebagai berikut [8]:
a. Seri hybrid sistem energi
b. Switched sistem energi hybrid
c. Paralel sistem energi hybrid
Sebuah gambaran dari sistem tiga paling umum adalah topologi disajikan oleh Bower [9]. Dalam perbandingan berikut, khas PV-diesel konfigurasi sistem dijelaskan sebgai berikut.
seri Hybrid sistem Energi
switched sistem energi hybrid
paralel sistem energi hybrid
2.5 Grid Connected System
Utilitas interaktif inverter tidak hanya kondisi daya output dari array fotovoltaik tetapi memastikan bahwa PV output sistem sepenuhnya disinkronkan dengan listrik. Sistem ini bisa batteryless atau dengan baterai cadangan. Sistem dengan penyimpanan baterai (atau roda gila) memberikan tambahan power-supply kehandalan. Sambungan grid photovoltaic sistem adalah mengumpulkan momentum karena rebate berbagai insentif skema. Sistem ini memungkinkan konsumen untuk memberi makan nya beban sendiri memanfaatkan energi matahari yang tersedia, dan surplus energi dapat disuntikkan ke dalam grid di bawah energi buy-back skema untuk mengurangi periode payback. Grid-terhubung PV sistem dapat menjadi bagian dari sistem utilitas. kontribusi tenaga surya tergantung pada ukuran sistem dan beban kurva dari rumah. Ketika sistem PV terintegrasi dengan jaringan utilitas, aliran listrik dua arah didirikan. utilitas grid akan menyerap listrik PV berlebih dan akan memberi makan rumah di malam dan di instants ketika listrik PV tidak memadai. itu perusahaan utilitas yang mendorong skema ini di banyak bagian dari dunia. Sistem grid-connected dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
- Rooftop aplikasi grid-connected PV sistem
- Sistem Utilitas-skala besar
