laporan sistem pendayaan energi listrik pada rumah …
TRANSCRIPT
Perjanjian No: III/LPPM/2016-02/73-P
LAPORAN
SISTEM PENDAYAAN ENERGI LISTRIK PADA RUMAH
KACA DENGAN MENGGUNAKAN PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA SURYA
Disusun Oleh:
Levin Halim, S.T., M.T.
Christian Fredy Naa, S.Si., M.Si., M.Sc
Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat
Universitas Katolik Parahyangan
2016
i
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ............................................................................................................ i
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. iii
ABSTRAK ............................................................................................................. iv
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
1.1. LATAR BELAKANG .............................................................................. 1
1.2. TUJUAN PENELITIAN .......................................................................... 2
1.3. METODOLOGI PENELITIAN ............................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 4
2.1. RUMAH KACA [10] ............................................................................... 4
2.2. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA ..................................... 10
2.2.1. Photovoltaic (PV) Power ................................................................ 10
2.2.2. Energi dari Matahari ....................................................................... 11
2.2.3. Komponen Utama Pembangkit PV ................................................. 13
2.3. Sistem Pendayaan dengan PLTS ............................................................ 17
BAB III METODE PENELITIAN........................................................................ 21
3.1. IDENTIFIKASI BEBAN PADA RUMAH KACA ............................... 21
3.2. DESAIN SISTEM PENDAYAAN ENERGI LISTRIK DENGAN PLTS
PADA RUMAH KACA .................................................................................... 23
3.3. IMPLEMENTASI NYATA SISTEM PENDAYAAN ENERGI LISTRIK
PADA RUMAH KACA .................................................................................... 25
BAB IV JADWAL PELAKSANAAN ................................................................. 27
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................ 28
5.1. KONFIGURASI SISTEM PENDAYAAN ENERGI LISTRIK ............... 28
ii
5.2. IDENTIFIKASI BEBAN ....................................................................... 30
5.3. PEMILIHAN MODUL PANEL SURYA .............................................. 31
5.4. PENENTUAN SPESIFIKASI INVERTER ........................................... 32
5.5. PENENTUAN SPESIFIKASI BATERAI ............................................. 32
5.6. PENENTUAN SPESIFIKASI SOLAR CHARGE CONTROLLER ..... 33
5.7. IMPLEMENTASI SISTEM PENDAYAAN ENERGI LISTRIK ......... 34
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 38
6.1. KESIMPULAN .......................................................................................... 38
6.2. SARAN ...................................................................................................... 38
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 40
LAMPIRAN .......................................................................................................... 42
iii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Rumah Kaca [10] ................................................................................... 5
Gambar 2 Perbedaan Bentuk Rumah Kaca [10] ..................................................... 6
Gambar 3 Rumah Kaca Active Cooling [10] .......................................................... 7
Gambar 4 Rumah Kaca Passive Cooling Bingkai Pipa [10] ................................... 8
Gambar 5 Komponen Rumah Kaca Tipikal [10] .................................................... 9
Gambar 6 Radiasi Extra-Atmospheric [13]........................................................... 12
Gambar 7 Aliran Energi antara Matahari, Atmosphere, dan Tanah [13] .............. 13
Gambar 8 Pembangkit PV [13] ............................................................................. 14
Gambar 9 Photovoltaic Generator [13] ................................................................. 14
Gambar 10 Skema Prinsip Inverter Satu Fasa [13] ............................................... 15
Gambar 11 Prinsip Teknologi PWM [13] ............................................................. 16
Gambar 12 Representasi Skematik (a) sistem PV DC Sederhana untuk Mendayai
Pompa Air tanpa Penyimpanan Energi, (b) sistem PV kompleks termasuk Baterai,
conditioner daya, dan beban AC maupun DC [14] ............................................... 18
Gambar 13 Representasi Skematik Sistem PV Grid-Connected [14] ................... 19
Gambar 14 Representasi Skematik Sistem PV Hybrid [14] ................................. 19
Gambar 15 Diagram Alir Metodologi Penelitian .................................................. 21
Gambar 16 Prototipe Rumah Kaca yang akan Diimplementasikan [1] ................ 22
Gambar 17 Diagram Sistem Energi untuk Pertanian Rumah Kaca [3] ................. 23
Gambar 18 Diagram Sistem Energi Implementasi Rumah Kaca .......................... 24
Gambar 19 Panel Surya Polycristaline [14] .......................................................... 25
Gambar 20 Diagram Skematik Implementasi Umum Pembangkit PV [15] ......... 26
Gambar 21 Skema Sistem Pendayaan Energi Listrik dengan PLTS Off-Grid ..... 29
Gambar 22 Konfigurasi Sistem Pendayaan Energi Listrik dengan PLTS Off-Grid
............................................................................................................................... 29
Gambar 23 Modul Panel Surya 120 Wp ............................................................... 35
Gambar 24 Inverter Pure Sine-Wave 500 W ........................................................ 36
Gambar 25 Baterai VRLA-GEL 100 Ah 12 V...................................................... 36
Gambar 26 Solar Charge Controller 20 A............................................................. 37
iv
ABSTRAK
Kecenderungan pada dewasa ini, ada berbagai masalah yang muncul pada bidang
pertanian. Salah satu dari masalah tersebut yang paling utama adalah keterbatas
lahan untuk ditanami. Perlu diketahui bahwa dengan peningkatan jumlah penduduk
dan pembangunan, ketersediaan lahan pun menjadi berkurang secara signifikan.
Rumah kaca menjadi salah satu jawaban dari masalah tersebut. Rumah kaca pada
jaman ini sudah dilengkapi dengan sistem kendali dan monitoring sebagai salah
satu improvement rumah kaca cerdas. Tentunya Rumah Kaca cerdas seperti
demikian membutuhkan energi listrik yang handal dan berkelanjutan untuk
mendapatkan fungsi rumah kaca cerdas yang baik. Penelitian ini melakukan
analisis, simulasi, desain, dan implementasi nyata sistem pendayaan energi listrik
untuk rumah kaca tersebut. Pendayaan energi listrik tersebut akan didayai dengan
energi terbarukan yaitu energi matahari dengan teknologi PV pada Pembangkit
Listrik Tenaga Surya. Sehingga dibutuhkan identifikasi beban-beban dan
kebutuhan listrik yang ada pada rumah kaca, pemilihan desain sistem energi rumah
kaca, penentuan spesifikasi peralatan-peralatan yang diperlukan, serta
implementasi pendayaan energi listrik rumah kaca tersebut.
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Kecenderungan pada dewasa ini, ada berbagai masalah yang muncul pada
bidang pertanian. Salah satu dari masalah tersebut yang paling utama adalah
keterbatas lahan untuk ditanami. Perlu diketahui bahwa dengan peningkatan jumlah
penduduk dan pembangunan, ketersediaan lahan pun menjadi berkurang secara
signifikan.
Indonesia merupakan salah satu negara dengan permasalahan seperti demikian,
bahkan di Indonesia permasalahan keterbatasan lahan tersebut permasalahan
tersebut menjadi cukup rumit karena beberapa faktor antara lain: produk lokal yang
tidak memenuhi spesifikasi industri pangan, hasil produksi terbatas, perubahan
selera konsumen dan perlunya mempertahankan ketersediaan produk-produk
pertanian tersebut untuk menunjang kelangsungan industri-industri terkait. Selain
itu, adapun permasalahan pengaruh dari globalisasi dan perkembangan teknologi
pertanian menyebabkan dunia pertanian Indonesia harus segera memberikan
tanggapan untuk dapat terus bersaing [1], [2].
Rumah kaca menjadi salah satu jawaban untuk menjawab permasalahan-
permasalahan tersebut. Pertanian rumah kaca mempunyai banyak keuntungan,
diantaranya : mudah dalam mengendalikan hama dan penyakit, bisa mengendalikan
suhu dan kelembaban serta dapat lebih meningkatkan mutu produk pertanian yang
dihasilkan. Meskipun demikian cara ini memerlukan biaya yang relatif lebih tinggi
dan intensitas energi (energi yang digunakan per unit produksi) juga lebih besar
dibandingkan dengan cara konvensional. Karena energi merupakan salah satu
faktor penting, maka pengendalian sistem energi merupakan salah satu faktor untuk
dapat menekan biaya produksi [3].
Pertanian rumah kaca tersebut diharapkan dapat mempunyai sistem kendali dan
monitoring yang baik secara real-time. Dengan sistem kendali yang baik seperti
yang dibahas pada [1], [4]–[6] diperlukan energi listrik yang cukup untuk mendayai
rumah kaca tersebut. Pendayaan rumah kaca dengan energi listrik tersebut
2
diharapkan menggunakan clean energy yang merupakan energi terbarukan tanpa
menimbulkan emisi seperti yang dibahas pada [7]–[9]. Sistem pendayaan energi
listrik untuk rumah kaca ini diharapkan sustainable atau berkelanjutan dan
mempunyai keandalan yang cukup tinggi.
Pada penelitian yang dilakukan disini, dilakukan analisis juga implementasi
nyata terhadap pendayaan energi listrik untuk pertanian rumah kaca secara mandiri,
artinya pertanian rumah kaca tersebut akan memiliki sistem energi tersendiri yang
lepas dari grid sehingga dapat berdiri dimanapun rumah kaca itu terbuat tanpa harus
tergantung dari elektrifikasi lingkungan sekitar. Sistem pendayaan rumah kaca
tersebut diharapkan mempunyai keandalan yang tinggi dan berkelanjutan dengan
menggunakan energi terbarukan yang bebas emisi. Oleh karena itu, energi listrik
yang digunakan untuk pendayaan rumah kaca ini berbasis Pembangkit Listrik
Tenaga Surya (PLTS) yang memakai solar panel dengan sumber energi terbarukan
cahaya matahari.
Penelitian ini akan diimplementasikan secara nyata pada rumah kaca yang
dilengkapi sistem kendali dan monitoring untuk pertaniannya sebesar 2 x 3 m2.
Sehingga, solar panel yang dipakai dan sistem pendayaan akan dibuat secara nyata
juga untuk mendayai seluruh kebutuhan rumah kaca tersebut dengan berkelanjutan
dan keandalan yang baik.
1.2. TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini berupaya untuk menganalisis serta mengimplementasikan secara
nyata sistem pendayaan energi listrik untuk pertanian rumah kaca dengan
menggunakan Pembangkit Listrik Tenaga Surya secara komprehensif. Tujuan dari
penelitian ini sebagai berikut:
1. Mengidentifikasi karakteristik beban untuk sistem kendali dan monitoring
pertanian rumah kaca
2. Menganalisis sistem energi listrik Pembankit Listrik Tenaga Surya
3. Mendesain sistem pendayaan energi listrik untuk rumah kaca secara
berkelanjutan dan dengan keandalan yang tinggi
3
4. Implementasi nyata sistem pendayaan energi listrik untuk rumah kaca
dengan Pembangkit Listrik Tenaga Surya
1.3. METODOLOGI PENELITIAN
Kegiatan penelitian ini terdiri dari beberapa tahap antara lain:
1. Identifikasi seluruh beban dan kebutuhan pada rumah kaca
Pada tahap ini, dilakukan identifikasi seluruh kebutuhan beban yang
diperlukan pada rumah kaca baik untuk pertanian itu sendiri, sistem kendali,
sistem monitoring, maupun beban-beban lainnya sebagai dasar desain
sistem pendayaan energi listriknya.
2. Desain sistem pendayaan energi listrik dengan Pembangkit Listrik Tenaga
Surya pada Rumah Kaca
Pada tahap ini, studi pustaka serta perhitungan kepada sistem energi listrik
dengan Pembangkit Listrik Tenaga Surya dengan meninjau kebutuhan
beban rumah kaca untuk mendapatkan spesifikasi Pembangkit Listrik
Tenaga Surya yang dibutuhkan agar sesuai dan sustainable. Selain itu,
dibuat desain untuk sistem pendayaan energi listrik untuk rumah kaca
sedemikian rupa agar energi listrik yang disuplai ke rumah kaca tersebut
mempunyai keandalan yang baik.
3. Implementasi sistem pendayaan energi listrik rumah kaca
Pada tahap ini, implementasi nyata rumah kaca dan sistem pendayaan energi
listrik untuk rumah kaca tersebut diimplementasikan secara nyata berupa
pengadaan peralatan berdasarkan hasil perhitungan spesifikasi pada tahap
sebelumnya.
4. Pembuatan Laporan
Setelah menyelesaikan tahap-tahap dalam penelitian di atas, tahap akhir
berupa penulisan laporan termasuk rekomendasi untuk sistem menjadi lebih
baik.
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. RUMAH KACA [10]
Sekitar 95% baik tanaman pangan maupun tanaman untuk perdagangan
tumbuh di lapangan terbuka. Seiring berjalannya waktu, sudah dipelajari bagaimana
untuk menumbuhkan tanaman pada kondisi lingkungan natural. Di beberapa daerah
beriklim mana kondisi iklimnya sangat merugikan dan tidak ada tanaman bisa
tumbuh, banyak yang telah mengembangkan metode tumbuh beberapa tanaman
bernilai tinggi terus menerus dengan menyediakan perlindungan dari dingin yang
berlebihan atau panas yang berlebihan, yang disebut sebagai Teknologi Rumah
Kaca.
Rumah kaca adalah sebuah bangunan yang terbuat dari gelas atau plastik di
mana tanaman dibudidayakan. Contohnya pembudidayaan tanaman cabe, karena
tanaman cabe memiliki banyak keuntungan selain memiliki banyak manfaat bagi
kesehatan manusia maupun secara finansial [11].
Teknologi rumah kaca merupakan teknik untuk menyediakan keadaan
lingkungan yang diinginkan terhadap tanaman. Rumah kaca dapat digunakan untuk
melindungi tanaman dari kondisi iklim yang merugikan seperti angin, dingin,
radiasi, temperatur ekstrem, hama, dan penyakit. Rumah kaca mempunyai peran
yang vital untuk membuat iklim mikro yang ideal di sekitar tanaman.
Hal-hal tersebut memungkinkan dengan cara mendirikan rumah kaca atau
greenhouse atau glass house, di mana kondisi lingkungan yang dimodifikasi
sedemikan rupa sehingga dapat menumbuhkan tamanan apapun di tempat manapun
dengan memberikan kondisi lingkungan yang sesuai dengan mudah.
Rumah kaca dibingkai atau ditutupi dengan bahan transparan atau tembus
cukup besar untuk tumbuh tanaman di bawah kondisi lingkungan yang sebagian
atau sepenuhnya dapat dikendalikan untuk mendapatkan pertumbuhan dan
produktivitas yang optimal.
Adapun beberapa keuntungan rumah kaca adalah sebagai berikut:
5
Hasil mungkin 10-12 kali lebih tinggi daripada keluar budidaya di lapang
terbuka tergantung pada jenis rumah kaca, jenis tanaman, fasilitas
pengendalian lingkungan
Keandalan meningkat pada tanaman dengan budidaya di rumah kaca
Idealnya cocok untuk sayuran dan tanaman bunga
Produksi tanaman floricultural sepanjang tahun
Produksi tanaman sayur dan buah di luar musim
Beban penyakit dan transplantasi genetik unggul dapat diproduksi secara
terus menerus
Efisien penggunaan bahan kimia, pestisida untuk mengendalikan hama dan
penyakit
Kebutuhan air sangan terbatas dan mudah dikendalikan
Perawatan dari stock tanaman, budidaya tanaman cangkong dan tanaman
micro-propagated
Memperkuat jaringan tanaman budidaya
Produksi berkualitas menghasilkan bebas dari noda
Lebih berguna dalam monitoring dan pegendalian ketidak stabilan dari
berbagai sistem ekologikal
Teknik modern hydroponic (budidaya soil less), aeroponic, dan teknik film
gizi memungkinkan hanya dalam budidaya rumah kaca
Gambar 1 Rumah Kaca [10]
Struktur rumah kaca memiliki beberapa jenis dan digunakan untuk
memproduksi tanaman. Meskipun ada keuntungan dari setiap jenis untuk aplikasi
tertentu, secara umum tidak ada jenis rumah kaca tunggal, yang dapat disebut
6
terbaik. Perbedaan jenis dari rumah kaca didesain untuk memenuhi kebutuhan yang
spesifik. Perbedaan jenis dari rumah kaca didasarkan bentuk, utilitas, material dan
konstruksi adalah sebagai berikut:
1. Jenis Rumah Kaca Berdasarkan Bentuk
Untuk keperluan klasifikasi, keunikan dari penampang rumah kaca
dipertimbangkan sebagai sebuah faktor. Jenis umum rumah kaca
berdasarkan bentuk adalah sebagai berikut:
a. Rumah Kaca tipe Bangsal (Lean-to type Greenhouse)
b. Rumah Kaca tipe Berentang (Even Span type Greenhouse)
c. Rumah Kaca tipe Berentang Merata (Uneven Span type
Greenhouse)
d. Rumah Kaca tipe Berbukit dan Beralur (Ridge and Furrow type)
e. Rumah Kaca tipe Gigi Gergaji (Saw Tooth type)
f. Rumah Kaca Quonset
g. Interlocking ridges and furrow type Quonset greenhouse
h. Ground to ground greenhouse.
Gambar 2 Perbedaan Bentuk Rumah Kaca [10]
2. Rumah Kaca berdasarkan Utilitas
7
Klasifikasi dapat dibuat bergantung pada fungsi atau utilitas. Dari
perbedaan utilitas, pendinginan dan pemanasan buatan lebih mahal rumit.
Karenanya, dapat diklasifikasikan kepada dua tipe:
a. Rumah Kaca untuk Pemanasan Aktif
b. Rumah Kaca untuk Pendinginan Aktif
Gambar 3 Rumah Kaca Active Cooling [10]
8
Gambar 4 Rumah Kaca Passive Cooling Bingkai Pipa [10]
3. Rumah Kaca berdasarkan Konstruksi
Jenis konstruksi terutama dipengaruhi oleh bahan struktural, meskipun
material pelindung (covering material) juga mempengaruhi jenisnya. Lebih
jauh rentangnya, material harus lebih kuat dan anggota struktural lebih
banyak dipakai untuk membuat jaringan yang kokoh. Untuk rentang yang
lebih kecil, desain sederhana seperti lingkaran (hoops) dapat diikuti. Jadi
berdasarkan konstruksi, rumah kaca dapat diklasifikasikan sebagai:
a. Struktur Bingkai Kayu (Wooden Framed Structure)
b. Struktur Bingkai Pipa (Pipe Framed Structure)
c. Struktur Bingkai Tiang Penopang (Truss Framed Structure)
4. Rumah Kaca Berdasarkan Material Pelindung
Material pelindung merupakan komponen penting dari struktur rumah kaca.
Material pelindung mempunyai pengaruh langsung terhadap efek dari
rumah kaca, di dalam struktur dan pengubahan temperatur udara di dalam.
Tipe-tipe bingkau dan metode perbaikan juga bervariasi pada material
9
pelingdung. Oleh karenanya, berdasarkan material pelindung dapat
diklasifikasikan menjadi:
a. Kaca (Glass Glazing)
b. Serat kaca diperkuat plastik (Fiber Glass Reinforced Plastic - FRP
Glazing)
i. Lembaran Polos
ii. Lembaran Berkerut
c. Film Plastik (Plastic Film)
i. UV Stabilized LDPE Film
ii. Lembaran jenis Silpaulin
iii. Net house
d. Berdasarkan dari harga konstruksi yang terlibat (termasuk berbagai
faktor yang disebutkan dari a sampai c)
i. Rumah Kaca Harga Tinggi
ii. Rumah Kaca Harga Menengah
iii. Rumah Kaca Harga Murah
Gambar 5 Komponen Rumah Kaca Tipikal [10]
10
2.2. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
2.2.1. Photovoltaic (PV) Power
Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) memanfaatkan energi sinar matahari
untuk dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan teknologi
photovoltaic (PV). PV sel adalah jenis teknologi yang menggunakan bahan
semikonduktor untuk mengubah energi sinar matahari menjadi listrik yang dapat
digunakan. Sel-sel mentransfer energi dari foton menembus panel surya untuk
elektron yang disalurkan ke sirkuit eksternal untuk menyalakan sebuah beban
listrik. Sebuah panel PV terdiri dari beberapa sel fotovoltaik, di mana saja dari 50
sampai 120, yang dihubungkan bersama-sama dalam sebuah sirkuit listrik yang
kemudian dapat terhubung ke sirkuit eksterior pada satu titik. Seluruh sistem PV
sering terdiri dari sejumlah panel, tegangan yang diinginkan dapat dihasilkan [12].
Sebuah pembangkit photovoltaic (PV) atau PLTS mengubah secara langsung
dan seketika energi matahari menjadi energi listrik tanpa menggunakan bahan bakar
apapun. Sebagai fakta, teknologi photovoltaic (PV) mengeksploitasi efek
fotolistrik, melalui beberapa semikonduktor yang sesuai "didoping" menghasilkan
listrik ketika terkena radiasi matahari [13].
Keuntungan dari pembangkit PV dapat dijabarkan sebagai berikut:
Pembangkit terdistribusi dimana dibutuhkan
Tidak ada emisi material polusi
Menghemat bahan bakar fosil
Tidak mempunyai part bergerak sehingga lebih handal
Biaya Operasi dan Perawatan lebih sedikit
Sistem Modularitas (untuk meningkatkan daya pembangkit diperlukan
perbanyakan panel) menurut kebutuhan nyata pengguna
Namun, biaya awal untuk pengembangan pembangkit PV cukup tinggi karena
pasar yang belum mencapai kematangan penuh dilihat dari segi teknis dan
ekonomis.
Output daya listrik tahunan pembangkit PV tergantung pada faktor-faktor yang
berbeda. Antara lain:
Insiden Radiasi Matahari di situs Instalasi
11
Orientasi dan kecenderungan arah panel
Kehadiran atau ketidakhadiran bayangan
Performansi teknis dari komponen pembangkit (modul utama dan inverter)
Aplikasi utama dari pembangkit PV adalah:
Instalasi (dengan sistem penyimpanan) untuk pengguna yang madiri
(isolated from grid) lepas dari grid
Instalasi untuk pengguna yang terkoneksi ke grid tegangan rendah
Pembangkit Listrik Tenaga Surya berdaya besar, biasanya terkoneksi ke
grid tegangan menengah dengan daya tidak kurang dari 1 kW.
Sebuah pembangkit PV pada dasarnya dibentuk oleh generator (PV panel atau
solar panel), dengan bingkai pendukung untuk mount panel pada tanah, pada sebuah
bangunan atau struktur bangunan manapun, oleh sistem untuk kontrol daya dan
conditioning, oleh kemungkinan sistem penyimpanan energi, oleh switchboards
dan switchgear dengan housing pensaklaran dan peralatan perlindungan dan dengan
kabel sambungan.
2.2.2. Energi dari Matahari
Dalam termonuklir inti matahari terjadi reaksi fusi tak henti-hentinya di jutaan
derajat; kemudian merilis besar jumlah energi dalam bentuk radiasi
elektromagnetik. Sebagian dari energi ini mencapai area luar atmosfer bumi dengan
radiasi rata-rata (solar konstan) dari sekitar 1367 W/m2 ± 3%, nilai yang dapat
bervariasi sebagai fungsi dari jarak Bumi-ke-Matahari dan dari aktivitas matahari
(sunspot). Karena orbit eliptikal bumi yang mengitari matahari, jarak terpendek ke
matahari ada pada Desember dan Januari, dan yang terjauh ada pada Juni dan Juli.
12
Gambar 6 Radiasi Extra-Atmospheric [13]
Dengan radiasi matahari (solar irradiance) yang dimaksud adalah insiden intensitas
cahaya radiasi elektromagnetik pada permukaan 1 meter persegi [kW/m2] .
Intensitas tersebut adalah sama dengan integral dari daya yang berhubungan dengan
masing-masing nilai frekuensi spektrum radiasi matahari. Ketika melewati
atmosfer, radiasi matahari berkurang dalam intensitasnya karena sebagian
tercermin dan diserap (oleh uap air dan oleh gas atmosfer lainnya). Radiasi yang
terlewat sebagian disebarkan oleh udara dan oleh partikel padat di udara.
13
Gambar 7 Aliran Energi antara Matahari, Atmosphere, dan Tanah [13]
2.2.3. Komponen Utama Pembangkit PV
1. Generator Photovoltaic (PV)
Komponen dasar dari generator PV adalah fotovoltaik yang sel dimana
konversi radiasi matahari menjadi arus listrik dilakukan. Sel terbuat oleh lapisan
tipis bahan semikonduktor, umumnya silikon ditangani dengan baik, dengan
ketebalan sekitar 0,3 mm dan permukaan 100-225 cm2.
Di pasar ada modul fotovoltaik dijual berupa kumpulan sel. Yang paling umum
yang terdiri 36 sel dalam 4 baris paralel terhubung dalam seri, dengan luas mulai
dari 0,5 sampai 1 m2. Beberapa modul secara mekanis dan elektrik terhubung
membentuk sebuah panel, yang merupakan struktur umum yang dapat dipasang di
gedung.
14
Gambar 8 Pembangkit PV [13]
Beberapa panel elektrik dihubungkan secara seri merupakan sebuah array dan
beberapa array, secara elektrik terhubung dalam paralel untuk menghasilkan daya
yang dibutuhkan, merupakan generator atau bidang photovoltaic.
Gambar 9 Photovoltaic Generator [13]
15
2. Inverter
Conditioning daya dan sistem kendali dilakukan oleh inverter yang mengubah
arus searah (DC – Direct Current) menjadi bolak-balik (AC – Alternating Current)
saat ini dan kontrol kualitas output daya untuk dikirimkan ke grid, juga dengan cara
filter LC dalam inverter itu sendiri. Adapun prinsip skema inverter sebagai berikut:
Gambar 10 Skema Prinsip Inverter Satu Fasa [13]
Transistor, digunakan sebagai saklar statis, dikendalikan oleh sinyal
pembukaan – penutupan yang, dalam mode sederhana, akan menghasilkan output
gelombang persegi bolak balik.
Untuk mendapatkan bentuk gelombang sinusoidal, teknik lebih canggih
canggih - Pulse Width Modulation (PWM) – digunakan atau biasa disebut Modulasi
Lebar Pulsa; Teknik PWM memungkinkan regulation dapat dicapai pada frekuensi
serta pada rms nilai gelombang keluaran.
16
Gambar 11 Prinsip Teknologi PWM [13]
Daya yang disalurkan oleh generator PV tergantung pada titik di mana PV
Generator beroperasi. Dalam rangka memaksimalkan energi pasokan dengan
pembangkit PV, generator akan beradaptasi dengan beban, sehingga titik operasi
selalu sesuai dengan Titik daya maksimum (Maximum Power Point – MPP).
Untuk tujuan ini , sebuah chopper (DC-DC Converter) yang dikendalikan
disebut Maximum Power Point Tracker ( MPPT ) digunakan di dalam inverter atau
pada modul terpisah. MPPT menghitung instan dengan instan pasangan nilai
"Tegangan - arus" dari generator di mana maksimum daya yang tersedia yang
dihasilkan. Mulai dari kurva I- V generator PV.
17
Titik maksimum transfer daya sesuai dengan titik singgung antara
karakteristik I-V untuk diberikan nilai radiasi matahari dan hiperbola persamaan:
𝑉. 𝐼 = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛 (1)
Sistem MPPT digunakan secara komersial mengidentifikasi titik daya pada
kurva karakteristik generator dengan menyebabkan, secara berkala, variasi kecil
beban yang menentukan penyimpangan dari nilai tegangan – arus dan mengevaluasi
jika produk baru I-V lebih tinggi atau lebih rendah maka sebelumnya yang dipilih.
Karena karakteristik yang diperlukan dari kebutuhan performa inverter
untuk pembangkit mandiri dan untuk pembangkit grid-connected pembangkit harus
memiliki karakteristik yang berbeda:
Pembangkit mandiri, inverter harus mampu menyediakan sisi tegangan AC
se-konstan mungkin pada produksi generator dan permintaan beban yang
bervariasi;
Pada pembangkit grid-connected inverter akan mereproduksi, se-persis
mungkin, tegangan jaringan dan pada saat yang sama mencoba untuk
mengoptimalkan dan memaksimalkan keluaran energi dari panel PV .
2.3. Sistem Pendayaan dengan PLTS
Untuk mendayai suatu gedung atau jaringan, PLTS harus mempunyai sistem
terpadu yang memiliki modul-modul dan komponen tertentu. Sistem tersebut harus
didesain sedemikian rupa sehingga pendayaan gedung menjadi handal.
Adapun beberapa sistem pendayaan untuk sistem pembangkit PV atau PLTS
ini:
1. Sistem Stand-alone
Sistem stand-alone mengandalkan tenaga PV saja. Sistem ini dapat terdiri
hanya modul PV dan beban atau dapat mencakup baterai untuk penyimpanan
energi. Bila menggunakan regulator pengisi baterai, yang mematikan modul PV
saat baterai terisi penuh, dan matikan beban bila baterai menjadi bawah batasnya.
Baterai harus memiliki kapasitas yang cukup untuk menyimpan energi yang
dihasilkan pada siang hari untuk digunakan pada malam hari dan selama periode
cuaca buruk. Berikut merupakan skematis contoh dari sistem yang berdiri sendiri ;
18
(a) sistem PV DC sederhana tanpa baterai dan (b) sistem PV besar dengan beban
DC maupun AC.
Gambar 12 Representasi Skematik (a) sistem PV DC Sederhana untuk Mendayai Pompa Air tanpa
Penyimpanan Energi, (b) sistem PV kompleks termasuk Baterai, conditioner daya, dan beban AC maupun
DC [14]
2. Sistem Grid-Connected
Sistem grid-connected telah menjadi semakin populer sebagai aplikasi yang
terintegrasi. PV terhubung ke grid melalui inverter, dan tidak memerlukan baterai
karena grid dapat menerima semua listrik yang generator PV suplai. Alternatifnya,
PV digunakan sebagai pembangkit listrik untuk grid. Sebuah sistem PV grid-
connected secara skematik adalah sebagai berikut:
19
Gambar 13 Representasi Skematik Sistem PV Grid-Connected [14]
3. Sistem Hybrid
Sistem hybrid terdiri dari kombinasi modul PV dan sistem pembangkit listrik lain
seperti diesel, gas atau angina.Sistem hybrid ini secara skematik dapat ditinjau
sebagai berikut:
Gambar 14 Representasi Skematik Sistem PV Hybrid [14]
20
Dalam rangka mengoptimalkan operasi dari dua generator, sistem hybrid
biasanya membutuhkan kontrol yang lebih canggih dari sistem PV stand-alone.
Misalnya, dalam kasus sistem PV disandingkan dengan pembangkit diesel, mesin
diesel harus dimulai ketika baterai mencapai tingkat discharge yang ditentukan dan
berhenti lagi ketika baterai mencapai keadaan pengisian yang cukup. Generator
back-up dapat digunakan untuk mengisi ulang baterai saja atau untuk memasok
beban juga.
Masalah umum dengan generator PV/diesel hybrid adalah kurangnya
pengendalian dari generator diesel. Jika baterai dipertahankan pada terlalu tinggi
keadaan pengisiannya oleh generator diesel, maka energi yang bisa dihasilkan oleh
generator PV akan terbuang. Sebaliknya, jika baterai diisi tidak cukup, maka umur
operasional pembangkit akan berkurang. Masalah tersebut harus dihadapi jika
generator PV ditambahkan dengan mesin diesel tanpa instalasi sistem otomatis
untuk starting mesin dan kendali output.
21
BAB III
METODE PENELITIAN
Pada penelitian ini akan dilakukan desain, analisis, serta implementasi nyata
pada sistem pendayaan rumah kaca dengan tenaga PV. Sehingga berikut merupakan
diagram alir untuk metode penelitian yang dilakukan:
MulaiIdentifikasi Beban pada Rumah Kaca
List Kebutuhan listrik dan
Kendali Rumah Kaca
Desain Sistem Pendayaan energi listrik rumah kaca
dengan PLTS
Radiasi Matahari,
Sistem Pendayaan
Penentuan spesifikasi setiap
komponen peralatan PLTS
(Evaluasi Desain)Desain sudah memadai?
Pembuatan Laporan Penelitian
Selesai sudah
belum
Gambar 15 Diagram Alir Metodologi Penelitian
Rumah kaca akan diimplementasikan secara nyata sebesar 2 x 3 m2 dan
direncanakan akan dibangun pada rooftop Universitas Katolik Parahyangan
bersamaan dengan sistem pendayaan energi listrik untuk rumah kaca tersebut.
3.1. IDENTIFIKASI BEBAN PADA RUMAH KACA
Rumah kaca yang akan diimplementasikan memiliki beban-beban tertentu
karena merupakan salah satu rumah kaca smart dengan sistem kendali dan
monitoring yang baik.
22
Oleh karena itu, beban-beban pada rumah kaca didayai dengan energi listrik.
Berikut merupakan prototype skala kecil rumah kaca cerdas yang akan
diimplementasikan secara nyata:
Gambar 16 Prototipe Rumah Kaca yang akan Diimplementasikan [1]
Beban yang akan ada pada rumah kaca ada berbagai jenis, antara lain:
Tabel 1 Rancangan Daftar Beban
Beban Jenis Aliran Listrik
Mikrokontroler DC 12 V
Sensor Kelembaban DC 5 V
Sensor Tempertatur DC 5 V
Sensor Intensitas Cahaya DC 5 V
Pompa untuk Pengairan DC / AC
Berdasarkan dari prototype tersebut, akan diimplementasikan secara nyata
untuk skala 2 x 3 m2. Sehingga, daya yang dibutuhkan akan jauh lebih besar.
Besarnya daya akan diukur dengan scaling dari prototype ini dan akan diukur
dengan menggunakan wattmeter pada kemudian hari. Semua kebutuhan beban
masih sangat tergantung pada implementasi dari pertanian rumah kaca itu sendiri,
sehingga untuk saat ini, belum dapat ditentukan seberapa besar beban yang
dibutuhkan.
23
3.2. DESAIN SISTEM PENDAYAAN ENERGI LISTRIK DENGAN PLTS
PADA RUMAH KACA
Analisis ini dilakukan untuk menentukan sistem pembangkit PV atau PLTS
mana yang terbaik untuk pendayaan rumah kaca. Sebagai referensi, sistem energi
listrik yang telah dilakukan pada [3] adalah sebagai berikut:
Gambar 17 Diagram Sistem Energi untuk Pertanian Rumah Kaca [3]
Diagram tersebut menjadi acuan sebagai sistem pembangkit PV untuk hybrid
dimana sel surya disandingkan dengan sistem PLN. Akan tetapi, sistem energi
listrik yang akan diimplementasikan diharapkan dapat secara mandiri atau stand-
alone mendayai seluruh kebutuhan beban rumah kaca. Oleh karena itu, bila
memungkinkan, akan dirancang sistem stand-alone untuk pendayaannya menjadi
kurang lebih sebagai berikut:
24
Sistem Sel Surya
Sistem Kendali
Penerangan
Pengatur Kelembaban
Kipas Angin
Pengairan
Actuator
Sinyal Kendali
Aliran Energi
Gambar 18 Diagram Sistem Energi Implementasi Rumah Kaca
Memang terlihat lebih sederhana, akan tetapi dengan diimplementasikannya
sistem energi stand-alone dapat menjadikan rumah kaca tidak bergantung kepada
grid PLN. Sehingga, rumah kaca dapat dibuat di tempat yang remote atau kesulitan
elektrifikasi.
Analisis sistem energi listrik ini akan melakukan survey lokasi, pengukuran
intensitas cahaya, perhitungan energi, serta simulasi untuk mendapatkan desain
sistem pendayaan untuk rumah kaca dengan PLTS yang baik.
Desain sistem pendayaan energi listrik pada rumah kaca ini akan dilakukan
berdasarkan analisis dan simulasi mengenai pembangkit PV itu sendiri. Seperti
yang dibahas pada [14], dapat dirumuskan secara garis besar untuk desain sistem
pendayaan dengan menggunakan sistem PV dengan aturan sebagai berikut:
1. Menentukan total arus beban dan jam operasional
2. Penambahan perhitungan losses
3. Menentukan intensitas cahaya harian equivalent sun hours (EHS)
4. Menentukan kebutuhan total arus solar array
5. Menentukan arrangement modul yang optimum untuk solar array
6. Menentukan besar baterai untuk reserve time rekomendasi
25
3.3. IMPLEMENTASI NYATA SISTEM PENDAYAAN ENERGI LISTRIK
PADA RUMAH KACA
Implementasi nyata pada perancangan desain sistem pendayaan tersebut akan
dilakukan. Oleh karena itu, dibutuhkan implementasi nyata rumah kaca tersebut
juga. Implementasi pertanian rumah kaca cerdas akan dibuat di rooftop Universitas
Katolik Parahyangan sebesar 2 x 3 m2 dengan disandingkan dengan sel surya
sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Surya untuk mendayai sistem energi listrik
yang ada pada rumah kaca tersebut.
Pembangkit Listrik Tenaga Surya dengan teknologi PV akan memakai PV jenis
polycristaline seperti berikut:
Gambar 19 Panel Surya Polycristaline [14]
Salah satu conton implementasi paling umum pada rumah-rumah adalah
dengan mengacu pada diagram sebagai berikut untuk sistem grid-connected:
26
Gambar 20 Diagram Skematik Implementasi Umum Pembangkit PV [15]
Akan tetapi besar serta luas area yang dibutuhkan masih belum dapat
ditentukan sampai didapatkan besar beban dan kebutuhan listrik serta analisis
sistem energi listrik PLTS.
Pada penelitian ini, diharapkan implementasi dapat dibuat sedemikian rupa
agar daya yang dibutuhkan pada rumah kaca dapat terpenuhi seluruhnya sesuai
waktu operasional yang dibutuhkan. Sehingga, implementasi dapat secara nyata
dipakai pada kehidupan masyarakat nyata, dan membantu sektor pertanian untuk
tetap bertahan di tengah kemajuan jaman ini.
27
BAB IV
JADWAL PELAKSANAAN
Penelitian dilaksanakan Jurusan Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika,
Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan, jalan Ciumbuleuit
No. 94, Bandung. Penelitian dilakukan selama 10 bulan. Jadwal penelitian dapat
dilihat pada tabel berikut:
Tabel 2 Rencana Jadwal Pelaksanaan Penelitian
No. Kegiatan Bulan ke-1
Bulan ke-2
Bulan ke-3
Bulan ke-4
Bulan ke-5
Bulan ke-6
Bulan ke-7
Bulan ke-8
Bulan ke-9
Bulan ke-10
1 Studi
Pustaka
2 Identifikasi Beban pada
Rumah Kaca
3 Analisis
Sistem PLTS
4
Desain Awal
sistem
pendayaan
Rumah Kaca
5
Penentuan
Spesifikasi Peralatan
6
Implementasi
dan
Pengadaan Peralatan
7 Penyusunan
Laporan
28
BAB V
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian ini menghasilkan sebuah sistem pendayaan energi listrik dengan
memanfaatkan Pembangkit Listrik Tenaga Surya untuk mendayai kebutuhan beban
listrik yang ada pada rumah kaca. Oleh karena itu, secara spesifik, hasil dari
penelitian ini merupakan spesifikasi peralatan utama yang dibutuhkan agar sistem
pendayaan energi listrik dengan PLTS tersebut dapat berjalan dengan baik.
5.1. KONFIGURASI SISTEM PENDAYAAN ENERGI LISTRIK
Untuk dapat mendayai suatu beban listrik dengan baik, dalam hal ini
merupakan rumah kaca, diperlukan desain sistem yang baik pula. Oleh karena itu,
konfigurasi komponen-komponen utama untuk PLTS sebagai sumber daya untuk
beban pada rumah kaca tersebut perlu dijabarkan.
Sistem pendayaan energi listrik dengan Pembangkit Listrik Tenaga Surya
(PLTS) off-grid tidak hanya sekedar membutuhkan modul panel surya saja, akan
tetapi dibutuhkan komponen-komponen utama lainnya yaitu Solar Charge
Controller (SCC), Inverter, dan Baterai.
Berikut merupakan skema konfigurasi sistem pendayaan tersebut:
29
Gambar 21 Skema Sistem Pendayaan Energi Listrik dengan PLTS Off-Grid
Modul Panel Surya
SCC
Beban DC
Baterai Beban AC
Inverter
Gambar 22 Konfigurasi Sistem Pendayaan Energi Listrik dengan PLTS Off-Grid
30
Penentuan spesifikasi dari peralatan-peralatan utama untuk Solar Charge
Controller, Baterai, Inverter, dan Modul Surya kemudian dilakukan untuk
mendapatkan sistem pendayaan yang baik.
Penentuan spesifikasi tersebut dilakukan dengan menggunakan konsep
backward engineering yang merupakan penemuan spesifikasi dari suatu perangkat
dengan meninjau terlebih dahulu hasil yang terjadi (output) daripada sistem
tersebut, kemudian analisis dilakukan mundur dari output menuju input ujung suatu
sistem tersebut satu per satu.
Sehingga kemudian untuk desain sistem pendayaan energi listrik pada rumah
kaca dengan memanfaatkan PLTS off-grid akan mengacu pada langkah-langkah
berikut:
1. Identifikasi Beban
2. Pemilihan Modul Panel Surya
3. Penentuan Spesifikasi Inverter
4. Penentuan Spesifikasi Baterai
5. Penentuan Spesifikasi Solar Charge Controller
5.2. IDENTIFIKASI BEBAN
Rumah Kaca Cerdas direncanakan untuk dikonstruksi dengan ukuran 2 x 3 m2,
adapun beberapa beban yang dibutuhkan untuk rumah kaca tersebut. Beban terbesar
yang terdapat pada sistem pengairan untuk tanaman pada rumah kaca yang
membutuhkan pompa air. Pompa air tersebut menggunakan jenis aliran AC 220 V
untuk dapat berjalan. Pompa air tersebut diperkirakan akan mempunyai kapasitas
sebesar 150 Watt. Sedangkan untuk beban lainnya, seperti mikrokontroller,
penghangat, dan lain-lain diasumsikan sangat kecil yaitu sekitar 3 Watt.
Perlu diketahui bahwa pompa air memiliki inrush current (arus yang ditarik
oleh pompa pada saat pompa air starting) yang cukup besar dimana diasumsikan
bahwa pada daya yang dibutuhkan untuk starting pompa tersebut sebesar 3 kali
lebih besar dibandingkan kapasitas nominalnya, yaitu sebesar 450 Watt.
Pompa air akan melayani sistem pengairan rumah kaca secara berkala (tidak
terus menerus) yang bergantung pada kelembaban tanah (akan dideteksi oleh
31
sensor). Dalam keadaan worst case, pompa diasumsikan akan berjalan dalam waktu
1 jam per harinya dengan keadaan pompa menarik arus inrush current tersebut.
Oleh karena itu, total beban dengan jam operasional 1 jam per harinya adalah 450
Watt-hour (Wh).
Sedangkan untuk beban lainnya, yang diasumsikan sebesar 3 Watt, akan
melayani rumah kaca selama 24 jam. Sehingga, total beban dengan jam operasional
24 jam per harinya adalah 72 Wh.
Sehingga, dalam satu hari beban total untuk jam operasional 24 jam adalah 450
Wh beban pompa ditambahkan dengan 72 Wh beban lainnya yang menghasilkan
beban total 522 Wh.
Tabel 3 Identifikasi Beban Rumah Kaca
Beban
Jenis
Aliran
Listrik
Kapasitas
Beban (Watt)
Jam
Operasional/hari
Total
Beban
(Wh)
Pompa untuk
Pengairan AC 220 V 450 1 jam 450
Beban
Mikrokontroler, dll DC/AC 3 24 jam 72
Total 522
5.3. PEMILIHAN MODUL PANEL SURYA
Berdasarkan data yang didapatkan, rata-rata radiasi sinar matahari di Bandung
berkisar antara 4.5 – 6.3 kWh/m2/hari.
Dengan melihat beban sebesar 522 Wh yang dihitung sebelumnya, besar dari
modul panel surya kemudian dapat dipilih dengan menggunakan rumus:
𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙 𝑆𝑖𝑧𝑒 =𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎𝑠𝑖 𝑀𝑎𝑡𝑎ℎ𝑎𝑟𝑖
Oleh karena itu, dengan mengambil asumsi radiasi sinar matahari terkecil (4.5
kWh/m2/hari. Sehingga didapatkan angka besar modul 116. Angka tersebut
kemudian dijadikan acuan dalam pemilihan modul panel surya.
Modul panel surya yang terdapat di lapangan adalah 100 Wp, 120 Wp, 150
Wp, 200 Wp. Kemudian dipilih angka yang mendekati hasil perhitungan tersebut.
Sehingga dipilih Modul Surya dengan kapasitas 120 Wp.
32
Modul Surya dengan kapasitas 120 Wp tersebut dapat menghasilkan sebesar
120 Watt pada saat puncak harian berdasarkan data radiasi sinar matahari di
Bandung yang didapatkan.
5.4. PENENTUAN SPESIFIKASI INVERTER
Inverter adalah suatu perangkat elektronika pengubah listrik arus searah
menjadi listrik arus bolak-balik pada tegangan dan frekuensi yang dapat diatur, atau
dipergunakan untuk mengubah tegangan DC (Direct Current) menjadi tegangan
AC (Alternating Curent).
Untuk dapat menentukan spesifikasi dari inverter, dalam hal ini adalah
kapasitas daripada inverter tersebut, perlu ditinjau beban yang mungkin terjadi
dalam sistem pendayaan energi listrik untuk rumah kaca ini dalam satu waktu.
Seperti yang telah dibahas sebelumnya, beban terbesar pada sistem rumah kaca
adalah pompa air yang menarik daya paling besar pada saat starting, yaitu sebesar
450 Watt. Beban lainnya, yang diasumsikan kecil, bernilai 3 Watt. Oleh karena itu,
total beban yang dapat terjadi dalam satu waktu adalah sebesar 453 Watt.
Sehingga, dengan meninjau kapasitas yang tersedia di pasaran, kapasitas
inverter yang dipilih adalah 500 Watt dengan jenis pure-sine wave inverter.
Pemilihan pure-sine adalah dengan pertimbangan umur atau keawetan daripada
pompa air yang merupakan beban terbesar di rumah kaca tersebut.
5.5. PENENTUAN SPESIFIKASI BATERAI
Baterai pada sistem pendayaan energi listrik untuk rumah kaca berguna untuk
menjaga suplai daya ke beban yang ada pada saat modul surya tidak dapat
menghasilkan daya (mendung, malam, ataupun karena keadaan lainnya).
Penentuan spesifikasi baterai dilakukan dengan meninjau beberapa parameter
berikut:
• Beban (522 Wh)
• Autonomous Day
• dipilih 1.5 (dapat menyuplai dalam keadaan tanpa radiasi matahari
sebanyak 1.5 hari)
33
• Depth of Discharge (%)
• Merupakan kedalaman discharge baterai (dipilih 70%), atau baterai
dijaga agar selalu tersisa sebesar 30%
• Depth of Discharge atau DOD akan berpengaruh terhadap umur baterai.
Hal ini perlu diperhatikan karena baterai merupakan komponen
termahal pada sistem PLTS off-grid.
• Semakin kecil pemilihan DOD, baterai akan lebih awet.
• Tegangan Sistem
• dipilih tegangan yang umum digunakan (12 kV)
Dengan meninjau beberapa parameter tersebut, kapasitas baterai dipilih dengan
menggunakan perhitungan:
𝐾𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 =𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑥 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑛𝑜𝑚𝑜𝑢𝑠 𝐷𝑎𝑦
𝐷𝑂𝐷 𝑥 𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛
Perhitungan tersebut akan menghasilkan kapasitas baterai dalam satuah
Ampere-hour (Ah). Dengan memasukan angka yang telah dijabarkan sebelumnya,
perhitungan tersebut menghasilkan kapasitas baterai sebesar 93.21 Ah.
Dengan meninjau kapasitas baterai yang ada di pasaran, dipilih baterai dengan
kapasitas 100 Ah dengan tegangan 12 V. Baterai yang dipilih adalah jenis VRLA-
GEL yang efektif untuk DOD sebesar 70%.
5.6. PENENTUAN SPESIFIKASI SOLAR CHARGE CONTROLLER
Solar Charge Controller (SCC) untuk sistem pendayaan energi listrik PLTS off-
grid ini merupakan alat untuk mengatur agar sistem pendayaan yang telah
dijelaskan sebelumnya bekerja dengan baik.
SCC ini akan mengatur beberapa hal berikut:
• Sistem charging dan discharging baterai
• Maximum power point tracking (dari modul surya)
• Keluaran beban DC
• Keluaran beban AC
34
Pada penelitian ini, SCC merupakan black box yang langsung ada di pasaran
dan tidak diketahui bagian kontrol daripada SCC tersebut. Sehingga spesfikasi yang
dibutuhkan hanya berupa kapasitas arus, yaitu sebesar 20 A.
Penentuan spesifikasi tersebut adalah dengan meninjau kapasitas dari modul
surya yang dipilih dengan tegangan DC dari sistem pendayaan energi listrik yang
dibuat. Modul surya dengan kapasitas 120 Wp, dengan tegangan 12 V, akan
menghasilkan arus sebesar 10 Ampere. Di pasaran, kapasitas SCC yang tersedia
adalah 10 A, 20 A, dan 30 A. Dengan pertimbangan keamanan, dipilih 20 A untuk
kapasitas arus dari SCC tersebut.
5.7. IMPLEMENTASI SISTEM PENDAYAAN ENERGI LISTRIK
Implementasi secara nyata akan dilakukan untuk mendayai sebuah rumah kaca
dengan beban yang telah diidentifikasi sebelumnya. Oleh karena itu, pengadaan
dari peralatan-peralatan hasil dari perhitungan tersebut dilakukan.
Berikut merupakan hasil dokumentasi dari setiap peralatan-peralatan utama
yang telah dipilih sebelumnya hasil dari desain sistem untuk kemudian
diimplementasikan pada rumah kaca sesungguhnya:
35
Gambar 23 Modul Panel Surya 120 Wp
36
Gambar 24 Inverter Pure Sine-Wave 500 W
Gambar 25 Baterai VRLA-GEL 100 Ah 12 V
37
Gambar 26 Solar Charge Controller 20 A
38
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1. KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:
1. Desain sistem pendayaan listrik untuk rumah kaca dengan PLTS untuk
rumah kaca dilakukan dan menghasilkan beberapa spesifikasi peralatan
utama untuk sistem PLTS off-grid seperti:
a. Modul Panel Surya
b. Inverter
c. Baterai
d. Solar Charge Controller
2. Dalam satu hari beban total untuk jam operasional 24 jam adalah 450 Wh
beban pompa (asumsi beroperasi 1 jam per hari) ditambahkan dengan 72
Wh (asumsi beroperasi 24 jam satu hari) beban lainnya yang menghasilkan
beban total 522 Wh.
3. Modul Panel Surya yang dipilih, berdasarkan perhitungan, adalah 120 Wp.
4. Kapasitas inverter yang dipilih adalah 500 Watt dengan jenis pure-sine
wave inverter.
5. Berdasarkan perhitungan, spesifikasi baterai yang dipilih adalah baterai
dengan kapasitas 100 Ah dengan tegangan 12 V. Baterai yang dipilih adalah
jenis VRLA-GEL yang efektif untuk DOD sebesar 70%.
6. Spesifikasi Solar Charge Controller yang dipilih adalah Solar Charge
Controller dengan kapasitas arus 20 A.
6.2. SARAN
Berdasarkan penelitian yang dilakukan, terdapat beberapa saran sebagai berikut:
1. Desain sistem pendayaan energi listrik untuk rumah kaca dengan
menggunakan PLTS sebaiknya tidak hanya berdasarkan perhitungan, tetapi
didasarkan juga pada simulasi.
39
2. Sebaiknya dilakukan instalasi dengan sistem sederhana sehingga dapat
dilihat apakah sistem telah berjalan dengan benar atau tidak
3. Dilakukan penentuan spesifikasi cabling dengan meninjau konfigurasi,
jarak panel surya ke beban, dan keadaan lapangan lainnya.
40
DAFTAR PUSTAKA
[1] C. F. Naa, E. Padang, and Y. S. Handayani, “Sistem Monitoring dan Kontrol
Rumah Kaca berbasis Arduino , LabView dan Antarmuka Web,” pp. 2–9,
2015.
[2] S. Munir, “Rancangan Smart Greenhouse dengan Teknologi Mobile untuk
Efisiensi Tenaga, Biaya, dan Waktu dalam Pengelolaan Tanaman,” 2010.
[3] A. Sugiyono, “Kendali Sistem Energi untuk Pertanian Rumah Kaca,” pp. 1–
4, 1998.
[4] Y. S. Defriyadi, “Pengendali Intensitas cahaya, Suhu, dan Kelembapan pada
Rumah Kaca dengan Metode PID,” Bengkulu, 2014.
[5] B. A. Pamungkas, A. F. Rochim, and E. D. Widianto, “Perancangan Jaringan
Sensor Terdistribusi untuk Pengaturan Suhu, Kelembaban, dan Intensitas
Cahaya,” vol. 1, no. 2, pp. 42–48, 2013.
[6] Y. R. Dumal and J. S. Chitode, “Greenhouse Automation using Zigbee and
Smartphone,” Int. J. Adv. Res. Green House Autom. using Zigbee Smart
Phone, vol. 3, no. 5, pp. 495–501, 2013.
[7] The Sierra Club, “Clean Energy Solutions - Renewable Energy,” 2010.
[8] F. Horch, “Climate Solutions Summit,” no. April, 2013.
[9] M. Diesendorf, “Greenhouse Solutions with Sustainable Energy,” no.
December, p. 40, 2007.
[10] “Low Cost Green Houses for Vegetable Production,” TNAU Agritech Portal,
2015. [Online]. Available:
http://agritech.tnau.ac.in/agricultural_engineering/greenhouse.pdf.
[Accessed: 27-Jan-2016].
[11] A. R. Putri, M. Iqbal, A. Suprapto, F. I. Terapan, U. Telkom, S. Suhu, and S.
S. Moisture, “Rancang Bangun Model Rumah Kaca Terkendali Untuk
Tanaman Cabe dengan Media Pemberitahuan Melalui Twitter,” pp. 1–8,
2014.
[12] S. P. Nangare and S. S. Utture, “3P (Printed Paper Photovoltaic)
Technology,” IOSR J. Mech. Civ. Eng., pp. 4–10, 2010.
41
[13] ABB, Technical Application Papers No.10: Photovoltaic Plants, no. 116.
ABB, 2010.
[14] M. Zeman, “Photovoltaic Systems,” in Solar Cells, Delft University of
Technology, 2012.
[15] REGEN POWER, Solar Photovoltaic Power System Handbook. Regen
Power Pty. Ltd., 2011.
42
LAMPIRAN