Di era transisi energi global menuju masa depan yang berkelanjutan, integrasi sistem fotovoltaik (PV) ke dalam jaringan listrik menghadapi tantangan kompleks yang membutuhkan solusi inovatif. Karakteristik yang berbeda antara sistem energi terbarukan dan jaringan konvensional menciptakan masalah stabilitas yang serius. Jaringan listrik tradisional mengandalkan generator sinkron dengan massa berputar untuk menghasilkan listrik, sementara sistem PV menggunakan pergerakan elektron dalam semikonduktor tanpa komponen berputar, sehingga tidak memiliki inersia kinetik yang dapat menyimpan energi.
Penelitian terbaru oleh Muhammad Akbar Syahbani dan tim kolaborasi internasional dari Universiti Tenaga Nasional Malaysia, King Abdulaziz University Saudi Arabia, dan 51动漫 Indonesia telah mengembangkan pendekatan revolusioner untuk mengatasi tantangan integrasi sistem PV. Dengan menggunakan Grid-Forming Inverter (GFMI) yang dikombinasikan dengan kontrol droop Nonlinear PID (NPID), penelitian ini memberikan solusi yang dapat meniru karakteristik inersia generator konvensional disamping dapat meningkatkan stabilitas sistem secara signifikan.
Metode Inovatif dengan GFMI dan Kontrol NPID
GFMI merupakan teknologi canggih yang memungkinkan sistem energi terbarukan beroperasi secara mandiri dan mempertahankan stabilitas jaringan. Berbeda dengan inverter konvensional yang hanya mengikuti karakteristik jaringan, GFMI dapat secara independen mengatur tegangan dan frekuensi, menjadikannya ideal untuk microgrid terisolasi, jaringan lemah, dan sistem energi terbarukan 100%.
“GFMI dengan kontrol droop NPID mampu beradaptasi dengan kondisi nonlinear yang kompleks, seperti intermittency dan ketidakseimbangan beban,” jelas Muhammad Akbar Syahbani, peneliti pertama. “Kontroler NPID memodifikasi aksi proporsional, integral, dan derivatif menggunakan fungsi nonlinear yang dapat menyesuaikan diri dengan berbagai kondisi operasi, memberikan respons yang lebih robust dibandingkan kontroler PID konvensional.”
Dalam penelitian ini, data intermittency solar diperoleh dari stasiun cuaca real-time 51动漫 di Surabaya, Indonesia, yang merekam radiasi matahari setiap lima menit. Kondisi beban tidak seimbang disimulasikan dengan Voltage Unbalance Factor (VUF) sebesar 73,6% dan Current Unbalance Factor (CUF) sebesar 73,6%, menciptakan skenario pengujian yang sangat menantang untuk memvalidasi efektivitas sistem yang diusulkan.
Hasil Penelitian yang Mengesankan:
Implementasi sistem GFMI dengan kontrol NPID pada konfigurasi PV 15 kWp yang terintegrasi dengan jaringan menunjukkan peningkatan performa yang luar biasa. Tanpa Battery Energy Storage System (BESS), sistem mampu mencapai Total Harmonic Distortion (THD) sebesar 6,27% dengan power factor 0,8351, yang masih memenuhi standar IEEE untuk sistem tegangan rendah.
Namun, integrasi dengan BESS menghasilkan peningkatan dramatis dalam kualitas daya. THD berhasil diturunkan menjadi 3,27%, menunjukkan pengurangan distorsi harmonik sebesar 47,8%. Power factor juga meningkat menjadi 0,8353 dengan stabilitas yang jauh lebih baik. Tegangan sistem tetap stabil pada 400V dan arus pada 73A meskipun menghadapi fluktuasi solar dan ketidakseimbangan beban yang ekstrem.
“Perbandingan dengan metode kontrol konvensional menunjukkan keunggulan signifikan NPID,” ujar Prisma Megantoro, salah satu peneliti kunci atau corresponding author. “Waktu konvergensi sistem membaik sekitar 15%, Rate of Change of Frequency (RoCoF) berkurang 35%, dan stabilitas transien meningkat hingga 50% dibandingkan dengan strategi kontrol yang ada.”
Tantangan dan Arah Penelitian Masa Depan:
Meskipun menunjukkan hasil yang sangat menjanjikan, implementasi praktis masih menghadapi beberapa tantangan. Keterbatasan utama terletak pada proses tuning parameter NPID yang dilakukan secara manual, yang mungkin tidak dapat beradaptasi dengan baik terhadap skenario jaringan yang beragam.
“Untuk penelitian selanjutnya, kami berencana mengintegrasikan teknik optimisasi adaptif seperti Genetic Algorithm atau Reinforcement Learning untuk mengotomatisasi dan menggeneralisasi proses tuning parameter,” ungkap Prisma. “Selain itu, validasi eksperimental melalui pengujian Hardware-in-the-Loop atau prototipe fisik akan menjadi kritis untuk mengkonfirmasi efektivitas metode yang diusulkan di dunia nyata.”
Tim peneliti juga mengeksplorasi pengembangan setup praktis yang melibatkan sistem PV-BESS skala laboratorium yang terintegrasi dengan inverter tiga fase dan dikontrol melalui simulator digital real-time seperti OPAL-RT. Pendekatan ini akan memungkinkan pengujian closed-loop dari perilaku kontroler, efek delay, dan respons transien dalam kondisi operasi yang realistis.
Penelitian ini memberikan kontribusi signifikan dalam pengembangan teknologi integrasi energi terbarukan yang lebih robust dan efisien. Dengan menggabungkan teknologi GFMI canggih dengan kontrol droop NPID yang inovatif, pendekatan ini berhasil mendemonstrasikan solusi praktis untuk mengatasi tantangan utama dalam integrasi sistem PV, yaitu intermittency dan ketidakstabilan sistem.
Keunggulan yang ditunjukkan dalam hal pengurangan THD, peningkatan power factor, dan stabilitas sistem yang lebih baik memposisikan teknologi ini sebagai kandidat kuat untuk implementasi komersial. Dalam konteks target transisi energi global, inovasi seperti ini tidak hanya berkontribusi pada pengembangan teknologi, tetapi juga mendukung upaya mitigasi perubahan iklim dan pembangunan berkelanjutan.
Masa depan sistem energi yang didominasi oleh sumber terbarukan menuntut solusi inovatif yang dapat mengatasi kompleksitas integrasi. Penelitian ini membuktikan bahwa dengan pendekatan yang tepat, teknologi yang ada dapat dioptimalkan untuk menciptakan sistem energi yang lebih bersih, stabil, dan efisien. Tantangan energi masa depan membutuhkan kolaborasi antara pemahaman mendalam tentang sistem kelistrikan dengan pendekatan komputasi canggih, dan penelitian ini memberikan fondasi yang kuat untuk pengembangan lebih lanjut.
Penulis: Muhammad Akbar Syahbani, Makbul Anwari Muhammad Ramli, Prisma Megantoro, Alfananda Ardiansyah, Intan Dwi Cahyani, Noer Fadzri Perdana Dinata, Rifqi Firmansyah, Muhammad Zohri, Firmansyah Nur Budiman
Referensi:
Syahbani, M. A., et al. (2025). Performance enhancement of grid-forming inverter-controlled PV systems: A comparative study with and without battery energy storage under intermittent and unbalanced load conditions. Results in Engineering, 27, 105980. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.105980
