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.


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


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


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-


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,


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


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


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')


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


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


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.


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


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.


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.


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


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


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.


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)


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


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


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


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.


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.

pengenalan plts.pdf

Documents