Listrik AC Untuk Masyarakat Daerah 3T: Inovasi Multilevel Inverter Untuk Sistem PLTS Dusun Buttue

A. Latar belakang

Menurut catatan PT PLN (Persero) Tbk, terdapat 4.700 Desa di wilayah 3T (tertinggal, terdepan, dan terluar) Indonesia yang belum teraliri listrik (Setiawan, 2022).^[1]

Salah satunya adalah Dusun Buttue, Desa Kanaungan, Kecamatan Labakkang, Kabupaten Pangkajene dan Kepulauan (Pangkep), Provinsi Sulawesi Selatan. Dusun Buttue merupakan perkampungan yang dihuni sekitar 178 penduduk yang bermata pencaharian sebagai nelayan. Jarak dari dusun tersebut ke jaringan distribusi listrik PLN terdekat adalah sekitar 10 km.

Lokasi yang terpencil serta sulitnya akses transportasi ke dusun ini membuat instalasi jaringan listrik sangat susah dilakukan. Hingga saat ini, hampir semua penduduk Dusun Buttue belum bisa menikmati listrik secara maksimal. 

Menurut masyarakat setempat, sebenarnya telah ada upaya dari pemerintah untuk memberikan bantuan panel surya bagi masyarakat setempat. Namun, panel surya tersebut tidak berfungsi secara maksimal untuk memenuhi kebutuhan penduduk Dusun Buttue (Nirwana, 2022).^[2] Listrik yang dihasilkan panel tersebut hanya bisa menyuplai beban-beban DC, seperti charger handphone dan senter. Namun, beban AC untuk keperluan rumah tangga seperti lampu, televisi, ataupun lemari pendingin, belum mampu untuk disuplai oleh panel surya tersebut. Hal ini dikarenakan panel surya tersebut belum dilengkapi dengan teknologi inverter yang mampu mengubah listrik DC menjadi listrik AC. Salah satu alasan ketiadaan kelengkapan inverter pada bantuan panel surya Dusun Buttue adalah dikarenakan harga inverter yang masih relatif mahal. Salah satu hal yang membuat harga inverter mahal adalah banyaknya jumlah komponen yang digunakan, khususnya untuk jenis Multilevel Inverter. 

Berangkat dari permasalahan kurang optimalnya bantuan panel surya dari pemerintah ke masyarakat Dusun Buttue, maka penulis membuat suatu inovasi Packed U Cell (PUC) Multilevel Inverter 7 Level dengan komponen minimalis dan dilengkapi dengan Fuzzy Logic Controller untuk mengoptimalkan nilai tegangan keluaran agar penggunaan bantuan panel surya dari pemerintah setempat dapat lebih maksimal.

B. Pembahasan

a. Packed U Cell (PUC) Multilevel Inverter

Multilevel inverter merupakan inverter yang dapat mengonversi tegangan masukan DC menjadi tegangan keluaran AC dengan beberapa level tingkatan yang diinginkan (Krishna, A. R., & Suresh, L. P., 2016).^[3] Semakin tinggi level yang dihasilkan, maka semakin bagus kualitas dayanya. PUC merupakan jenis topologi multilevel inverter terbaru yang mampu menghasilkan tegangan 7 level dengan jumlah komponen yang minimal. Komponen switching dirangkai menyerupai H-bridge, dimana di setiap selnya terdapat sebuah DC link, yaitu sebuah sumber DC dan flying-capacitor (Ounejjar, Y. K., dkk., 2011).^[4] Untuk sumber tegangan DC-nya, dapat diperoleh dari sumber renewable energy seperti panel surya. Untuk flying-capacitor, harus dikontrol pada 1/3 tegangan DC agar dapat mencapai tegangan level 7. 

Setiap sel PUC multilevel inverter terdiri dari satu kapasitor dan dua komponen switch. Jika terdapat sejumlah n-sel, maka inverter akan terdiri dari 2n switch. Sehingga, dibutuhkan 6 switch untuk 3 sel inverter. PUC multilevel inverter bekerja dengan prinsip complementary switching (Ounejjar, Y. K., dkk., 2011).^[5] Dua switch dari satu sel yang sama harus dikontrol dengan cara yang saling melengkapi/complementary, yaitu jika switch di kaki kanan on state, maka switch pada kaki kiri harus off state. 

Kelebihan PUC adalah penggunaan komponen yang sedikit untuk menghasilkan level tegangan yang tinggi. Untuk tegangan output 7 level, PUC hanya membutuhkan 6 switch, 1 sumber DC (panel surya), dan 1 kapasitor. Jika dibandingkan dengan topologi konvensional, maka akan membutuhkan jauh lebih banyak switch dan kapasitor untuk memperoleh tegangan dengan level yang lebih tinggi (Giribabu, D., & Kumar, K. J., 2020).^[6]

Tabel 1. Perbandingan jumlah komponen topologi multilevel inverter level 7 (Iqbal, A. M., dkk, 2019) ^[7]

Komponen

Jenis Topologi Multilevel Inverter

Neutral Point Diode Clamped

Flaying Capacitor 

Cascaded H-Brdige (CHB)

CHB based MLDC

T-type Inverter

Switch capacitror

Packed U Cell (PUC)

Switch

24

24

12

10

8

10

6

Kapasitor

6

30

3

3

3

3

1

Dioda

20

0

0

0

0

0

0

Dari Tabel 1, terlihat bahwa untuk level tegangan yang sama, yaitu 7 level tegangan, PUC multilevel inverter membutuhkan lebih sedikit komponen, yaitu 6 buah switch dan sebuah kapasitor. Multilevel inverter konvensional yang paling banyak digunakan saat ini seperti: Neutral Point Diode Clamped (NPC), membutuhkan 24 komponen switch, 6 kapasitor, dan 20 dioda klamping; Cascaded H-Bridge (CHB) membutuhkan 12 komponen switch dan 3 kapasitor; dan Flying Capacitor (FC) membutuhkan 24 switch dan 30 kapasitor. 

b. Optimalisasi keluaran panel surya dengan Fuzzy Logic Controller 

Keluaran panel surya sangatlah bergantung pada cahaya matahari di suatu wilayah. Ketika intensitas cahaya matahari yang tertangkap panel surya kecil, misal ketika cuaca mendung, maka daya listrik keluaran panel surya akan menurun pula. Di Kabupaten Pangkep sendiri yang terdiri dari dua musim, yaitu kemarau dan penghujan, membuat panel surya tidak bekerja secara optimal. Menurut Pengamatan Unsur Iklim pada tahun 2020 seperti pada data tabel 2, dapat diketahui bahwa Kabupaten Pangkep per tahun 2020 tidak mendapatkan sinar matahari secara penuh. Persentase penyinaran matahari relatif kecil, sedangkan jumlah curah hujannya cukup tinggi.  

Tabel 2. Data suhu udara, curah hujan, dan intensitas cahaya Kota Pangkep (BPS Pangkep, 2020) ^[8]

Sehingga, untuk membuat sistem panel surya bekerja secara maksimal, maka penulis melengkapi PUC multilevel inverter dengan kontroller fuzzy logic. Tujuannya adalah agar tegangan keluaran inverter konstan di nilai nominal meskipun dengan masukan panel surya yang fluktuatif.

c. Cara kerja sistem  

Panel surya yang telah terpasang pada perumahan warga Dusun Buttue akan menghasilkan tegangan listrik DC yang akan menjadi input PUC multilevel inverter. Multilevel inverter ini akan bekerja dengan skema switching complimentary seperti pada penjelasan sebelumnya untuk memperoleh level tegangan yang diinginkan, yaitu tegangan level 7. Sensor tegangan AC akan membaca nilai tegangan output AC multilevel inverter yang selanjutnya diteruskan ke mikrokontroller STM32F407VG. Data hasil pembacaan sensor tegangan tadi akan dikelola oleh mikrokontroller untuk memaksimalkan tegangan keluaran inverter dengan metode Fuzzy Logic Controller. Sehingga, meskipun dengan intensitas cahaya matahari yang kurang maksimal, dikarenakan musim penghujan misalnya, tegangan keluaran panel surya tetap dapat dimaksimalkan. Keluaran multilevel inverter ini berupa tegangan dan arus level 7 yang mana lebih mendekati daya AC murni tanpa penggunaan filter yang dapat menambah jumlah komponen yang digunakan.

C. Kesimpulan

Dengan penggunaan teknologi PUC Multilevel Inverter pada bantuan panel surya pemerintah setempat, kita mampu menyuplai masyarakat Dusun Buttue dengan listrik AC. Selain itu, dikarenakan kondisi iklim Kabupaten Pangkep yang tidak mendapatkan sinar matahari secara maksimal setiap harrinya, maka Fuzzy Logic Controller pada PUC Multilevel Inverter ini akan sangat membantu dalam memaksimalkan daya keluaran panel surya masyarakat Dusun Buttue.

Powered by Froala Editor

Update berita dan artikel RM.ID menarik lainnya di Google News

Dapatkan juga update berita pilihan dan breaking news setiap hari dari RM.id. Mari bergabung di Grup Telegram "Rakyat Merdeka News Update", caranya klik link https://t.me/officialrakyatmerdeka kemudian join. Anda harus install aplikasi Telegram terlebih dulu di ponsel.