Strategi Pengoperasian Optimal untuk Memaksimalkan Energi Tersimpan: Studi Kasus Sistem Fotovoltaik dengan Hybrid Pumped Hydro-Rainfall Storage Skala Kecil

Musafa, Akhmad (2026) Strategi Pengoperasian Optimal untuk Memaksimalkan Energi Tersimpan: Studi Kasus Sistem Fotovoltaik dengan Hybrid Pumped Hydro-Rainfall Storage Skala Kecil. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 7022201020-Doctoral.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (12MB) | Request a copy

Abstract

Sistem penyimpan energi pada pembangkit listrik dengan fotovoltaik (PV) di gedung umumnya menggunakan baterai. Untuk mengurangi dampak lingkungan dari limbah baterai pada masa mendatang, diperlukan sistem penyimpan energi alternatif yang lebih ramah lingkungan, salah satunya adalah pumped hydro storage (PHS). Namun pemanfaatan PHS sebagai sistem penyimpan energi umumnya digunakan untuk sistem kelistrikan skala besar. Pemanfaatan PHS untuk sistem kelistrikan skala kecil seperti di gedung belum banyak dilakukan, karena dinilai kurang efektif dan efisien. Hal ini menjadi tantangan dan peluang untuk diteliti. Oleh karena itu penelitian dalam disertasi ini akan difokuskan pada perancangan dan strategi pengoperasian optimal sistem PHS sebagai penyimpan energi pada sistem fotovoltaik skala kecil yang diaplikasikan di gedung. Tahapan penelitian yang telah dilakukan terbagi menjadi empat. Tahap pertama adalah mengembangkan rancangan dan model sistem PV-PHS standar yang dimodifikasi dengan menambahkan sistem penyimpan air hujan (rainfall storage/RS). Untuk meningkatkan kinerja hasil modifikasi sistem, diperlukan prediksi daya keluaran sistem PV-PHS-RS berdasarkan hasil prediksi iradiasi matahari, suhu udara dan curah hujan. Oleh karena itu, pada tahap kedua dikembangkan model prediksi daya keluaran dan energi tersimpan pada sistem PV-PHS-RS dengan algoritma Bi-LSTM. Pada tahap ketiga dilakukan modifikasi pada bagian rainfall storage dengan mengubah sistem PV statis menjadi sistem PV dinamis dengan sistem penjejak matahari (solar tracker) yang sekaligus digunakan sebagai pengumpul air hujan (rainfall collector). Selanjutnya pada tahap keempat dilakukan optimisasi pengoperasian sistem untuk meminimalkan LPSP dan emisi pengoperasian pompa dan generator PHS. Hasil penelitian tahap pertama, pada pengujian selama satu minggu menunjukkan bahwa generator PHS sistem PV-PHS-RS mampu menghasilkan energi untuk mencatu beban sebesar 2063 Wh, 2% lebih besar dibandingkan sistem PV-PHS yang hanya sebesar 3003 Wh. Sistem PV-PHS-RS mampu menyimpan energi maksimum sebesar 753 Wh, 33% lebih besar dibandingkan energi tersimpan maksimum pada sistem PV-PHS sebesar 719 Wh. Selanjutnya, hasil penelitian tahap kedua menunjukkan bahwa dengan mempertimbangkan hasil prediksi iradiasi, suhu udara, dan curah hujan, pada pengujian selama satu minggu generator sistem PV-PHS-RS berpotensi menghasilkan energi sebesar 3841 Wh untuk mencatu beban, 25% lebih besar dibandingkan generator pada sistem PV-PHS-RS tanpa prediksi yang hanya mampu mencatu energi 3062 Wh ke beban. Untuk penelitian tahap ketiga, hasil modifikasi sistem PV-PHS-RS statis menjadi sistem PV-PHS-RS dinamis dengan menambahkan Solar Tracker Rainfall Collector juga dapat meningkatkan energi tersimpan pada sistem PHS sebesar 17,84% dari sistem PV-PHS-RS kondisi statis. Sementara itu, hasil optimisasi pengoperasian sistem menunjukkan nilai LPSP yang masih lebih besar dari 10%, sehingga perlu dilakukan optimisasi ukuran sistem agar nilai LPSP lebih kecil sama dengan 10%.
==============================================================================================================================
Photovoltaic (PV) power plants in buildings generally use energy storage systems that rely on batteries. In order to reduce the environmental impact of battery waste in the future, more environmentally friendly alternative energy storage systems are needed. One such system is pumped hydro storage (PHS). However, PHS is generally used for large-scale electrical systems. Its use for small-scale systems, such as those in buildings, has not been widely implemented because it is considered less effective and efficient. This presents both a challenge and an opportunity for research. Therefore, this dissertation will focus on designing PHS systems and optimal operating strategies for energy storage in small-scale photovoltaic systems in buildings. The research was conducted in four stages. First, a design and model were developed for a standard PV-PHS system with an added rainwater storage (RS) system. In order to improve the performance of the modified system, it was necessary to predict the output power based on predictions of solar irradiation, air temperature, and rainfall. Therefore, the second stage involved developing a prediction model for the output power and stored energy of the PV-PHS-RS system using the Bi-LSTM algorithm. The third stage involved modifying the rainfall storage section by converting the static PV system into a dynamic PV system with a solar tracker that also collects rainwater. The fourth stage optimized system operation further to minimize LPSP and emissions from operating the PVS pump and generator. The results of the first stage of research, which involved one week of testing, show that the PV-PHS-RS PHS generator system can produce 2,063 Wh of energy, which is 2% more than the 3,003 Wh produced by the PV-PHS system. The PV-PHS-RS system can store a maximum of 753 Wh of energy, which is 33% more than the maximum stored energy of 719 Wh in the PV-PHS system. Furthermore, the results of the second stage of research showed that, when considering the predicted results of irradiation, air temperature, and rainfall, the PV-PHS-RS system has the potential to produce 3,841 Wh of energy to supply the load, which is 25% more than generators in PV-PHS-RS systems without predictions, which can only supply 3,062 Wh of energy to the load. The third phase of the study involved modifying a static PV-PHS-RS system into a dynamic PV-PHS-RS system by adding a solar tracker rainfall collector. This modification increased the stored energy in the PHS system by 17.84%, compared to the static PV-PHS-RS system. However, the results of the system operation optimization showed that the LPSP value was greater than 10%. Therefore, optimizing the system size was necessary to reduce the LPSP value to 10%.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	Fotovoltaik, pumpped hydro storage, rainfall storage, pengoperasian optimal, manajemen energi.
Subjects:	T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK1056 Solar power plants. Ocean thermal power plants T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK1087 Photovoltaic power generation
Divisions:	Faculty of Intelligent Electrical and Informatics Technology (ELECTICS) > Electrical Engineering > 20001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Akhmad Musafa
Date Deposited:	20 Jan 2026 10:18
Last Modified:	20 Jan 2026 10:18
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/129864

Actions (login required)

View Item