ISSN(p): 2338-8323  | ISSN(e): 2459-9638

## Performansi
Grid Tie Inverter
dengan Variasi Pembebanan pada
PV-on Grid Module Trainer
YULI ASMI RAHMAN 1 , MARLIN PAMUSO 2 , RIZANA FAUZI 3 , AGUS
SISWANTO 4
1,2,3 Jurusan Teknik Elektro, Universitas Tadulako, Indonesia
4 Jurusan Teknik Elektro, Universitas 17 Agustus Cirebon, Indonesia Email: yuliasmi.rahman81@gmail.com
Received 22 September 2021 | Revised 18 Oktober 2021 | Accepted 24 Oktober 2021

## ABSTRAK
Grid-tie inverter (GTI) merupakan komponen penting sebagai antar muka antara sistem terintegrasi PLN dan PV. Penelitian ini bertujuan untuk melihat performansi GTI pada sistem beban yang bervariasi. Variasi beban menggunakan beban RLC dalam  tiga  skenario  masing-masing  beban  450  Watt,  300  Watt  dan  270  Watt. Pengambilan data dilakukan pada rentang waktu satu bulan dengan temperatur dan  lama  penyinaran  rata-rata  masing-masing  sebesar  27,56 0 C  dan  5,14  jam. Hasil pengukuran menunjukkan terjadi perbedaan efisiensi GTI pada setiap nilai beban. Efisiensi maksimum terjadi pada beban 300 Watt. Hal ini mengindikasikan selain pengariuh eksternal pada PV yang mempengaruhi tegangan keluaran, faktor beban  juga  mempengaruhi  efisiensi  GTI.  Efisiensi  GTI  yang  rendah mengimplikasikan  bahwa  keterpakaian  daya  dari  catu  daya  utama  masih  lebih dominan.
Kata kunci : efisiensi, grid tie inverter, variasi beban, PV terintegrasi sistem

## ABSTRACT
Grid-tie inverter (GTI) is an essential component as an interface between PLN and PV integrated systems. This study aims to see the performance of GTI on various load systems. The load variation uses RLC load in three scenarios, each of 450 Watt, 300 Watt, and 270 Watt, divided into five branch points on the PV on-grid module trainer. Data were collected at one month with an average temperature and  duration  of  irradiation  of  27.560C  and  5.14  hours,  respectively.  The measurement results show that there is a difference in GTI efficiency at each load value.  Maximum  efficiency  occurs  at  a  300  Watt  load.  The  value  indicates  the external influence on the PV that affects the output voltage; the load factor also affects the efficiency of the GTI. The low GTI efficiency implies that the power consumption of the main power supply is still more dominant.
Keywords : efficiency, grid tie inverter, load variation, PV-on grid

## 1. PENDAHULUAN
Kebijakan global gencar untuk mengembangkan dan menerapkan teknologi energi terbarukan sebagai bentuk aksi pengurangan dan ketergantungan terhadap sumber daya bahan bakar fosil.  Target penggunaan Energi Baru Terbarukan (EBT) sebesar 23% dalam bauran energi nasional  pada  2025  menjadi  kebijakan (Indonesia,  2014) yang    dipadukan  dengan komitmen  Indonesia  untuk  mengurangi  emisi  hingga  29%  pada  2030.  Hal  ini  merupakan upaya  jelas  menuju  sistem  energi  yang  lebih  berkelanjutan.  Berbagai  program  akselerasi pengembangan EBT, salah satunya berfokus pada pemanfaatan energi surya atau Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS).
Secara  global,  pemanfaatan  PLTS  meningkat  dalam  dua  tahun  terakhir  dibandingkan  EBT lainnya (Raturi, 2019) karena faktor keandalan dan kebersihannya (Hansen, dkk, 2018) (Kabir, dkk, 2018) .  Kajian International Energy Agency (IEA) menunjukkan total kapasitas panel surya yang terpasang mencapai 500 GW di seluruh dunia pada tahun 2018 dengan 98 GW yang dipasang hanya pada tahun 2018 (Jäger, 2020).
Untuk  skala  Indonesia,  mengacu  data  Kementerian  ESDM,  potensi  pengembangan  PLTS mencapai  207,8  GWp  dengan  realisasi  mencapai  0,15  GWp  dimana  kapasitas  terpasang mencapai  152,44  MW  dan  10,9%  adalah  PLTS  atap  dan  sisanya  PLTS on  the  ground. Kebermanfaatan PLTS atau lazim disebut photovoltaic (PV) mempertimbangkan penyebaran geografis.  Walaupun  dilapangan,  terjadi  sebaliknya,  lokasi  penyerapan  pembangkit  PV terdistribusi sebagian besar tidak direncanakan karena ditentukan oleh konsumen. Berbagai faktor  harus  dipertimbangkan  ketika  merancang  dan  memasang  sistem  PV  ke  jaringan distribusi.  Panduan  mengenai  operasi  dan  peralatan  yang  diperlukan  untuk  memastikan operasi yang kompatibel dari sistem fotovoltaik dan jaringan distribusi dapat ditemukan dalam standar  IEEE  929-2000.  Standar  IEEE  khusus  ini  berisi  informasi  dan  batasan  untuk keselamatan  personel,  pengoperasian  sistem  utilitas,  perlindungan  peralatan,  dan  kualitas daya. Pada standar IEEE 519-1992 menetapkan batas tegangan dan arus harmonik pada titik sambungan umum antara pengguna akhir dan utilitas distribusi. Batas yang ditetapkan oleh standar  ini  sama  dengan  5%  untuk tegangan  dan  arus  distorsi  harmonik  total  yang dapat diberikan  oleh produsen  kepada  pelanggan. Batas  maksimum komponen harmonik individu juga ditentukan dan harus 3% untuk tegangan lebih rendah dari 69 kV.
Pemanfaatan PLTS dapat menjadi tiga sistem berbeda yaitu sistem off-grid atau stand-alone, on-grid dan hybrid (Vigneshwari, dkk, 2016) . Sistem on-grid merupakan sistem PLTS yang terhubung  dengan  jaringan  listrik  yang  telah  ada,  misalnya  jaringan  distribusi  PLN  dengan tetap memanfaatkan energi dari panel surya. Komponen utama sistem on-grid adalah panel surya  dan  inverter.  Kelebihan  sistem  on-grid  adalah  biaya  yang  lebih  murah  karena  tidak memerlukan baterai dan charger controller dan  pemasangan yang relatif mudah. Pada sistem PLTS-on grid, fungsi sinkronisasi tegangan searah yang berasal dari PLTS dan tegangan bolak- balik  dari  PLN  dijalankan  oleh Grid  Tie  Inverter  (GTI)  atau  kadang  disebut  juga  dengan synchronous inverter. Untuk menghubungkan secara paralel antara tegangan PV dan tegangan grid  maka karakteristik kedua  tegangan  memiliki  frekuensi,  tegangan  dan  sudut  fasa  yang sama. Sistem on-grid juga membawa dampak positif berupa penurunan rugi daya daya dan jatuh tegangan (Rahman, dkk, 2018) .
Tantangan utama dari sistem PV- on grid adalah faktor  ketidakpastian dari sistem PV akibat radiasi matahari maupun suhu eksternal (Fallah, dkk, 2012) (Premkumar, dkk, 2018) . Pola  output  daya  PV  berubah  mengikuti  iradiasi  dan  suhu  seperti yang disimulasikan  pada pemodelan  modul  sel  surya  tipe  SHARP  ND  T060M1  tersambung  sistem  satu  fasa menggunakan  simulink  Matlab (Kananda  &  Nazir, 2013) .  Peran  MPPT  pada  GTI  untuk
menstabilkan output output PV dengan mengekstraksi daya maksimum dalam kondisi cuaca yang berbeda dengan radiasi matahari bervariasi antara 250 W/m 2 dan 1000 W/m 2 telah diuji menggunakan  MATLAB/Simulink (Adebiyi,  dkk,  2021) .  Hasil  simulasi  menunjukkan tegangan dan arus keluaran PV bervariasi seiring radiasi matahari terkontrol dengan metode MPPT. Faktor radiasi matahari dan temperatur PV ikut berbepengaruh terhadap daya keluaran dari GTI. Pengukuran secara simultan menunjukkan terjadi penurunan nilai tegangan PV akibat suhu PV yang meningkat diatas 35 o C walaupun nilai radiasi sama. Penurunan daya dari GTI juga terindikasi ketika tegangan jala-jala menurun (Nahela, dkk, 2019) . Penelitian terkait PLTS on-grid (Sugirianta, dkk, 2019) menggunakan modul micro inverter 300 watt dengan beban  listrik  resisitif.  Hasil  yang  diperoleh  menunjukkan  efiisensi  GTI  maksimum  mencapai 81,06% dengan kondisi PV yang digunakan 300 Wp .
Input GTI merupakan output PV yang tersinkronisasi dengan sistem. Selain kondisi tersebut, jika  dengan  radiasi  dan  temperatur  yang  sama  tetapi  tegangan  sumber  dari  jaringan  lebih besar, daya keluaran GTI juga akan meningkat. Kondisi tegangan saat beban terhubung ke jaringan yang kadang mengalami fluktuatif juga dapat mempengaruhi nilai efisiensi dari GTI. Tujuan  dalam  penelitian  ini  adalah  untuk  melihat  kinerja  GTI  sebagai  antar  muka  PV  dan utilitas  beban  yang  bervariasi  dari  sisi  total  daya  beban  dan  jenisnya  dengan  kondisi tersambung dengan sumber PLN. Nilai efisiensi GTI menunjukkan seberapa besar partisipasi daya yang dihasilkan PV untuk memenuhi kebutuhan beban.

## 2. METODE
Untuk menjawab tujuan dari penelitian, PV-on grid module trainer yang dibuat menyerupai sistem  distribusi  sederhana  lima  bus  dengan  beban  resistif,  induktif,  dan  kapasitif.  Hasil perakitan yang telah dilakukan menempatkan alat ukur amperemeter dan voltmeter disetiap bus,  agar  dapat  mengamati  perbedaan  yang  terjadi  terhadap  variabel  tegangan  dan  arus, secara  langsung  ketika disinkronkan  antara  listrik  dari  PLN  dan PV  terhadap  beban  seperti tersaji pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Skematik Pengambilan Data
Panel surya dengan tipe monocrystalline sebanyak dua unit masing-masing 80 Wp sebagai input GTI pada sistem on Grid. PV-on grid module trainer yang digunakan terdiri dari lima titik percabangan yang dibebani beban resistif (R), induktif (L) dan kapasitif (C) dengan total beban dalam tiga skenario yaitu 270 Watt, 300 Watt, dan 450 Watt. Tahapan awal yang dilakukan dalam penelitian ini adalah inisialisasi dari parameter tegangan, arus, dan faktor daya.

## Gambar 2. Modul dengan Catu Daya PLN
Proses pengukuran dilakukan dengan menggunakan alat ukur voltmeter, amperemeter, dan power meter yang terpasang pada setiap titik percabangan.
Gambar 3. Tahapan Penelitian
Pengukuran  tegangan  dan  arus  keluaran  dari  PV  dilakukan  untuk  mendapatkan  nilai  daya output  PV  yang  juga  sebagai  daya  input  dari  GTI.  Output  dari  GTI  terukur  pada  titik percabangan terpasangnya GTI. Dalam penelitian ini, GTI tersambung pada cabang ke empat yang  dibebani  dengan  beban  campuran  RLC. Pemilihan  titik  penyambungan  ini  didasarkan pada nilai tegangan terendah yang terukur sebelum penyambungan PV. Kondisi pengukuran ini ditunjukkan pada Gambar 2 dimana catu daya utama pada modul berasal dari jala-jala PLN 220 Volt. Untuk menghitung efisiensi GTI, maka dilakukan pengukuran tegangan, arus serta faktor daya pada titik penyambungan GTI. Tahapan penelitian ini selengkapnya ditunjukkan pada Gambar 3 .

## 2.1 Grid tie inverter (GTI)
Komponen  utama  dari  sistem  catu  daya  terintegrasi  surya  adalah  GTI  ,  yang  mengubah tegangan searah  yang dihasilkan  oleh panel  surya  langsung  ke  tegangan  bolak-balik.  Pada pengujian ini modul surya dimiringkan pada sudut 24˚ ke Utara dengan menggunakan GTI dengan spesifikasi Tabel 1.

## Tabel 1. Spesifikasi GTI
Parameter Ukuran (Volt) Inputan DC 10,5-28 Output AC 230 (190-260) MPPT Tracking 15-23 Vmp 18-21 Voc 20-24
Tegangan  yang  dihasilkan  dari modul  diatur dengan bantuan pengontrol muatan titik daya maksimum, untuk mempertahankan tegangan tetap pada input inverter. Tegangan keluaran inverter diukur dan diuji dengan menerapkan berbagai beban.

## 2.2 Efisiensi GTI
Efisiensi  merupakan  perbandingan  antara  output  dengan    input.  Nilai  efisienai  dapat diformulasikan pada Persamaan (1).
η = 𝑥 100% (1)
dimana :
η = Efisiensi inverter (%)
P out = Daya yang dibangkitkan (Watt) P in = Daya yang diterima (Watt)
Pada rancang bangun jaringan distribusi terintegrasi Photovotaic (PV) on Grid dengan beban Resistansi, Induktansi, Kapasitif, (R, L, C,) pengujian dilakukan dengan sumber PLN dan PV on-Grid. Berdasarkan pengambilan data sistem PV on-Grid berbasis GTI  menunjukan bahwa GTI  dapat  disuplai  listrik  tergantung  dari  spisivikasi  dari  inverter,  yang  dimana  input  GTI tegangan maksimum mencapai 30 Volt, arus 10 Ampere dan output GTI menunjukan bahwa arus yang dihasilkan GTI tergantung tingkat pancaran radiasi matahari yang menuju ke PV, Semakin  besar  radiasi  sinar  matahari  yang  mengenai  PV  maka  semakin  besar  energi  yang dibangkitkan oleh panel surya. Dimana mensinkronisasikan PLTS dengan Grid berbasis  GTI agar dapat menghasilkan output dari PV tidak melebihi dari spesifikasi input GTI.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1  Kondisi Suhu, Lama Penyinaran Matahari, dan Iradiasi Matahari
Penelitian ini dilakukan pada rentang waktu satu bulan dimulai dari Oktober hingga November 2020.  Pengambilan  data  di  Jurusan  Teknik  Elektro  Fakultas  Teknik  Universitas  Tadulako (ditunjukkan pada layout Gambar 4). Pengambilan data ini dilakukan dari pagi hingga sore hari dimana dimulai pukul 09.00 sampai pukul 14.00 dengan interval waktu setiap satu satu jam.

## Gambar 4. Lokasi Pengambilan Data pada Jurusan Teknik Elektro (Lokasi Tepat pada Bulatan Merah)
Parameter kualitas daya yang terukur pada output PV terkorelasi dengan data radiasi matahari, temperatur  dan  lama  penyinaran  matahari.  Berdasarkan  data  harian  tahun  2020  yang diperoleh dari situs National Aeronautics and Space Administration
( https://www.nasa.gov/index.html )  yang  diesktraksi  menjadi  data  harian.  Temperatur  juga memainkan peran kunci dalam proses konversi fotovoltaik. Baik efisiensi listrik dan output daya dari modul PV bergantung secara linier pada temperatur operasional yang dipengaruhi dari jam  lama  penyinaran.  Nilai  temperatur  rerata  sebulan  sebesar  27,56 0 C  dengan  lama penyinaran 5,14 jam. Pemetaan ketiga faktor ini disajikan pada Gambar 5.
Gambar 5. Parameter Eksternal Oktober-November  2020
Dari pengukuran radiasi matahari untuk hari rata-rata di bulan Oktober-November di Palu dan mengindikasikan  bahwa radiasi matahari yang rendah tentunya akan memiliki dampak yang signifikan terhadap kualitas daya keluaran sistem PV (Patsalides, dkk, 2007) .

## 3.2 Pengujian Alat
Untuk  memenuhi  tujuan  penelitian,  pengambilan  data  menggunakan  PV -on  grid  module trainer dengan system catu daya yang berasal dari PLN 220 Volt dan PV sesuai Gambar 6. Sesuai dengan skenario pembebanan bervariasi pada nilai 450 Watt, 300 Watt dan 270 Watt.

## Gambar 6. PV-on Grid Module Trainer
Pada  penelitian  ini  menggunakan  dua  unit  PV  masing-masing  80 Wp  dengan  penempatan sejajar dengan sudut kemiringan yang sama. Selanjutnya PV terhubung dengan modul beban melalui  GTI  hingga  menunjukkan  posisi  sinkron.  Hasil  pengujian  alat  menghasillkan  data keluaran dari PV sebagai input dari ke GTI seperti yang tersaji pada Gambar 7 .
Gambar 7. Hasil Pengukuran Output PV
Dari pengukuran ini diperoleh nilai daya keluaran PV yang bervariasi dengan daya tertinggi pada pukul 13.00 masing-masing pada skenario beban A, B, C yaitu 71,2 Watt; 71,2 Watt; 78;32 Watt.

## Gambar 8. Hasil Pengukuran Output GTI
Dari pengukuran disisi keluaran GTI sebagai kondisi sinkron diperoleh  nilai yang bervariasi dengan daya tertinggi pada pukul 13.00 masing-masing pada skenario beban A, B, C yaitu 42,68 Watt; 43,07 Watt; dan 43,84 Watt. GTI selanjutnya menyinkronisasi dengan input dari tegangan jala-jala PLN. Parameter yang terukur adalah tegangan, arus beserta faktor daya yang terukur pada titik sambung PV dan PLN seperti yang tersaji di Gambar 8.

## 3.3 Pengaruh Variasi Pembebanan pada Efisiensi GTI
Pada penelitian ini waktu sinkron pada pagi hari dan siang hari itu berbeda-beda, pada saat pengambilan data di setiap jam nya waktu sinkronnya pun berbeda-beda dalam range 3 hingga 5  detik  tergantung  pada  kondisi  sinar  matahari  dan  tegangan  sumber (Satria  &  Syafii, 2018).
Gambar 9. Perbandingan Efisiensi
Perhitungan  daya  input  GTI    mengacu  pada  data  tegangan  dan  arus  dari  PV  pada  setiap skenario beban divariasikan beban A (450 Watt ),  beban B (300 Watt) dan beban C (270 Watt).  Dari  hasil  pengukuran  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  7  dan  Gambar  8  diperoleh perhitungan  efisiensi  yang  menggunakan  Persamaan  1  dan  tersaji  pada  Gambar  9.  Pada Gambar 9 dapat dilihat efisiensi yang dihasilkan, pada beban A dengan daya 450 Watt efisiensi yang tertinggi disekitaran 60,11% pada pukul 13.00 dimana daya input 71,2 Watt dan daya outputnya 41,19 Watt.
Untuk efisiensi terendah berada di sekitaran 56,23% pada pukul 11.00, dimana daya inputnya 65,8 Watt dan daya outputnya 37 Watt. Pada beban 300 Watt dapat dilihat efisiensi tertinggi berada pada 60,56% pada pukul 13.00 dimana daya input 71,2 Watt dan daya outputnya 43 Watt, untuk efisiensi terendah berada di sekitaran 56,83% pada pukul 10.00, dimana daya inputan 69,6 Watt daya outputnya 39,54 Watt.
Pada beban 270 Watt dapat dilihat efisiensi tertinggi berada pada 59,29%  pada pukul 12.00 dimana daya input 69,9 Watt dan daya outputnya 42,7 Watt, untuk efisiensi terendah berada pada 52,74% pada pukul 11.00 dimana daya  input 75,46 Watt dan daya outputnya 42,7 Watt .
Dari penelitian ini menunjukkan efisiensi yang masih rendah dari GTI disebabkan input GTI yang berasal dari PV belum maksimal. Hal ini dapat diakibatkan dari faktor temperatur dan iradiasi yang mempengaruhi tegangan PV. Variasi beban juga menunjukkan pengaruh efisiensi GTI dimana kondisi beban ringan menghasilkan nilai efisiensi dibawah kondisi beban sesaui nilai rating GTI.

## 4. KESIMPULAN
Penelitian ini menggunakan tiga kondisi beban yang di pakai ada tiga model beban dimana skenario pertama dengan beban dengan daya 450 Watt mencapai efisiensi tertinggi 60,11%. Pada  skenario  kedua  dengan  beban  dengan  daya  300  Watt  memperoleh  efisiensi  tertinggi 60,56%,  dan  beban  270  Watt  mencapai  efisiensi  tertinggi  sebesar  59,29%.  Hal  ini menunjukkan selain temperatur dan intensitas radiasi matahari yang mempengaruhi PV, level pembebanan  juga  mempengaruhi  efisiensi  GTI.  Untuk  penelitian  selanjutnya,  diperlukan peramalan data penyinaran matahari untuk melihat indeks variabilitas dan identifikasi statistik integrasi PV pada sistem.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Fakultas Teknik Universitas Tadulako atas  hibah penelitian  DIPA  dengan  nomor  kontrak  penelitian  646.r/UN28.2/PL.2020,  dan  dinas  ESDM Provinsi Sulawesi Tengah atas kesempatan untuk melakukan survey secara fisik pada sistem PLTS on-grid yang telah terpasang.

## DAFTAR RUJUKAN
Adebiyi, A. A., Lazarus, I. J, Saha, A. K, & Ojo, E. E.. (2021). Performance analysis of grid-tied photovoltaic system under varying weather condition and load. International Journal of Electrical & Computer Engineering, 11(1).
Fallah-Mehdipour, E., Haddad, O. B., Tabari, M. M. R., & Mariño, M. A. (2012). Extraction of decision alternatives in construction management projects: Application and adaptation of NSGA-II and MOPSO. Expert Systems with Applications, 39(3), 2794-2803.
Hansen, K., & Mathiesen, B. V. (2018). Comprehensive assessment of the role and potential for solar thermal in future energy systems. Solar Energy, 169, 144-152.
Indonesia, Peraturan Pemerintah Republik. (2014). Kebijakan Energi Nasional. PP Nomor, 79.
Jäger-Waldau, A.. (2020). Snapshot of photovoltaics—February 2020. Energies, 13(4), 930.
Kabir, E., Kumar, P., Kumar, S., Adelodun, A. A., & Kim, K.. (2018). Solar energy: Potential and future prospects. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82, 894-900.
Kananda, K., & Nazir, R.. (2013). Konsep pengaturan aliran daya untuk PLTS tersambung ke sistem grid pada rumah tinggal. Jurnal Nasional Teknik Elektro, 2(2), 65-71.
Nahela, S., Faridyan, I. F., Rachman, N. A., Risdiyanto, A., & Susanto, B. (2019). Analisa Unjuk
Kerja Grid Tied Inverter Terhadap Pengaruh Radiasi Matahari dan Suhu PV pada PLTS On-Grid. ELKHA: Jurnal Teknik Elektro, 11(2), 60-65.
Patsalides, M., Evagorou, D., Makrides, G., Achillides, Z., Georghiou, G. E, Stavrou, A., Werner,
J.  H.  (2007).  The  effect  of  solar  irradiance  on  the  power  quality  behaviour  of  grid connected photovoltaic systems. International Conference on Renewable Energy and Power Quality.
Premkumar,  M.,  Karthick,  K.,  &  Sowmya,  R..  (2018).  A  Review  on  Solar  PV  Based  Grid Connected  Microinverter  Control  Schemes  and  Topologies. International  Journal  of Renewable Energy Development, 7(2).
Rahman,  Y.  A.,  Manjang,  S.,  Yusran,  A.,  &  Ilham,  A.  (2018).  Distributed  generation’s integration  planning  involving  growth  load  models  by  means  of  genetic  algorithm.
Archives of Electrical Engineering, 67(3), 667-–682.
Raturi, A. K. (2019). Renewables 2019 global status report.
Satria, H., & Syafii, S.. (2018). Sistem Monitoring Online dan Analisa Performansi PLTS Rooftop Terhubung ke Grid PLN. Jurnal Rekayasa Elektrika, 14(2), 267513.
Sugirianta, I. B. K., Saputra, I G. N. A. D., & Sunaya, I G. A. M. (2019). Modul praktek PLTS
on-grid berbasis micro inverter. Matrix: Jurnal Manajemen Teknologi dan Informatika, 9(1), 19-26.
Vigneshwari, C. A., Velan, S S. S., Venkateshwaran, M, M., M Adam, & Kirubakaran, V. (2016). Performance and Economic Study of on-grid and off-grid Solar Photovoltaic System . 2016  International  Conference  on  Energy  Efficient  Technologies  for  Sustainability (ICEETS).