9 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Surya Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) merupakan suatu sistem yang memanfaatkan panel fotovoltaik guna mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Proses ini melibatkan penggunaan modul fotovoltaik sebagai elemen konversi daya utama. Menurut (Tang et al., 2023) dijelaskan, sel surya bekerja berdasarkan efek fotovoltaik pada persilangan p -n dalam semikonduktor. Efek ini terjadi saat semikonduktor terpapar cahaya, menghasilkan tegangan pada persilangan p-n, yang disebut tegangan fotogenerasi. Ini menghasilkan pasangan elektron-lubang, yang bergerak ke area p dan n masing-masing. Hal ini menciptakan medan listrik internal yang memisahkan pasangan tersebut, menghasilkan gaya elektromotif. Dengan demikian, sel surya memungkinkan konversi energi matahari menjadi listrik. Rangkaian setara dari sel surya juga digambarkan pada gambar II. 1. Gambar II. 1 Rangkaian setara fotovoltaik (Iskandar et al., 2021) Pada penelitian (Iskandar et al., 2021) diperlihatkan model photovoltaic satu dioda pada rangkaian listrik equivalent ini, terdiri dari Iph adalah arus sumber yang dihasilkan oleh radiansi matahari. Id adalah arus yang mengalir melalui dioda. Ip adalah arus yang mengalir melalui hambatan seri dan paralell. Arus listrik yang dihasilkan oleh PV berdasarkan hukum arus kirchoff dituliskan sebagai: ������������ =������������ ������������ℎ−������������ ������������−������������ ������������ II.1 Dimana : ������������ ������������ℎ=[������������ ������������������������������������+������������ ������������(������������ − ������������ ������������)]� ������������ 100 � II.2 ������������������������ =������������ ������������� ������������ ������������ ������������ � 3 �exp������������� ������������ ������������) ������������������������ �� 1 ������������ ������������ − 1 ������������ �� II.3 10 ������������������������ = V+Rs.I ������������������������ II.4 Dimana masing masing variabel Io, q, A, k, Tc, Rs, dan Rp menunjukkan arus minimum yang melewati dioda saat dioperasikan dalam mode terbalik, muatan listrik, faktor ideal dioda, konstanta Boltzman, suhu sell PV, hambatan seri dan hambatan paralell. Jika persamaan II.2 dan II.3 disubtitusi ke persamaan II. 1 maka arus listrik yang dihasilkan oleh sell photovoltaic dituliskan sebagai : ������������ = ������������ ������������ℎ –������������ ������������� ������������ ������������ ������������ � 3 �exp������������� ������������ ������������) ������������������������ �� 1 ������������ ������������ − 1 ������������ ��− V+Rs I ������������������������ II.5 Ketika kita ingin menggambarkan arus pada konfigurasi larik PV, biasanya nilai resistansi shunt ������������ ������������ℎcenderung menjadi sangat besar, sementara nilai resistansi seri ������������ ������������ menjadi sangat kecil. Hal ini disebabkan oleh resistansi shunt ������������ ������������ℎ yang terkait dengan resistansi paralel yang tinggi antar-modul, sementara resistansi seri ������������ ������������berkaitan dengan resistansi saluran listrik antar-modul yang umumnya rendah. Dengan perbedaan magnitudenya yang signifikan, kedua resistansi tersebut dapat diabaikan dalam analisis karakteristik I- V (arus-tegangan) pada konfigurasi array PV, seperti yang terlihat pada Gambar II.2. Dengan memperhatikan perbedaan tersebut, array PV dapat dianalisis dengan lebih sederhana: ������������ =������������ ������������ ������������ ������������ℎ –������������ ������������������������ ������������ �exp� qV ������������ ������������ ������������������������ ������������ −1�� II.6 Gambar II. 2 Kurva P-V (Iskandar et al., 2021) 11 Daya pada konfigurasi array PV dapat dihitung dengan rumus (G. K. Singh, 2013): P = I x V II.7 Menurut (Rahman et al., 2022), Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang terpasang terdiri dari satu atau lebih modul surya. Ilustrasi sistem PLTS yang terpasang secara terhubung ke jaringan listrik ditampilkan dalam gambar II.3. Gambar II. 3 Diagram PLTS grid connected (Rahman et al., 2022) Penggunaan PLTS sebagai sumber energi terbarukan yang terintegrasi dengan sistem konvensional menghasilkan ketidakpastian operasional, bukan hanya dari segi beban, tetapi juga dari sisi pembangkit. Sebagai contoh, faktor iklim seperti suhu dan radiasi matahari secara langsung memengaruhi pembangkitan listrik tenaga surya (PLTS), sebagaimana tergambar dalam model lima parameter sel surya PV dan persamaan terkait pada Gambar II. 1. Adalah jelas bahwa sifat keacakan, tidak langsung, dan volatilitas yang terkait dengan kondisi iklim menimbulkan tantangan operasional dalam pemanfaatan PLTS sebagai sumber energi listrik. Pengaruh kondisi radiasi, suhu lingkungan, posisi matahari, dan sistem eksternal terhadap daya keluaran PV- On Grid menjadi kompleks (Franklin & University of Arizona, 2019). Dalam konteks sistem mikrogrid, sifat stokastik dan ketidakpastian energi surya dapat menimbulkan masalah kualitas daya dan stabilitas sistem (Hernández- Mayoral et al., 2023). Oleh karena itu, prediksi akurat daya PV telah dianggap sebagai tugas penting untuk operasi yang aman dan stabil pada sistem mikrogrid. Prediksi hasil pembangkit listrik tenaga surya menjadi sangat penting untuk pengelolaan daya mikrogrid (Polimeni et al., 2021). Prediksi dapat difokuskan pada daya atau output energi PV, atau laju 12 perubahannya. Jenis prediksi juga sangat bergantung pada alat dan informasi yang tersedia dari stasiun meteorologi dan data sistem PV. 2.1 Mikrogrid Pada penelitian (Lei et al., 2023) , definisi dari Mikrogrid (MG) adalah sistem pasokan daya terregulasi yang menghubungkan beban, Distributed Generation (DG), perangkat penyimpanan energi, dan konverter elektronik daya melalui jaringan listrik. Berbeda dengan struktur jaringan listrik konvensional, MG merupakan entitas yang berdiri sendiri dan mandiri yang terhubung ke jaringan eksternal sebagai satu unit kendali. MG memiliki kemampuan untuk beroperasi dalam dua mode utama, terhubung ke jaringan dan terisolasi. Dalam mode terhubung ke jaringan, aliran daya dapat bergerak dalam kedua arah, sementara dalam mode terisolasi, MG terpisah dari jaringan eksternal guna menghindari potensi masalah seperti penurunan tegangan dan perubahan frekuensi. Diagram skematis dari mikrogrid berbasis PV telah disajikan dalam Gambar II. 4. Gambar II. 4 Mikrogrid (Mathew et al., 2022) Menurut (Lei et al., 2023), produksi daya dari sistem PV sangat tergantung pada kondisi cuaca, yang dapat mengakibatkan fluktuasi dalam daya keluaran. Untuk mengatasi tantangan ini dan memaksimalkan penggunaan daya yang dihasilkan, teknologi penyimpanan energi, khususnya baterai, telah menjadi unsur kunci 13 dalam mikrogrid berbasis PV. Di samping itu, untuk memastikan keandalan mikrogrid, sumber energi tambahan seperti generator diesel atau generator sel bahan bakar hidrogen juga diperlukan. Antarmuka elektronik daya memfasilitasi integrasi berbagai jenis sumber energi dan beban ke dalam mikrogrid. 2.2 Smart Grid Architectural Model (SGAM) Pada penelitian (Molina et al., 2022), standar SGAM dirancang sebagai kerangka kerja yang terpadu untuk desain arsitektur dan kasus penggunaan dari jaringan listrik pintar. Dengan SGAM, memungkinkan visi global dari proyek dengan memetakan berbagai aktor dan perangkat sesuai dengan domain mereka dalam rantai nilai energi listrik. Rantai nilai ini mencakup Pembangkit, Transmisi, Distribusi, Distribution Energy Resources (DER), dan Konsumen. Tingkat hierarkis dari sistem manajemen daya, yang mencakup proses, lapangan, stasiun, operasi, perusahaan, dan pasar, juga dipertimbangkan oleh SGAM. SGAM juga memasukkan lapisan interoperabilitas yang memungkinkan pertukaran informasi antara berbagai aktor dan perangkat dalam jaringan listrik pintar, seperti yang diperlihatkan pada Gambar II.5.