Sistem Pelacakan Titik Daya Maksimum dan Efisiensi Maksimum untuk PEMFC Berbasis Kontrol Cerdas Menggunakan Interleaved Buck Boost Converter

Saputra, Pressa Perdana Surya (2026) Sistem Pelacakan Titik Daya Maksimum dan Efisiensi Maksimum untuk PEMFC Berbasis Kontrol Cerdas Menggunakan Interleaved Buck Boost Converter. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 7022212002 - Doctoral.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (12MB) | Request a copy

Abstract

Tantangan penipisan bahan bakar fosil menimbulkan tantangan global yang signifikan, mendorong pencarian sumber energi alternatif. Di antara berbagai pilihan energi hijau, Sel Bahan Bakar Membran Pertukaran Proton (PEMFC) telah mendapatkan perhatian yang cukup besar karena efisiensi konversi energinya yang tinggi, kepadatan daya yang tinggi, emisi polutan yang rendah, dan kemampuan untuk beroperasi pada suhu rendah. Namun, PEMFC sering kali menghadapi keluaran daya yang kurang optimal karena fluktuasi kondisi pengoperasian seperti perubahan suhu operasi dan kadar air membran. Selain itu, untuk mengoptimalkan pembangkitan daya, rugi-rugi parasitik akibat konsumsi daya oleh kompresor juga perlu diminimalisir melalui manajemen kontrol yang optimal antara kompresor dan PEMFC. Dengan demikian, penting untuk memastikan bahwa pasokan oksigen yang diterima PEMFC tidak kekurangan maupun berlebihan, guna meningkatkan efisiensi operasionalnya. Oleh karena itu, pelacakan titik daya maksimum dan titik efisiensi maksimum pada PEMFC menjadi hal yang sangat diperlukan.
Penelitian ini mengusulkan metode pelacakan titik daya maksimum/ Maximum Power Point Tracking (MPPT) dan pelacakan titik efisiensi maksimum. Maximum Efficiency Point Tracking (MEPT) pada PEMFC dengan menggunakan algoritma kecerdasan buatan dan konverter buck-boost interleaved. Dalam hal MPPT, pendekatan algoritma pencarian ubur-ubur (Jellyfish Search Algorithm/ JSA) diterapkan untuk mengoptimalkan pembangkitan daya PEMFC. Akurasi dan kinerja algoritma yang diusulkan dievaluasi pada kondisi yang bervariasi, seperti kandungan air membran, suhu, dan tekanan hidrogen. Sistem keseluruhan, yang terdiri dari PEMFC, konverter buck-boost interleaved, dan kontroler JSA, diperkenalkan, dimodelkan, dan diuji melalui simulasi. Validasi simulasi menunjukkan bahwa metode JSA mencapai akurasi tertinggi sebesar 99,98% di bawah variasi kandungan air membran dan suhu gabungan, serta waktu penyelesaian tercepat yaitu 1,6 detik baik dalam kasus variasi kandungan air membran maupun kombinasi variasi kandungan air membran dan suhu. Studi perbandingan dengan karya lain dalam literatur lebih lanjut menegaskan bahwa JSA mencapai akurasi tertinggi. Temuan ini memvalidasi efektivitas JSA-MPPT dalam meningkatkan ekstraksi daya dari PEMFC, ketika dikombinasikan dengan IBBC, dengan memberikan akurasi tinggi dan kinerja pelacakan yang cepat.
Penelitian selanjutnya, yakni memodelkan dan mengontrol kompressor dan PEMFC untuk mencapai efisiensi operasional maksimum (MEPT). Analisis berfokus pada peningkatan daya keluaran yang diperoleh dengan meningkatkan pasokan udara ke PEMFC, serta dampaknya terhadap peningkatan konsumsi daya oleh kompresor. Daya bersih dihitung sebagai selisih antara daya keluaran dan daya konsumsi kompresor. Hubungan ini dianalisis pada kondisi arus beban minimum dan maksimum yang terjadi selama pengoperasian sistem. Dua variabel masukan, tekanan suplai manifold kompresor dan arus beban, dimasukkan ke dalam model ANFIS untuk menentukan kecepatan kompresor optimal yang memaksimalkan daya bersih. Berdasarkan model sistem yang diusulkan dan metode kontrol ANFIS, daya bersih maksimum PEMFC berhasil diperoleh sesuai dengan kondisi arus beban saat itu dengan akurasi mencapai 99.95%, mengungguli metode lainnya.
=======================================================================================================================================
The challenge of fossil fuel depletion presents a significant global issue, driving the search for alternative energy sources. Among various green energy options, Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) have gained considerable attention due to their high energy conversion efficiency, high power density, low pollutant emissions, and ability to operate at low temperatures. However, PEMFCs often face suboptimal power output due to fluctuations in operating conditions, such as changes in operating temperature and membrane water content. Additionally, to optimize power generation, parasitic losses from power consumption by the compressor must also be minimized through optimal control management between the compressor and PEMFC. Therefore, it is crucial to ensure that the oxygen supply received by the PEMFC is neither deficient nor excessive, in order to improve its operational efficiency. As a result, maximum power point tracking (MPPT) and maximum efficiency point tracking (MEPT) in PEMFCs are essential.
This study proposes a method for maximum power point tracking (MPPT) and maximum efficiency point tracking (MEPT) in PEMFCs using artificial intelligence algorithms and an interleaved buck-boost converter. For power point tracking (MPPT), the Jellyfish Search Algorithm (JSA) is applied to optimize the PEMFC's power generation. The accuracy and performance of the proposed algorithm are evaluated under varying conditions such as membrane water content, temperature, and hydrogen pressure. The overall system, consisting of the PEMFC, interleaved buck-boost converter, and JSA controller, is introduced, modeled, and tested through simulations. Simulation validation shows that the JSA method achieves the highest accuracy of 99.98% under variations in membrane water content and combined temperature, with the fastest completion time of 1.6 seconds in both the membrane water content variation and combined water content and temperature scenarios. A comparative study with other works in the literature further confirms that JSA achieves the highest accuracy. These findings validate the effectiveness of JSA-MPPT in enhancing power extraction from PEMFCs when combined with IBBC, providing high accuracy and fast tracking performance. This research continued with modeling and controlling the compressor and PEMFC to achieve maximum operational efficiency (MEPT). The analysis will focus on improving the output power obtained by increasing the air supply to the PEMFC, as well as its impact on the increased power consumption by the compressor. Net power is calculated as the difference between the output power and the compressor power consumption. This relationship is analyzed under both minimum and maximum load current conditions that may occur during system operation. Two input variables, compressor manifold supply pressure and load current, are fed into the ANFIS model to determine the optimal compressor speed that maximizes net power. Based on the proposed system model and ANFIS control method, the maximum net power of PEMFC was successfully achieved according to the current load conditions, with an accuracy of 99.95%, outperforming other methods.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	MPPT, MEPT, JSA, ANFIS, Interleaved Buck Boost Converter
Subjects:	T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK1001 Production of electric energy or power
Divisions:	Faculty of Intelligent Electrical and Informatics Technology (ELECTICS) > Electrical Engineering > 20001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Pressa Perdana Surya Saputra
Date Deposited:	30 Jul 2026 08:25
Last Modified:	30 Jul 2026 08:25
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/136239

Actions (login required)

View Item