Download - Pengenalan PLTS.pdf
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal vi
BUKU XI
PENGENALAN PLTS
TUJUAN PELAJARAN : Setelah mengikuti pelajaran ini peserta memahami
prinsip kerja dan cara pengoperasian PLTS
DURASI : 4 JP
PENYUSUN : 1. ERWIN
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal vii
DAFTAR ISI
TUJUAN PELAJARAN .......................................................................................................... vi
DAFTAR ISI ......................................................................................................................... vii
Daftar Gambar ...................................................................................................................... iii
1. PENGENALAN PLTS .................................................................................................... 1
1.1. PENDAHULUAN ................................................................................................... 1
2. KONSEP KERJA SISTEM PLTS ................................................................................... 2
3. KOMPONEN PLTS ........................................................................................................ 4
3.1 SOLAR PANEL / PHOTOVOLTAIC ................................................................................. 4
3.2 CHARGE CONTROLLER ................................................................................................. 5
3.3 INVERTER ........................................................................................................................... 9
3.4 BATTERY .......................................................................................................................... 10
4. JENIS SISTEM PLTS .................................................................................................. 13
4.1. STAND ALONE PHOTOVOLTAIC ................................................................................ 13
4.2. GRID CONNECTED PHOTOVOLTAIC SYSTEM ....................................................... 15
4.3. GRID CONNECTED PHOTOVOLTAIC SYSTEM WITH BATTERY BACKUP ...... 17
4.4. HYBRID PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM ............................................................ 19
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal iii
Daftar Gambar
Gambar 1 Skema PLTS ........................................................................................................ 3
Gambar 2 Prinsip Kerja Photovoltaic Cell ............................................................................. 5
Gambar 3 Pulse Wide Modulation ........................................................................................ 7
Gambar 4 Maximum Power Point Tracker ............................................................................ 8
Gambar 5 Inverter................................................................................................................. 9
Gambar 6 Battere ............................................................................................................... 11
Gambar 7 Prinsip Kerja PLTS Terpusat .............................................................................. 14
Gambar 8 Prinsip Kerja PLTS On Grid ............................................................................... 15
Gambar 9 Grafik Penggunaan Grid Connected Photovoltaic System.................................. 16
Gambar 10 Prinsip Kerja PLTS On Grid With Battery Backup ............................................ 18
Gambar 11 Skema Hybrid Photovoltaic Power System ...................................................... 21
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 1
1. PENGENALAN PLTS
1.1. PENDAHULUAN
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) merupakan teknologi yang ramah
lingkungan dan menggunakan bahan bakar terbarukan (matahari), akan lebih diminati
karena dapat digunakan untuk keperluan apa saja dan di mana saja : bangunan besar,
pabrik, perumahan, daerah terpencil dan lainnya. Selain persediaannya tanpa batas, tenaga
surya nyaris tanpa dampak buruk terhadap lingkungan dibandingkan bahan bakar lainnya.
Indonesia sendiri selain dikarenakan faktor-faktor yang disebutkan diatas, masih ada lagi
faktor lain yang menyebabkan PLTS diminati di Indonesia. Seperti diketahui bersama
bahwasanya Indonesia merupakan Negara Kepulauan yang luas dan perkembangan tiap
daerah serta sumber daya alam yang tidak merata, sehingga PLTS merupakan salah satu
alternatif yang diminati. Adanya faktor-faktor di atas mengakibatkan terciptanya daerah-
daerah yang belum terlistriki dan sukar dijangkau untuk dilistriki oleh PLN, sehingga rasio
elektrifikasi di Indonesia masih relatif rendah. Upaya untuk meningkatkan rasio elektrifikasi
sudah dilakukan dengan banyaknya dibangun pembangkit-pembangkit baru, namun
ternyata hal tersebut belum cukup dikarenakan luasnya wilayah Indonesia dan adanya
daerah-daerah yang tidak mempunyai sumber daya alam serta sukar dijangkau.
Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) menjadi salah satu solusi tepat untuk melistriki
daerah-daerah yang tidak mempunyai sumber daya alam dan sukar dijangkau. Hal ini
dikarenakan bahan baku dari PLTS adalah matahari yang mana di setiap daerah pasti
adanya, dikarenakan Indonesia merupakan daerah tropis, serta kelebihan lainnya adalah
bahwa PLTS dapat mandiri (langsung pakai), dapat masuk ke grid (PLN) dan juga dapat
berkolaborasi dengan pembangkit lainnya. Dengan dibangunnya pembangkit-pembangkit
PLTS ini maka rasio elektrifitasnya akan meningkat semakin baik.
Untuk lebih mengetahui apa itu Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) maka dalam
tulisan ini akan dijelaskan secara singkat komponen-komponen yang membentuk PLTS,
sistim kelistrikan tenaga surya dan trend teknologi yang ada.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 2
2. KONSEP KERJA SISTEM PLTS
Pembangkit Listrik Tenaga Surya konsepnya sederhana, yakni mengubah cahaya matahari
menjadi energi listrik. Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi dari sumber
daya alam. Sumber daya alam matahari ini sudah banyak digunakan untuk memasok daya
listrik di satelit komunikasi melalui sel surya. Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik
dalam jumlah yang tidak terbatas langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang
berputar dan tidak memerlukan bahan bakar. Sehingga sistem sel surya sering dikatakan
bersih dan ramah lingkungan
Bandingkan dengan sebuah generator listrik, ada bagian yang berputar dan memerlukan
bahan bakar untuk dapat menghasilkan listrik. Suaranya bising. Selain itu gas buang yang
dihasilkan dapat menimbulkan efek gas rumah kaca (green house gas) yang pengaruhnya
dapat merusak ekosistem planet bumi kita.
Sistem sel surya yang digunakan di permukaan bumi terdiri dari panel sel surya, rangkaian
kontroler pengisian (charge controller), dan aki (batere) 12 volt yang maintenance free.
Panel sel surya merupakan modul yang terdiri beberapa sel surya yang digabung dalam
hubungan seri dan paralel tergantung ukuran dan kapasitas yang diperlukan. Yang sering
digunakan adalah modul sel surya 20 watt atau 30 watt. Modulsel surya itu menghasilkan
energi listrik yang proporsional dengan luas permukaan panel yang terkena sinar matahari.
Rangkaian kontroler pengisian aki dalam sistem sel surya itu merupakan rangkaian
elektronik yang mengatur proses pengisian akinya. Kontroler ini dapat mengatur tegangan
aki dalam selang tegangan 12 volt plus minus 10 persen. Bila tegangan turun sampai 10,8
volt, maka kontroler akan mengisi aki dengan panel surya sebagai sumber dayanya. Tentu
saja proses pengisian itu akan terjadi bila berlangsung pada saat ada cahaya matahari. Jika
penurunan tegangan itu terjadi pada malam hari, maka kontroler akan memutus pemasokan
energi listrik. Setelah proses pengisian itu berlangsung selama beberapa jam, tegangan aki
itu akan naik. Bila tegangan aki itu mencapai 13,2 volt, maka kontroler akan menghentikan
proses pengisian aki itu.
Rangkaian kontroler pengisian itu sebenarnya mudah untuk dirakit sendiri. Tapi, biasanya
rangkaian kontroler ini sudah tersedia dalam keadaan jadi di pasaran. Memang harga
kontroler itu cukup mahal kalau dibeli sebagai unit tersendiri. Kebanyakan system sel surya
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 3
itu hanya dijual dalam bentuk paket lengkap yang siap pakai. Jadi, sistem sel surya dalam
bentuk paket lengkap itu jelas lebih murah dibandingkan dengan bila merakit sendiri.
Biasanya panel surya itu diletakkan dengan posisi statis menghadap matahari. Padahal
bumi itu bergerak mengelilingi matahari. Orbit yang ditempuh bumi berbentuk elip dengan
matahari berada di salah satu titik fokusnya. Karena matahari bergerak membentuk sudut
selalu berubah, maka dengan posisi panel surya itu yang statis itu tidak akan diperoleh
energi listrik yang optimal. Agar dapat terserap secara maksimum, maka sinar matahari itu
harus diusahakan selalu jatuh tegak lurus pada permukaan panel surya.
Jadi, untuk mendapatkan energi listrik yang optimal, sistem sel surya itu masih harus
dilengkapi pula dengan rangkaian kontroler optional untuk mengatur arah permukaan panel
surya agar selalu menghadap matahari sedemikian rupa sehingga sinar mahatari jatuh
hampir tegak lurus pada panel suryanya. Kontroler seperti ini dapat dibangun, misalnya,
dengan menggunakan mikrokontroler 8031. Kontroler ini tidak sederhana,karena terdiri dari
bagian perangkat keras dan bagian perangkat lunak. Biasanya, paket sistem sel surya yang
lengkap belum termasuk kontroler untuk menggerakkan panel surya secara otomatis
supaya sinar matahari jatuh tegak lurus. Karena itu, kontroler macam ini cukup mahal.
Gambar 1 Skema PLTS
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 4
3. KOMPONEN PLTS
3.1 SOLAR PANEL / PHOTOVOLTAIC
Modul sel surya Photovoltaic berfungsi merubah energi surya menjadi arus listrik DC. Arus
listrik DC yang dihasilkan ini akan dialirkan melalui suatu inverter (pengatur tenaga) yang
merubahnya menjadi arus listrik AC, dan juga dengan otomatis akan mengatur seluruh
sistem. Listrik AC akan didistribusikan melalui suatu panel distribusi indoor yang akan
mengalirkan listrik sesuai yang dibutuhkan peralatan listrik. Besar dan biaya konsumsi listrik
yang dipakai di rumah akan diukur oleh suatu Watt-Hour Meters.
Komponen utama sistem surya photovoltaic adalah modul yang merupakan unit
rakitan beberapa sel surya photovoltaic. Untuk membuat modul photovoltaic secara
pabrikasi bisa menggunakan teknologi kristal dan thin film. Modul photovoltaic kristal
dapat dibuat dengan teknologi yang relatif sederhana, sedangkan untuk membuat sel
photovoltaic diperlukan teknologi tinggi.
Modul photovoltaic tersusun dari beberapa sel photovoltaic yang dihubungkan secaraseri
dan paralel. Biaya yang dikeluarkan untuk membuat modul sel surya yaitu sebesar 60% dari
biaya total. Jadi, jika modul sel surya itu bisa diproduksi di dalam negeri berarti akan bisa
menghemat biaya pembangunan PLTS. Untuk itulah, modul pembuatan selsurya di
Indonesia tahap pertama adalah membuat bingkai (frame), kemudian membuat laminasi
dengan sel-sel yang masih diimpor. Jika permintaan pasar banyak maka pembuatan sel
dilakukan di dalam negeri. Hal ini karena teknologi pembuatan sel surya dengan bahan
silikon single dan poly cristal secara teoritis sudah dikuasai. Dalam bidang photovoltaic yang
digunakan pada PLTS, Indonesia ternyata telah melewati tahapan penelitian dan
pengembangan dan sekarang menuju tahapan pelaksanaan dan instalasi untuk elektrifikasi
untuk pedesaan.
Teknologi ini cukup canggih dan keuntungannya adalah harganya murah, bersih, mudah
dipasang dan dioperasikan dan mudah dirawat. Sedangkan kendala utama yang dihadapi
dalam pengembangan energi surya photovoltaic adalah investasi awal yang besardan harga
per kWh listrik yang dibangkitkan relatif tinggi, karena memerlukan subsistemyang terdiri
atas baterai, unit pengatur dan inverter sesuai dengan kebutuhannya.
Bahan sel surya sendiri terdiri kaca pelindung dan material adhesive transparan yang
melindungi bahan sel surya dari keadaan lingkungan, material anti-refleksi untuk
menyerap lebih banyak cahaya dan mengurangi jumlah cahaya yang dipantulkan, semi-
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 5
konduktor P-type dan N-type (terbuat dari campuran Silikon) untuk menghasilkan medan
listrik, saluran awal dan saluran akhir (tebuat dari logam tipis) untuk mengirim electron ke
perabot listrik.
Cara kerja sel surya sendiri sebenarnya identik dengan piranti semikonduktor
dioda. Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan semi-
konduktor, terjadi pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh
perjalanan menuju bahan semi-konduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan
sigma gaya-gaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan semi-konduktor, menyebabkan
aliran medan listrik. Dan menyebabkan elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir
untuk digunakan pada perabot listrik.
Gambar 2 Prinsip Kerja Photovoltaic Cell
3.2 CHARGE CONTROLLER
Solar Charge Controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus
searah yang diisi ke baterai dan diambil dari baterai ke beban. Solar charge controller
mengatur overcharging (kelebihan pengisian - karena batere sudah 'penuh') dan kelebihan
voltase dari panel surya. Kelebihan voltase dan pengisian akan mengurangi umur baterai.
Solar charge controller menerapkan teknologi Pulse width modulation (PWM) untuk
mengatur fungsi pengisian baterai dan pembebasan arus dari baterai ke beban. Solar panel
12 Volt umumnya memiliki tegangan output 16 - 21 Volt. Jadi tanpa solar charge controller,
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 6
baterai akan rusak oleh over-charging dan ketidakstabilan tegangan. Baterai umumnya di-
charge pada tegangan 14 - 14.7 Volt.
Gambar 2.3 Solar Charge Controller
a Fungsi Charge Controller
Beberapa fungsi detail dari solar charge controller adalah sebagai berikut :
Mengatur arus untuk pengisian ke baterai, menghindari overcharging, dan overvoltage.
Mengartur arus yang dibebaskan/ diambil dari baterai agar baterai tidak 'full discharge',
dan overloading.
Monitoring temperatur baterai
Untuk membeli solar charge controller yang harus diperhatikan adalah:
Voltage 12 Volt DC / 24 Volt DC
Kemampuan (dalam arus searah) dari controller. Misalnya 5 Ampere, 10 Ampere, dsb.
Full charge dan low voltage cut
Seperti yang telah disebutkan di atas solar charge controller yang baik biasanya mempunyai
kemampuan mendeteksi kapasitas baterai. Bila baterai sudah penuh terisi maka secara
otomatis pengisian arus dari panel sel surya berhenti. Cara deteksi adalah melalui monitor
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 7
level tegangan batere. Solar charge controller akan mengisi baterai sampai level tegangan
tertentu, kemudian apabila level tegangan drop, maka baterai akan diisi kembali.
Solar Charge Controller biasanya terdiri dari : 1 input ( 2 terminal ) yang terhubung dengan
output panel sel surya, 1 output ( 2 terminal ) yang terhubung dengan baterai / aki dan 1
output ( 2 terminal ) yang terhubung dengan beban ( load ). Arus listrik DC yang berasal
dari baterai tidak mungkin masuk ke panel sel surya karena biasanya ada 'diode protection'
yang hanya melewatkan arus listrik DC dari panel sel surya ke baterai, bukan sebaliknya.
Charge Controller bahkan ada yang mempunyai lebih dari 1 sumber daya, yaitu bukan
hanya berasal dari matahari, tapi juga bisa berasal dari tenaga angin ataupun mikro
hidro. Di pasaran sudah banyak ditemui charge controller 'tandem' yaitu mempunyai 2 input
yang berasal dari matahari dan angin. Untuk ini energi yang dihasilkan menjadi berlipat
ganda karena angin bisa bertiup kapan saja, sehingga keterbatasan waktu yang tidak bisa
disuplai energi matahari secara full, dapat disupport oleh tenaga angin. Bila kecepatan rata-
rata angin terpenuhi maka daya listrik per bulannya bisa jauh lebih besar dari energi
matahari.
b Teknologi Charge Controller
Ada dua jenis teknologi yang umum digunakan oleh solar charge controller :
PWM (Pulse Wide Modulation), seperti namanya menggunakan 'lebar' pulse dari
on dan off elektrikal, sehingga menciptakan seakan-akan sine wave electrical
form
Gambar 3 Pulse Wide Modulation
MPPT (Maximun Power Point Tracker), yang lebih efisien konversi DC to DC
(Direct Current). MPPT dapat mengambil maximun daya dari PV. MPPT charge
controller dapat menyimpan kelebihan daya yang tidak digunakan oleh beban ke
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 8
dalam baterai, dan apabila daya yang dibutuhkan beban lebih besar dari daya
yang dihasilkan oleh PV, maka daya dapat diambil dari baterai.
Kelebihan MPPT dalam ilustrasi ini: Panel surya ukuran 120 Watt, memiliki
karakteristik Maximun Power Voltage 17.1 Volt, dan Maximun Power Current
7.02 Ampere. Dengan solar charge controller selain MPPT dan tegangan batere
12.4 Volt, berarti daya yang dihasilkan adalah 12.4 Volt x 7.02 Ampere = 87.05
Watt. Dengan MPPT, maka Ampere yang bisa diberikan adalah sekitar 120W :
12.4 V = 9.68 Ampere.
Teknologi yang sudah jarang digunakan, tetapi sangat murah, adalah Tipe 1 atau
2 Stage Control, dengan relay ataupun transistor. Fungsi relay adalah meng-
short ataupun men-disconnect baterai dari panel surya.
Gambar 4 Maximum Power Point Tracker
c Cara Kerja Charge Controller
Solar charge controller, adalah komponen penting dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya.
Solar charge controller berfungsi untuk :
Charging mode: Mengisi baterai (kapan baterai diisi, menjaga pengisian kalau baterai
penuh).
Operation mode: Penggunaan baterai ke beban (pelayanan baterai ke beban diputus
kalau baterai sudah mulai 'kosong')
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 9
3.3 INVERTER
Inverter adalah perangkat elektrik yang digunakan untuk mengubah arus listrik searah (DC)
menjadi arus listrik bolak balik (AC). Inverter mengkonversi DC dari perangkat seperti
batere, panel sel surya menjadi AC. Penggunaan inverter dari dalam Pembangkit Listrik
Tenaga Surya (PLTS) adalah untuk perangkat yang menggunakan AC (Alternating Current).
Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan inverter :
Kapasitas beban dalam Watt, usahakan memilih inverter yang beban kerjanya
mendekati dgn beban yang hendak kita gunakan agar effisiensi kerjanya maksimal
Input DC 12 Volt atau 24 Volt
Sinewave ataupun square wave outuput AC
Gambar 5 Inverter
True sine wave inverter diperlukan terutama untuk beban-beban yang masih menggunakan
motor agar bekerja lebih mudah, lancar dan tidak cepat panas. Oleh karena itu dari sisi
harga maka true sine wave inverter adalah yang paling mahal diantara yang lainnya karena
dialah yang paling mendekati bentuk gelombang asli dari jaringan listrik PLN.
Dalam perkembangannya di pasaran juga beredar modified sine wave inverter yang
merupakan kombinasi antara square wave dan sine wave. Bentuk gelombangnya bila
dilihat melalui oscilloscope berbentuk sinus dengan ada garis putus-putus di antara sumbu
y=0 dan grafik sinusnya. Perangkat yang menggunakan kumparan masih bisa beroperasi
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 10
dengan modified sine wave inverter, hanya saja kurang maksimal. Sedangkan pada square
wave inverter beban-beban listrik yang menggunakan kumparan / motor tidak dapat bekerja
sama sekali.
Selain itu dikenal juga istilah Grid Tie Inverter yang merupakan special inverter yang
biasanya digunakan dalam sistem energi listrik terbarukan, yang mengubah arus listrik DC
menjadi AC yang kemudian diumpankan ke jaringan listrik yang sudah ada. Grid Tie
Inverter juga dikenal sebagai synchronous inverter dan perangkat ini tidak dapat berdiri
sendiri, apalagi bila jaringan tenaga listriknya tidak tersedia. Dengan adanya grid tie
inverter kelebihan KWh yang diperoleh dari sistem PLTS ini bisa disalurkan kembali ke
jaringan listriki PLN untuk dinikmati bersama dan sebagai penggantinya besarnya KWh
yang disuplai harus dibayar PLN ke penyedia PLTS, tentunya dengan tarif yang telah
disepakati sebelumnya. Sayangnya sampai sekarang ketentuan tarif semacam ini masih
terus digodok seiring dengan aturan mengenai listrik swasta.
Rugi-rugi / loss yang terjadi pada inverter biasanya berupa dissipasi daya dalam bentuk
panas. Effisiensi tertinggi dipegang oleh grid tie inverter yang diclaim bisa mencapai 95-
97% bila beban outputnya hampir mendekati rated bebannya. Sedangkan pada umumnya
effisiensi inverter adalah berkisar 50-90% tergantung dari beban outputnya. Bila beban
outputnya semakin mendekati beban kerja inverter yang tertera maka effisiensinya semakin
besar, demikian pula sebaliknya. Modified sine wave inverter ataupun square wave inverter
bila dipaksakan untuk beban-beban induktif maka effisiensinya akan jauh berkurang
dibandingkan dengan true sine wave inverter. Perangkatnya akan menyedot daya 20%
lebih besar dari yang seharusnya.
3.4 BATTERY
Baterai adalah alat penyimpan tenaga listrik arus searah ( DC ). Ada beberapa jenis baterai
/ aki di pasaran yaitu jenis aki basah/konvensional, hybrid dan MF (Maintenance Free).
Aki basah/konvensional berarti masih menggunakan asam sulfat ( H2SO4 ) dalam
bentuk cair. Sedangkan aki MF sering disebut juga aki kering karena asam sulfatnya sudah
dalam bentuk gel/selai. Dalam hal mempertimbangkan posisi peletakkannya maka aki
kering tidak mempunyai kendala, lain halnya dengan aki basah
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 11
Gambar 6 Battere
Aki konvensional juga kandungan timbalnya ( Pb ) masih tinggi sekitar 2,5%untuk masing-
masing sel positif dan negatif. Sedangkan jenis hybrid kandungan timbalnya sudah
dikurangi menjadi masing-masing 1,7%, hanya saja sel negatifnya sudah ditambahkan
unsur Calsium. Sedangkan aki MF / aki kering sel positifnya masih menggunakan timbal
1,7% tetapi sel negatifnya sudah tidak menggunakan timbal melainkan Calsium sebesar
1,7%. Pada Calsium battery Asam Sulfatnya ( H2SO4 ) masih berbentuk cairan, hanya saja
hampir tidak memerlukan perawatan karena tingkat penguapannya kecil sekali dan
dikondensasi kembali. Teknologi sekarang bahkan sudah memakai bahan silver untuk
campuran sel negatifnya.
Ada beberapa pertimbangan dalam memilih aki :
Tata letak, apakah posisi tegak, miring atau terbalik. Bila pertimbangannya untuk segala
posisi maka aki kering adalah pilihan utama karena cairan air aki tidak akan tumpah.
Kendaraan off road biasanya menggunakan aki kering mengingat medannya yang berat.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 12
Aki ikut terguncang-guncang dan terbanting. Aki kering tahan goncangan sedangkan
aki basah bahan elektrodanya mudah rapuh terkena goncangan.
Voltase / tegangan, di pasaran yang mudah ditemui adalah yang bertegangan 6V, 12V
da 24V. Ada juga yang multipole yang mempunyai beberapa titik tegangan. Yang
custom juga ada, biasanya dipakai untuk keperluan industri.
Kapasitas aki yang tertulis dalam satuan Ah (Ampere hour), yang menyatakan kekuatan
aki, seberapa lama aki tersebut dapat bertahan mensuplai arus untuk beban / load.
Cranking Ampere yang menyatakan seberapa besar arus start yang dapat disuplai untuk
pertama kali pada saat beban dihidupkan. Aki kering biasanya mempunyai cranking
ampere yang lebih kecil dibandingkan aki basah, akan tetapi suplai tegangan dan
arusnya relatif stabil dan konsisten. Itu sebabnya perangkat audio mobil banyak
menggunakan aki kering.
Pemakaian dari aki itu sendiri apakah untuk kebutuhan rutin yang sering dipakai ataukah
cuma sebagai back-up saja. Aki basah, tegangan dan kapasitasnya akan menurun bila
disimpan lama tanpa recharge, sedangkan aki kering relatif stabil bila di simpan untuk
jangka waktu lama tanpa recharge.
Harga karena aki kering mempunyai banyak keunggulan maka harganya pun jauh lebih
mahal daripada aki basah. Untuk menjembatani rentang harga yang jauh maka
produsen aki juga memproduksi jenis aki kalsium (calcium battery) yang harganya
diantara keduanya.
Secara garis besar, battery dibedakan berdasarkan aplikasi dan konstruksinya.
Berdasarkan aplikasi maka battery dibedakan untuk automotif, marine dan deep cycle.
Deep cycle itu meliputi battery yang biasa digunakan untuk PV ( Photo Voltaic ) dan back up
power. Sedangkan secara konstruksi maka battery dibedakan menjadi type basah, gel dan
AGM ( Absorbed Glass Mat ). Battery jenis AGM biasanya juga dikenal dgn VRLA ( Valve
Regulated Lead Acid ).
Battery kering Deep Cycle juga dirancang untuk menghasilkan tegangan yang stabil dan
konsisten. Penurunan kemampuannya tidak lebih dari 1-2% per bulan tanpa perlu dicharge.
Bandingkan dengan battery konvensional yang bisa mencapai 2% per minggu untuk self
discharge. Konsekuensinya untuk charging pengisian arus ke dalam battery Deep Cycle
harus lebih kecil dibandingkan battery konvensional sehingga butuh waktu yang lebih lama
untuk mengisi muatannya. Antara type gel dan AGM hampir mirip hanya saja battery AGM
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 13
mempunyai semua kelebihan yang dimiliki type gel tanpa memiliki kekurangannya.
Kekurangan type Gel adalah pada waktu dicharge maka tegangannya harus 20% lebih
rendah dari battery type AGM ataupun basah. Bila overcharged maka akan timbul rongga
di dalam gelnya yg sulit diperbaiki sehingga berkurang kapasitas muatannya.
Karena tidak ada cairan yang dapat membeku maupun mengembang, membuat battery
Deep Cycle tahan terhadap cuaca ekstrim yang membekukan. Itulah sebabnya mengapa
pada cuaca dingin yang ekstrim, kendaraan yang menggunakan baterai konvensional tidak
dapat distart alias mogok.
Ada 2 rating untuk battery yaitu CCA dan RC.
CCA ( Cold Cranking Ampere ) menunjukkan seberapa besar arus yang dapat
dikeluarkan serentak selama 30 detik pada titik beku air yaitu 0 derajad Celcius.
RC ( Reserve Capacity ) menunjukkan berapa lama ( dalam menit ) battery tersebut
dapat menyalurkan arus sebesar 25A sambil tetap menjaga tegangannya di atas
10,5 Volt.
Battery Deep Cycle mempunyai 2-3 kali lipat nilai RC dibandingkan battery konvensional.
Umur battery AGM rata-rata antara 5-8 tahun.
4. JENIS SISTEM PLTS
4.1. STAND ALONE PHOTOVOLTAIC
Stand Alone PV system atau Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Terpusat (PLTS-
Terpusat) merupakan sistem pembangkit listrik alternatif untuk daerah-daerah
terpencil/pedesaan yang tidak terjangkau oleh jaringan PLN. Sistem PLTS Sistem Terpusat
disebut juga Stand-Alone PV system yaitu sistem pembangkit listrik yang hanya
mengandalkan energi matahari sebagai satu-satunya sumber energi utama dengan
menggunakan rangkaian photovoltaic module untuk menghasilkan energi listrik sesuai
dengan kebutuhan.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 14
Secara umum Konfigurasi PLTS Sistem Terpusat dapat dilihat seperti terlihat blok diagram
dibawah :
Gambar 7 Prinsip Kerja PLTS Terpusat
Prinsip Kerja PLTS Sistem Terpusat dapat diuraikan sebagai berikut :
Pada PLTS Sistem Terpusat ini, sumber energi energi listrik yang dihasilkan oleh Modul
Surya (PV) pada siang hari akan disimpan dalam baterai. Proses pengisian energi listrik
dari PV ke baterai diatur oleh Solar Charge kontroler agar tidak terjadi over charge.
Besar energi yang dihasilkan oleh PV sangat tergantung kepada intensitas penyinaran
matahari yang diterima oleh PV dan efisiensi cell. Intensitas matahari maksimum
mencapai 1000 Watt/m2, dengan efisiensi cell 14% maka daya yang dapat dihasilkan
oleh PV adalah sebesar 140 Watt/m2.
Selanjutnya energi yang tersimpan dalam baterai digunakan untuk menyuplai beban
melalui Inverter saat dibutuhkan. Inverter mengubah tegangan DC pada sisi baterai
menjadi tegangan AC pada sisi beban.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 15
4.2. GRID CONNECTED PHOTOVOLTAIC SYSTEM
Grid Connected PV System merupakan solusi Green Energy bagi penduduk perkotaan baik
perumahan ataupun perkantoran. Sistem ini menggunakan Modul Surya (Photovoltaic
Module) untuk menghasilkan listrik yang ramah lingkungan dan bebas emisi. Dengan
adanya sistem ini akan mengurangi tagihan listrik rumah tangga, dan memberikan nilai
tambah pada pemiliknya.
Gambar 8 Prinsip Kerja PLTS On Grid
Sesuai namanya, Grid Connected-PV, maka sistem ini akan tetap berhubungan dengan
jaringan PLN dengan mengoptimalkan pemanfaatan Energi PV untuk menghasilkan energi
listrik semaksimal mungkin.
Pada siang hari, Modul Surya yang terpasang pada atap akan mengkonversi sinar matahari
menjadi Energi listrik Arus Searah (DC). Selanjutnya sebuah komponen yang disebut Grid-
inverter merubah listrik arus searah (DC) dari PV menjadi listrik arus bolak-balik (AC) yang
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 16
kemudian dapat digunakan untuk mensuplai berbagai peralatan rumah tangga seperti
Lampu, TV, Kulkas, Mesin Cuci, dll. Jadi pada siang hari, kebutuhan energi listrik berbagai
peralatan disuplai langsung oleh Modul Surya. Jika pada kondisi ini terdapat kelebihan
energi dari PV maka kelebihan energi ini dapat dijual ke PLN (tergantung kebijakan).
Pada malam hari atau jika kondisi cuaca mendung maka peralatan akan disupport oleh
jaringan PLN. Hal ini dimungkinkan karena sistem ini tetap terkoneksi dengan jaringan PLN.
Ilustrasi penggunaan Grid Connected dapat dilihat pada grafik berikut :
Gambar 9 Grafik Penggunaan Grid Connected Photovoltaic System
Keuntungan menggunakan Energi Surya (Grid-Connected PV) :
Mereduksi penggunaan bahan bakar fosil sehingga mengurangi polusi/emisi bahan
bakar
Bersih, tidak berisik, menggunakan energi gratis dari matahari sepanjang tahun
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 17
Tidak memerlukan biaya operasional sepeserpun
Pengoperasian dan Perawatan sistem yang sangat mudah
Membantu menstabilkan tegangan PLN pada sisi beban
Membantu mengurangi biaya tagihan listrik bulanan
Meningkatkan nilai prestise pada rumah/perkantoran
Kelebihan Listrik yang dihasilkan PV dapat dijual kepada PLN (tergantung kebijakan)
4.3. GRID CONNECTED PHOTOVOLTAIC SYSTEM WITH BATTERY BACKUP
Grid-connected PV with battery backup adalah solusi energi hijau untuk penduduk
perkotaan baik perumahan, perkantoran, atau fasilitas publik. Sistem ini menggunakan
Modul Surya (Photovoltaic Module) sebagai penghasil listrik yang ramah lingkungan dan
bebas emisi. Dengan adanya sistem ini akan mengurangi tagihan listrik PLN dan sekaligus
turut andil dalam penyelamatan lingkungan dengan pengurangan penggunaan bahan bakar
fosil untuk pembangkitan energi listrik.
Sistem ini juga berfungsi sebagai backup energi listrik untuk menjaga kontinuitas
operasional peralatan-peralatan elektronik. Jika suatu saat terjadi kegagalan pada suplai
listrik PLN (Pemadaman listrik) maka peralatan-peralatan elektronik dapat beroperasi
secara normal dalam jangka waktu tertentu tanpa adanya gangguan.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 18
Gambar 10 Prinsip Kerja PLTS On Grid With Battery Backup
Keuntungan :
Menghasilkan energi listrik mandiri dan mengurangi tagihan listrik PLN anda
Mereduksi penggunaan bahan bakar fosil sehingga mengurangi polusi/emisi bahan
bakar
Bersih, tidak berisik, menggunakan energi gratis dari matahari sepanjang tahun
Menyediakan cadangan (backup) listrik untuk beban-beban peralatan penting apabila
terjadi gangguan PLN pada periode waktu tertentu
Meningkatkan nilai (prestise) pada bangunan/perusahaan anda.
Tidak memerlukan biaya operasional yang besar (low maintenance)
Pengoperasian dan Perawatan sistem yang sangat mudah
Kelebihan energi listrik yang dihasilkan PV dapat dijual kepada PLN (tergantung
kebijakan)
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 19
4.4. HYBRID PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM
Pengertian Hybrid pada tulisan ini adalah penggunaan 2 atau lebih pembangkit listrik
dengan sumber energi yang berbeda, umumnya digunakan untuk captive genset,sehingga
diperoleh sinergy yang memberikan keuntungan ekonomis maupun teknis(=keandalan
system supply).
Tujuan utama dari system hybrid pada dasarnya adalah berusaha menggabungkan dua
atau lebih sumber energi (system pembangkit) sehingga dapat saling menutupi kelemahan
masing-masing dan dapat dicapai keandalan supply dan efisiensi ekonomis pada type load
(Load profile) tertentu.
Type load (Load profile) adalah keyword penting dalam system hy brid. Untuk setiap load
profile yang berbeda, akan diperlukan system hybrid dengan komposisi tertentu, agar dapat
dicapai system yang optimum. Oleh karenanya, system design dan system sizing (lihat
publikasi pt Azet tentang topik ini), memegang peranan penting untuk mencapai target
dibuatnya system hybrid. Sebagai contoh, load profile yang relatif konstan selama 24 jam
dapat dicatu secara efisien dan ekonomis oleh genset (dengan kapasitas yang sesuai),
akan tetapi load profile dimana penggunaan listrik pada siang hari berbeda jauh
dibandingkan dengan malam hari, akan membuat penggunaan genset saja tidak optimum.
System Hybrid dapat melibatkan 2 atau lebih system pembangkit listrik, umumnya system
pembangkit yang banyak digunakan untuk hybrid adalah genset, PLTS, mikrohydro, Tenaga
Angin. Sehingga system hybrid bisa berarti PLTS-Genset, PLTS-Mikrohydro, PLTS-Tenaga
Angin dst. Di indonesia system hybrid telah banyak digunakan, baik PLTSGenset, PLTS-
Mikrohydro, maupun PLTS-Tenaga Angin-Mikro Hydro. Namun demikian hybrid PLTS-
Genset yang paling banyak dipakai. Umumnya digunakan pada captive genset/isolated grid
(stand alone genset, yakni genset yang tidak di interkoneksi).
Tujuan dari Hybrid PV-Genset adalah mengkombinasikan keunggulan dari setiap
pembangkit (dalam hal ini genset & PLTS) sekaligus menutupi kelemahan masing-masing
pembangkit untuk kondisi-kondisi tertentu, sehingga secara keseluruhan system dapat
beroperasi lebih ekonomis dan efisien. Photovoltaic memerlukan investasi awal yang besar
tetapi tidak memerlukan operation & maintenance (O&M) cost, dan lebih murah untuk
jangka panjang, oleh karenanya ideal untuk mencatu base load, yang umumnya tidak terlalu
besar. Apabila digunakan untuk mencatu peak load, investasi awal yang dibutuhkan akan
terlalu besar. Dilain pihak, Investasi awal genset tidak besar tetapi O&M cost tinggi dan
mahal untuk jangka panjang, sehingga efektif dan efisien untuk mencatu load besar pada
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 20
saat peak load, tetapi tidak efisien pada base load, karena jauh dibawah kapasitas
optimumnya. Kombinasi Hybrid PV-Genset akan mengurangi jam operasi genset (misalnya
dari 24 jam per hari menjadi hanya 4 jam per hari pada saat peak load saja) sehingga biaya
O&M dapat lebih efisien, sementara PLTS digunakan untuk mencatu base load, sehingga
tidak dibutuhkan investasi awal yang besar. Dengan demikian Hybrid PV-Genset akan
dapat menghemat O&M cost, mengurangi inefisiensi penggunaan genset, serta sekaligus
menghindari kebutuhan investasi awal yang besar.
a Konfigurasi Hybrid PV-Genset
System Hybrid PV-Genset terdiri dari empat komponen utama, sebagai berikut :
1. Genset
Membangkitkan listrik AC, untuk system hybrid umumnya dilengkapi dengan
automatic starter, agar nyala-mati nya genset dapat diatur otomatis dari electronic
controller.
2. PLTS (Photovoltaic)
Mengkonversi sinar matahari menjadi listrik DC. Mengingat system hybrid
menggunakan modul surya (Solar module/Solar panel) dalam jumlah yang cukup
banyak dan semuanya disambungkan baik seri maupun paralel, maka modul surya
dengan kapasitas per panel yang besar (> 100 Wp/panel) lebih disukai, dengan
demikian dapat mengurangi kebutuhan kabel koneksi. Listrik yang dihasilkan oleh
modul surya, sebelum masuk ke jaringan distribusi dikonversi menjadi listrik AC
(alternating current), oleh karena itu output dari solar modul diusahakan dengan
voltage >12VDC (system voltage 48V ~ 120 VDC umum dipakai). Untuk kebutuhan
ini, BP Solar mengeluarkan modul surya 160Wp dengan system voltage 24V DC, hal
ini memudahkan koneksi untuk mengejar DC voltage yang tinggi. Koneksi
seri/paralel antar modul surya juga disertai dengan diode-diode pengaman (Bypass
Diode & Blocking Diode) untuk mencegah short circuit, hot spot, dan reverse current.
3. Electronic Controller/Bi directional Inverter
Sering juga disebut sebagai power conditioner. Pada hakekatnya berfungsi sebagai :
(a). Voltage conditioning sebelum di catu ke load, (b). Berfungsi sebagai inverter
dengan mengkonversi listrik DC yang dihasilkan solar pv system menjadi listrik AC
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 21
yang akan dicatu ke load, (c). Berfungsi sebagai charger untuk mencharge battery
dengan memanfaatkan kelebihan listrik dari genset, (d).
Berfungsi mengatur charging battery dari solar module, (e). Mengatur dan mengelola
pembangkit mana yang harus bekerja sesuai dengan kebutuhan load, termasuk
mematikan dan menyalakan genset.
4. Battery
Berfungsi sebagai buffer daya untuk mengatasi time lag antara dihasilkannya listrik
oleh pembangkit (PV ataupun genset) dengan waktu digunakannya listrik oleh load.
Ukuran battery yang dipakai sangat tergantung pada ukuran genset, ukuran solar
panel, dan load pattern. Ukuran battery yang terlalu besar baik untuk efisiensi
operasi tetapi mengakibatkan kebutuhan investasi yang terlalu besar, sebaliknya
ukuran battery terlalu kecil dapat mengakibatkan tidak tertampungnya daya berlebih
dari pembangkit dan genset terlalu sering menyala.
System hybrid secara skematis disajikan pada diagram berikut ini :
Gambar 11 Skema Hybrid Photovoltaic Power System
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 22
b 2. 2. 4. 2 Cara Kerja System Hybrid
Terdapat beragam system hybrid, tergantung pada system design dan pilihan peralatan.
Pada system hybrid tertentu, peralihan PLTS atau genset yang dioperasikan dilakukan
secara manual. System ini tidak disarankan karena sangat tergantung pada ketelitian
operator dalam mengamati perilaku load. System hybrid yang baik dilengkapi dengan
automatic engine starter pada gensetnya dimana mati-hidupnya genset di atur secara
elektronis. Perkembangan teknologi system control untuk hybrid sudah sangat baik akhir-
akhir ini.
Apabila load dapat di catu oleh PLTS dan battery, maka SMD akan mengkonversi listrik DC
dari PLTS atau battery menjadi listrik AC, lalu di catu ke jaringan. Apabila PLTS dan battery
tidak mampu lagi mencatu load, maka genset akan di nyalakan untuk membantu mencatu
listrik. Tergantung pada system sizing dan system designnya, hal ini berarti pada dasarnya
base load akan dicatu oleh PLTS (dan battery), sedangkan peak load akan dicatu oleh
genset.
Battery akan di isi (charge) oleh dua sumber, yakni PLTS pada siang hari, dan genset yang
berasal dari daya berlebih (excessive power) pada saat genset mencatu peak load, yakni
ketika peak load mulai menurun (dan genset masih menyala). Perilaku hybrid tersebut di
atas dapat di set pada SMD, dan dasar set up nya adalah pada saat penentuan system
sizing dan system design berdasarkan data load profile. Oleh Battery Modul Surya SMD
(Solar Mains Diesel) Controller, Bi-directional Inverter Jaringan Distribusi Genset karena itu,
seperti telah dijelaskan di bab sebelumnya, load profile sangat menentukan perilaku system
hybrid dalam mencatu listrik.
Apabila system sizing dan system designya tidak baik, genset dapat sering menyala atau
menyala pada jam-jam yang tidak diinginkan (misalnya tengah malam), sehingga
persediaan BBM tidak dapat diprediksi. Hal ini akan menjadi masalah besar apabila system
hybrid di tempatkan di wilayah dimana supply BBM relatif sulit.
c System Sizing dan Design
System sizing adalah proses menentukan kapasitas (ukuran) system berdasarkan
load profile yang ingin di catu dengan memperhatikan kemampuan output masing-
masing pembangkit.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 23
System Design adalah proses menentukan design peralatan yang akan dipakai
agar dapat dicapai tujuan yang telah ditetapkan, dan agar peralatan satu dengan
lainnya dapat berinteraksi dengan baik. Sebagai contoh, system hybrid dapat saja
menggunakan genset dengan manual starter atau automatic starter, dan genset
manapun yang dipilih maka harus disesuaikan dengan system control yang akan
dipakai. System Hybrid yang digunakan pada jaringan captive genset/isolated genset
(off grid system), dapat juga dilengkapi dengan system pra bayar, dimana
masyarakat dapat membeli listrik untuk kebutuhan satu minggu/bulan.