Volume  12  No.1 Januari 2020 ISSN : 2085 – 1669 e-ISSN : 2460 – 0288 Website : jurnal.umj.ac.id/index.php/jurtek Email :  jurnalteknologi@umj.ac.id

## U  N  I  V  E  R  S  I  T  A  S   M  U  H  A  M  M  A  D  I  Y  A  H   J  A  K  A  R  T  A

## PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI AWAL SOLAR INVERTER UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA OFF GRID
Levin Halim 1,* , Oetomo 1
1 Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan,
Jl. Ciumbuleuit No.94 Bandung, 40141
*Email: halimlevin@unpar.ac.id
Diterima: 28 April 2019 Direvisi: 13 Agustus 2019 Disetujui: 09 Desember 2019

## ABSTRAK
Solar  Inverter  merupakan  salah  satu  komponen  utama  pada  sistem  PLTS  agar  dapat  menghasilkan  daya  yang dapat dikonsumsi oleh beban-beban yang ada. Solar Inverter berperan untuk mengubah energi listrik DC, yang intermittent dari PLTS, menjadi  AC untuk suplai ke arah beban. Hal ini menjadikan solar inverter beserta sistem kendali  untuk  menghasilkan  AC  yang  diinginkan  merupakan  hal  yang  esensial  pada  sistem  PLTS.  Pada penelitian  ini,  akan  dirancang  dan  dibuat  sebuah  teknologi  tepat  guna  berupa  solar  inverter  yang  kemudian dibandingkan dengan inverter yang dipakai pada sistem PLTS off-grid. Solar Inverter yang dibuat akan memiliki fitur pure-sine, dan memiliki regulasi output yang baik sebagaimanapun input dari solar inverter tersebut. Hasil pembuatan  solar  inverter  tersebut  akan  dibandingkan  dengan  inverter  yang  ada  di  pasaran  untuk  kemudian dibandingkan performanya pada sistem PLTS Off-Grid.
Kata kunci: Inverter, PLTS Off-Grid, Solar Inverter, Konversi Energi

## ABSTRACT
Solar Inverter is one of the main components in the PV Power Plant system in order to produce power that can be  consumed  by  existing  loads.  Solar  Inverters  play  a  role  in  converting  DC  electrical  energy,  which  is intermittent from PV Solar Cell, to become an AC to supply the load. This makes solar inverters and its control systems which have to produce the desired AC power is very essential for PV Power Plant system. In this study, an  appropriate  technology  will  be  designed  and  made  in  the  form  of  solar  inverters..  Solar  Inverters  which  is made  will  have  pure-sine  features,  and  have  good  output  regulation  no  matter  what  input  from  the  solar inverter.  The  results  of  the  manufacture  of  solar  inverters  will  be  compared  with  the  existing  inverter  in  the market for later performance compared to the Off-Grid PV Power Plant.
Keywords : Inverter, PLTS Off-Grid, Solar Inverter, Energy Conversion

## PENDAHULUAN
Kebutuhan  akan  energi  listrik  dari  sumber energi  primer  terbarukan  menjadi  sangat meningkat.  Energi  listrik  di Indonesia, terutama  di  Jawa-Bali  pada  tahun  2016 berdasarkan  pada  (Indonesia,  2016)  dan (Diniardi, Ramadhan, Fithriyah, & Dermawan, 2018) sebagian besar energi listrik berasal dari
bahan  bakar  fosil  yang  dihasilkan  oleh Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  sekitar  lebih dari 50%.
Pembangkitan  energi  listrik  dari  bahan  bakar fosil  akan  menghasilkan  gas  karbon  yang menjadi  penyebab  efek  rumah  kaca.  Terlebih lagi,  sebagian  besar  energi  listrik  di  dunia, terutama yang dihasilkan dari energi
nuklir.Sejak  terjadinya  kecelakaan  reaktor nuklir  di  Fukushima,  Jepang,  banyak  proyek- proyek  pembangkit  listrik  tenaga  nuklir  yang dihentikan  atau  dimatikan  lebih  awal  dari jadwal  COD  (Commercial  Operation  Date) ketika  PLTN  tersebut  masih  dalam  tahap konstruksi.Salah  satu  dari  sumber  energi terbarukan yang paling mudah untuk dikonversikan  menjadi  energi  listrik  adalah sumber  energi  dari  tenaga  surya  dengan menggunakan sistem pembangkit listrik tenaga surya (PLTS).
Matahari  merupakan  sumber  energi  yang ramah  lingkungan  dan  terbarukan.  Jumlah radiasi  sinar  matahari  yang  dihasilkan  oleh matahari sangatlah besar sehingga  menjadikan PLTS  menjadi  alternatif  sumber  energi terbarukan yang sangat menjanjikan. Namun, sebagai pembangkit listrik yang bersih dan  terbarukan,  listrik  yang  dihasilkan  oleh PLTS  berlimpah  pada  siang  hari  ketika  beban listrik yang dibutuhkan tidak terlalu besar. PLTS  memanfaatkan  teknologi  fotovoltaik pada  solar  cell  yang  mengkonversikan  radiasi sinar  matahari  dan  temperatur  menjadi  arus listrik.  Namun,  energi  listrik  yang  dihasilkan oleh  Sistem  PLTS  tersebut  membutuhkan sebuah  sistem  kendali  dan  sebuah  solar inverter  untuk  dapat  menghasilkan  arus  listrik yang  dapat  dipakai  pada  beban-beban  listrik yang ada (beban Alternating Current – AC). Solar Inverter merupakan salah satu komponen utama pada sistem PLTS agar dapat menghasilkan  daya  yang  dapat  dikonsumsi oleh  beban-beban  yang  ada.  Solar  Inverter berperan  untuk  mengubah  energi  listrik  DC, yang  intermittent  dari  PLTS,  menjadi  AC untuk suplai ke arah beban. Hal ini menjadikan solar  inverter  beserta  sistem  kendali  untuk menghasilkan AC yang diinginkan  merupakan hal yang esensial pada sistem PLTS. Teknologi Solar  Inverter  telah  dibahas  pada  beberapa referensi  (Fujita,  2010;  González,  Gubía, López,  &  Marroyo,  2008;  L.  Hassaine,  Olias, Quintero,  &  Haddadi,  2009;  M.  Fortunato, Giustiniani,  Petrone,  Spagnuolo,  &  Vitelli, 2008;  Myrzik  &  Calais,  2003;  Razi  & Monfared,  2016;  S.  B.  Kjær,  2005)  dan (Schauder,  2012;  Shimizu,  Hashimoto,  & Kimura, 2003).
Pada penelitian ini, akan dirancang dan dibuat sebuah  teknologi  tepat  guna  berupa  solar inverter  yang  kemudian  dibandingkan  dengan inverter  yang  dipakai  pada  sistem  PLTS  off-
grid seperti yang telah didesain pada (Halim & Naa,  2016).  Solar  Inverter  yang  dibuat  akan memiliki fitur pure-sine, dan memiliki regulasi output  yang  baik  sebagaimanapun  input  dari solar  inverter  tersebut.  Ukuran  kuantitatif daripada  penelitian  ini  merupakan  terbuatnya sebuah  teknologi  tepat  guna  berupa  solar inverter  yang  dapat  diaplikasikan  pada  sistem PLTS  off-grid.  Penelitian  akan  menghasilkan capaian  teknologi  tepat  guna  dan  makalah untuk jurnal nasional tidak terakreditasi.

## METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  desain, pembuatan,  serta  implementasi  nyata  solar inverter  pada  sistem  PLTS  Off-grid.  Sehingga Gambar  1  merupakan  diagram  alir  untuk metode penelitian yang dilakukan.
Start Evaluasi Desain Perbaikan Desain A Sudah Cukup Belum Cukup B End Desain Solar Inverter Implementasi Solar Inveter pada PLTS Off-Grid Evaluasi Solar Inverter Improvement B Sudah Cukup Belum Cukup Pembuatan Solar Inverter A Penulisan Laporan
Gambar 1. Diagram Alir Metodologi Penelitian

## Desain Solar Inverter
Solar  Inverter yang  akan  diimplementasikan memiliki  fungsi  tertentu  yaitu  mengkonversi tegangan  DC  yang  bervariasi  akibat  keluaran dari  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  yang intermittent .  Untuk  dapat  dengan  mudah mensuplai  beban  yang  ada  (umumnya  beban AC), diperlukan suatu perangkat solar inverter khusus yang dapat mengkonversi tegangan DC yang  bervariasi,  menjadi  tegangan  AC  yang terregulasi dengan baik.
Inverter di-desain secara khusus untuk aplikasi pada  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya Off- Grid dan akan memiliki fitur sebagai berikut:
 Pure Sine-Wave Output
Inverter akan menghasilkan tegangan output yang murni sinusoidal. Hal ini
Jurnal Teknologi 12 (1) pp 31-38 © 2020
dilakukan agar output dari inverter tersebut tidak merusak peralatan yang cukup sensitif terhadap bentuk gelombang dari tegangan-nya (seperti motor listrik).
 Regulasi Input Hal  ini  dilakukan  agar  mendapatkan tegangan  AC  220  V  pada  sisi  output berapapun inverter ini  dibebani  serta berapapun tegangan input yang dihasilkan
Pembuatan Solar Inverter untuk PLTS Off- Grid Solar  Inverter kemudian  akan  dibuat  secara khusus  untuk  sebuah  sistem  PLTS off-grid yang  telah  ada.  Pembuatan  dilakukan  dengan konfigurasi sistem kendali yang telah di-desain sebelumnya  agar  fitur-fitur  yang  diinginkan untuk solar  inverter tersebut  tercapai  dengan baik.
Topologi  dari solar  inverter yang  akan  dibuat berdasarkan  pada  topologi  umum  yang  dari inverter tersebut yang ditunjukkan Gambar 1.
Gambar 1. Topologi Inverter
Solar inverter yang merupakan aplikasi khusus inverter pada  PLTS  yang  akan  dirancang, dilakukan  dengan  menggunakan  topologi umum  inverter  tersebut  dan  dimodifikasi sedemikian rupa agar dapat mendapatkan fitur- fitur  yang  diinginkan  sesuai  dengan  hasil desain  dari solar  inverter yang  dilakukan sebelumnya.
Evaluasi terhadap Solar Inverter Solar  inverter yang  telah  dibuat  berdasarkan desain  yang  telah  dilakukan  sebelumnya kemudian  dievaluasi.  Evaluasi  terhadap solar inverter tersebut dilakukan dengan mengimplementasikan solar  inverter secara nyata  pada  PLTS Off-Grid yang  sudah terpasang dengan beban dummy.
Solar  inverter dapat  disebut  baik  bila solar inverter ini  dapat  mengeluarkan  tegangan  AC 220  V  berapapun  input  tegangan  dari Solar Panel yang  dipasangkan  pada  PLTS Off-Grid tersebut.
Selain itu, evaluasi dilakukan dengan membandingkan efisiensi daya inverter beserta solar  charge  controller dengan solar  inverter yang  telah  dibuat. Solar  inverter yang  dibuat direncanakan akan menggantikan solar charge controller dan inverter pada PLTS Off-Grid.
Gambar 2. Rangkaian Pengukur Arus (Incorporated, 2011)
Pengukuran  daya  dilakukan  dengan  mengukur arus dan tegangan input dan output dari modul- modul  yang  dibandingkan.  Sedangkan  untuk dapat  mengukur  daya  keluaran  dari inverter diperlukan beban dummy .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian  ini  menghasilkan  sebuah  sebuah teknologi  tepat  guna  berupa inverter yang dapat dipakai untuk mendayai beban AC. Oleh karena itu, secara spesifik, hasil dari penelitian ini  merupakan  teknologi  tepat  guna  dalam bentuk  rangkaian-rangkaian  listrik  untuk inverter tersebut.
Hasil penelitian dicapai dengan beberapa tahap berikut:
1. Desain Struktur
2. Pemodelan
3. Simulasi
4. Implementasi

## Desain Struktur
Secara  garis  besar,  rancangan  desain  pada struktur  konfigurasi  daripada inverter yang akan dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.
DC Voltage AC Boost Converter Higher DC Voltage H-Bridge
Gambar 3. Desain Solar Inverter
Komponen utama dari inverter tersebut adalah Boost Converter dan H- Bridge. Boost Converter merupakan sebuah perangkat elektronik  yang  mengubah  tegangan  DC  12 Volt,  menjadi  tegangan  DC  yang  lebih  tinggi (sekitar  310  Volt).  Sedangkan H-Bridge berfungsi  untuk  menjadikan  tegangan  DC tersebut menjadi bolak-balik.
State-of-the-art daripada  desain  demikian terletak pada Boost Converter . Boost Converter tersebut  dikendalikan  sedemikian rupa sehingga yang dihasilkan adalah tegangan DC  yang  bergunung-gunung  (seperti  sinyal sine ) namun tidak bolak-balik. Oleh karena itu, H-Bridge disini hanya berperan untuk membolak-balikan  tegangan  yang  bergunung- gunung tersebut menjadi AC yang bolak-balik.

## Pemodelan
Pemodelan  dilakukan  dengan  menggunakan melakukan  penurunan  rumus Boost  Converter berdasarkan  rangkaian  dasar Boost  Converter tersebut yang dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 4. Rangkaian Boost Converter
Dari  rangkaian  tersebut,  dapat  dilihat  bahwa sifat rangkaian akan berubah bila sakelar SW = ON dan SW = OFF. Oleh karena itu, rangkaian Boost  Converter akan  menjadi  seperti  pada Gambar  5  saat  SW  =  ON  dan  Gambar  6  saat SW = OFF.
Gambar 5. Rangkaian Boost Converter
SW=ON
Gambar 6. Rangkaian Boost Converter SW=OFF Pemodelan dilakukan terhadap kedua rangkaian Boost  Converter saat  SW=ON  dan SW=OFF  dengan  memanfaatkan state  space sebagai  sarana  untuk  memodelkan  rangkaian tersebut.
Pada  saat  SW  =  ON,  dengan  memanfaatkan loop , didapatkan persamaan sebagai berikut:
Dengan  memanfaatkan loop ,  didapatkan persamaan sebagai berikut: Kedua  persamaan loop
dan loop disubstitusi, sehingga
dan
State  Space untuk  rangkaian Boost  Converter SW=ON :
Levin Halim, Oetomo: Perancangan Dan Implementasi Awal Solar Inverter Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Surya Off Grid
Jurnal Teknologi 12 (1) pp 31-38 © 2020
Pada  saat  SW  =  OFF,  dengan  memanfaatkan loop
,  didapatkan  persamaan  sebagai berikut:
dan
Kedua persamaan tersebut disubstitusi,
sehingga menghasilkan:
Dengan  memanfaatkan loop
dan  substitusi
dengan persamaan diatas, didapatkan persamaan sebagai berikut:
State  Space untuk  rangkaian Boost  Converter SW=OFF :
Pemodelan tersebut diverifikasi dengan memanfaatkan  perangkat  lunak  MATLAB. Dengan  kendali  yang  cukup  sederhana, pemodelan  tersebut  menghasilkan  keluaran Boost Converter yang cukup baik seperti yang terlihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Verifikasi Pemodelan Boost
Converter

## Simulasi
Berdasarkan  hasil  pemodelan  yang  telah dibahas  sebelumnya, inverter yang  telah didesain  kemudian disimulasikan  dengan memanfaatkan  perangkat  lunak  PSIM  untuk mendapatkan  hasil  arus  bolak-balik  yang diinginkan.  Rangkaian  untuk  simulasi  dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Rangkaian Simulasi Inverter
Hasil simulasi untuk rangkaian tersebut cukup baik, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 9 dimana sudah menghasilkan tegangan bolak- balik AC.
Gambar 9. Hasil Simulasi Inverter

## Implementasi Awal
Seluruh rangkaian tersebut kemudian diimplementasikan dengan memanfaatkan input  DC  dari  baterai accumulator VLRA  12 Volt  untuk  mendayai  lampu  pijar  100  Watt.
Hasil  daripada  implementasi  tersebut  cukup baik  untuk  tahap  awal  (diperlihatkan  pada Gambar 10 dan Gambar 11).
Gambar 10. Rangkaian Implementasi Inverter
Gambar 11. Hasil Implementasi Inverter

## KESIMPULAN
Berdasarkan  penelitian  yang  dilakukan,  dapat disimpulkan bahwa:
1. Desain Inverter mempunyai  struktur konfigurasi  yang  memanfaatkan  dua jenis perangkat elektronik, yaitu Boost Converter dan H-Bridge 2. Boost Converter dikendalikan sedemikian rupa sehingga
menghasilkan  tegangan  DC  yang berbentuk gunung-gunung.
3. H-Bridge hanya  berperan  sebagai pembolak-balik daripada tegangan berbentuk gunung-gunung tersebut. 4. Hasil Pemodelan dan Simulasi menunjukkan bahwa dengan memanfaatkan Boost  Converter dan H-Bridge , Inverter sudah dapat menghasilkan  tegangan  AC  bolak- balik. 5. Hasil Implementasi menunjukkan bahwa inveter sudah mampu mendayai lampu pijar 100 Watt dengan baik. Selain  itu,  terdapat  beberapa  saran  sebagai berikut:
1. Rangkaian  Implementasi  diberikan packaging yang  baik  agar  dapat dimanfaatkan masyarakat dengan mudah. 2. Melakukan  implementasi  pada  sistem PLTS Off-Grid yang sesungguhnya. 3. Merancang  dan  melakukan  desain serta  implementasi Grid-Tied  Solar Inverter sebagai keberlanjutan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Diniardi, E., Ramadhan, A. I., Fithriyah, N. H., &  Dermawan,  E.  (2018).  ANALISIS DAYA PIEZOELEKTRIK MODEL HYBRID  SOLAR  CELL-, 10 (2),  139–
146.
Fujita,  H.  (2010).  A  high-efficiency  solar power  conditioner  using  a  zigzag- connected chopper converter. In 2010 Int.
Power Electron. Conf. (pp. 1681–1687).
González, R., Gubía, E., López, J., & Marroyo, L.  (2008).  Transformerless  single-phase multilevel-based  photovoltaic  inverter. IEEE  Trans.  Ind.  Electron , 55 (7),  2694– 2702.
Halim,  L.,  &  Naa,  C.  F.  (2016). Sistem Pendayaan  Energi  Listrik  pada  Rumah Kaca  dengan  Menggunakan  Pembangkit Listrik Tenaga Surya . LPPM UNPAR. Incorporated, D. (2011). ZXCT1009. Indonesia,  E.  (2016). RUPTL  PLN  2016  - 2025 .
L.  Hassaine,  Olias,  E.,  Quintero,  J.,  & Haddadi, M. (2009). Digital power factor control and reactive power regulation for grid-connected photovoltaic inverter.
Renew. Energy , 34 (1), 315–321.
M.  Fortunato,  Giustiniani,  A.,  Petrone,  G., Spagnuolo,  G.,  &  Vitelli,  M.  (2008). Maximum power point tracking in a one- cycle-controlled single-stage photovoltaic inverter. IEEE  Trans.  Ind.  Electron ,
55 (7), 2684–2693.
Myrzik,  J. M.  A.,  &  Calais,  M.  (2003).  String and  module  integrated  inverters  for single-phase  grid  connected  photovoltaic systems  -  A  review.  In 2003  IEEE  Bol. PowerTech (pp. 430–437).
Razi,  R.,  &  Monfared,  M.  (2016).  Multi-loop control  of  stand-alone  inverters  with minimum number of sensors. IET Power Electron. , 9 (12), 2425–2433.
S.  B.  Kjær.  (2005).  Design  and  Control  of  an Inverter for Photovoltaic Applications.
Schauder,  C.  (2012).  Impact  of  FERC  661-A and  IEEE  1547  on  photovoltaic  inverter design.  In IEEE  Power  Eng.  Soc. Transm. Distrib.
Shimizu,  T.,  Hashimoto,  O.,  &  Kimura,  G.
(2003). A novel high-performance utility- interactive  photovoltaic  inverter  system. IEEE  Trans.  Power  Electron. , 18 (2),
704–711.