Laporan Praktikum 2 - I Made Arta Diana [PDF]

Citation preview

Laporan Praktikum “PERANCANGAN SISTEM PLTS TERHUBUNG JARINGAN MENGGUNAKAN PVSYST” Modul 2 – Perancangan Sistem PLTS Terhubung Jaringan Menggunakan PVsyst I Made Arta Diana/119340005 Asisten: Phillip Nathanael Erlangga Sitorus Dosen: Ilham Dwi Arirohman, S.T., M.Eng Tanggal praktikum: 7 Oktober 2021 [email protected] Teknik Sistem Energi – JTPI Sub JTEIF Institut Teknologi Sumatera Abstrak—Akibat pesatnya perkembangan sistem PLTS terhubung jaringan, kini memungkinkan sebuah sistem memiliki daya output yang maksimum dengan menggunakan converter yang terhubung dengan jaringan inverter. Untuk memahami karakteristik dan prinsp kerja sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) terhubung jaringan. Dan agar mampu merancang sistem PLTS terhubung jaringan menggunakan software Pvsys, maka dari itu praktikum ini dilakukan. Dengan situasi saat ini praktikum dilaksanakan daring yaitu mendesain sistem PLTS terhubung jaringan berkapasitas 10 kWp menggunakan software PVsyst. PLTS yang dirancang adalah PLTS atap dengan lokasi di Gedung Laboratorium Teknik 3 ITERA. Gedung Labtek 3 ITERA



mempunyai potensi energi surya yang cukup mumpuni dengan besar energi pertahun 1751kWh/m2 dan iradiasi horizontal 1751,1 kWh/m2/bulan dengan iradiasi vertical 950,1 kWh/m2/bulan dalam 12 bulan. Rugi-rugi paling tinggi berasal dari suhu yaitu 7,3%. PR pada PLTS ini = 0,880. PV dan inverter yang paling cocok adalah PV yang digunakan SunPower dengan spesifikasi 350 wp 50V dan dengan inverter SolarEdge 4,0 kW fixed 750 V. Kata kumci—Inverter; terhubung jaringan; PLTS; PVsyst



I.



PENDAHULUAN



Pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) iyalah salah satu teknologi yang memanfaatkan energi baru terbarukan. PLTS menggunakan sel surya (Photovoltaic atau PV) untuk mengubah sinar matahari menjadi energi listrik. Sistem PLTS saat ini terbagi menjadi dua yaitu sistem stand-alone dan sistem terhubung jaringan (grid-connected). Pada sistem PLTS terhubung jaringan, output energi dari sistem langsung disalurkan ke jaringan listrik tanpa harus disimpan ke dalam baterai. Energi matahari sangat potensial untuk dimanfaatkan dan dikembangkan terutama di daerah yang memiliki intensitas penyinaran tinggi seperti di Indonesia. Oleh karena itu saat ini perkembangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) begitu pesat. Semakin banyak penelitian-penelitian



yang dilakukan untuk mengkaji kekurangan atau kelemahan PLTS pada teknologi sebelumnya untuk meningkatkan efektivitas dan efisiensi dari sistem pembangkit. kekurangan atau kelemahan PLTS pada teknologi sebelumnya untuk meningkatkan efektivitas dan efisiensi dari sistem pembangkit. Oleh karena itu saat ini perkembangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) begitu pesat. Semakin banyak penelitian-penelitian yang dilakukan untuk mengkaji kekurangan atau kelemahan PLTS pada teknologi sebelumnya untuk meningkatkan efektivitas dan efisiensi dari sistem pembangkit. Kini PLTS dapat diterapkan pada bangunan dengan meletakan PV pada atap bangunan. Sistem PLTS atap ini bisa dihubungkan juga dengan sistem jaringan pembangkit dari luar agar luaran sehingga saat kekurangan cahaya maka supplay listrik digantikan dari jaringan pembangkit. Agar output sistem PLTS terhubung jaringan ini semakin maksimal, maka dapat dikombinasikan dengan converter berupa inverter. Untuk mendesain sebuah PLTS, sekarang bisa dilakukan dengan menggunakan software salah satunya seperti PVsyst. Software ini untuk mempelajari, mengukur, mensimulasikan dan menganalisa sistem PV. Aplikasi ini tentunya memudahkan seorang perancang ataupun mahasiswa yang mempelajari PV. Tujuan dari praktikum ini adalah Untuk memahami karakteristik dan prinsp kerja sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) terhubung jaringan. Dan agar mampu merancang sistem PLTS terhubung jaringan menggunakan software Pvsys II.



TINJAUAN PUSTAKA



A. Potensi Energi Matahari Sebagai salah satu sumber energi alternatif, cahaya matahari yang tidak akan pernah habis sangat potensial dan



mempunyai prospek besar untuk dikembangkan. Indonesia memiliki keuntungan secara geografis karena terletak di daerah tropis dan dilewati oleh garis khatulistiwa dimana intensitas radiasinya lebih tinggi dibandingkan daerah lain yaitu sebesar 4,66 – 5,54 kWh/m2 per hari hal ini termasuk yang paling baik untuk dimanfaatkan sebagai PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya) baik skala kecil,menengah maupun menengah keatas [1]. Energi suryapotensi lebih dari 200 GW dengan efisiensi teknologi photovoltaic yang tersedia saat ini [2], data lain menyebutkan potensi energi surya di Indonesia sebesar 207 [3]. GW



Warna kuning pada gambar 2 merupakan penyediaan energi surya dengan jumlah yang tinggi [4].



Sumber :RUEN 2017 Table 1. Tabel Potensi surya Per Provinsi



Provinsi Lampung berdasarkan RUEN 2017 mempunyai potensi energi surya sebesar 2238 MW [5], dan berdasarkan IESR 2019 energi surya yang direncakan untuk dimanfaatkan sebesar 52 MW [2]. B. PLTS



Sumber: IESR(2019) Gambar 1. Energi Terbarukan Nasional



Sumber: Outlook Energi Indonesia 2019 Grafik 1. Grafik Penyediaan EBT



PLTS atau Pembangkit Listrik Tenaga Surya merupakan sebuah teknologi pembangkit listrik yang dapat mengkonversi energi foton dari cahaya matahari menjadi energi listrik, konversi ini terjadi pada PV modul yang terdiri dari sel surya [6]. PLTS merupakan teknologi pengkonversi tenaga radiasi matahari menjadi energi listrik dengan menggunakan sel surya [7]. Pada dasarnya PLTS merupakan sebuah alat pencatu daya atau alat yang menyediakan energi listrik, serta dapat didesain untuk mencatu kebutuhan listrik skala kecil sampai dengan besar, secara mandiri, ataupun Hybrid (dikombinasikan dengan sumber lain) [8]. PLTS adalah sistem pembangkit energi listrik yang mengubah energi gelombang elektromagnetik matahari menjadi energi listrik [9]. Berdasarkan teknologi yang digunakan PLTS dibagi menjadi dua sistem yaitu sistem PLTS grid-connected dan PLTS Off – Grid (Stand Alone). PLTS grid-connected atau PLTS terinterkoneksi adalah sistem PLTS yang terhubung dengan jaringan PLN. Manfaat dari PLTS grid-connected dapat menghasilkan listrik yang bebas emisi dan ramah lingkungan. Sistem ini memberikan nilai tambah pada konsumen karena dapat mengurangi tagihan listrik rumah tangga atau perkantoran. PLTS Off – Grid (Stand Alone) adalah jenis sistem PLTS yang dirancang untuk menghasilkan energi listrik secara mandiri dalam memenuhi kebutuhan beban listrik. PLTS Off – Grid biasanya terdapat pada daerah pedalaman atau pulau-pulau besar yang tidak mendapatkan pasokan listrik [10]. C. Panel Surya Bagian utama dari sistem PLTS adalah panel surya yaitu rangkaian dari beberapa sel surya. Sel surya terdiri dari dua



lapisan semi konduktor dengan perbedaan muatan. Lapisan atas sel surya itu bermuatan negatif sedangkan lapisan bawahnya bermuatan positif. Sel-sel itu dipasang dengan posisi sejajar dan seri dalam sebuah panel yang terbuat dari alumunium ataupun baja anti karat yang dilindungi oleh kaca atau plastik. Kemudian pada tiap-tiap sel diberi sambungan listrik untuk dapat disambungkan dengan sel lain [11]. Cara kerja photovoltaik mirip dengan piranti semikonduktor dioda p-n junction yang memiliki 2 buah bahan semikonduktor, tipe-p dan tipe-n. Dengan menggunakan photo-electric effect dari bahan semikonduktor yang pada umumnya terbuat dari silikon (Si) dan Germanium (Ge), photovoltaik dapat langsung mengkonversi sinar matahari menjadi listrik searah (dc). Bila photovoltaik itu dikenakan pada sinar matahari, maka timbul yang dinamakan elektron dan hole. Elektron-elektron dan hole-hole yang timbul di sekitar pn junction bergerak berturut-turut ke arah lapisan n dan ke arah lapisan p. Sehingga pada saat elektron-elektron dan hole-hole itu melintasi pn junction, timbul beda potensial pada kedua ujung photovoltaik. Jika pada kedua ujung photovoltaic diberi beban maka timbul arus listrik yang mengalir melalui beban [1]. Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja panel surya antara lain sebagai berikut: 1.



2.



3.



4.



5.



D. Rugi-Rugi Daya persamaan rugi-rugi daya yang dihasilkan dapat dilihat pada persamaan di bawah ini: 𝑃 = 𝑖 2 𝑥 𝑟………………………….(2) 𝑃 = 𝑖 2 𝑥 𝑟 𝑥 𝑙………………………(3) 𝑃 = ∑𝑛𝑖=1 𝐼𝑎𝑖 2 𝑅𝑖 + ∑𝑛𝑖=1 𝐼𝑟𝑖 2 𝑅𝑖 ……(4) [13] P Iai Iri



= daya = arus aktif



R



= tahanan



𝑌𝐹 =



𝑈 𝑥 (𝑇𝑚 − 𝑇𝑎 ) = 𝐴 𝑥 𝐺 𝑥 (1 − ŋ𝑚 )………… (1)



𝑌𝑅 =



= factor rugi-rugi termal = suhu modul surya = suhu ambien = koefisien absorbs irradiansi = irradiansi matahari = efisiensi modul surya



Intensitas Cahaya Matahari Radiasi matahari berbeda disetiap lokasi di bumi dan dipengaruhi keadaan spektrum matahari ke bumi. Radiasi matahari akan berpengaruh terhadap daya yang dikeluarkan oleh panel. Kecepatan tiupan angin Angin di sekitar lokasi panel surya membantu pendinginan suhu permukaan panel sehingga suhu dapat terjaga di kisaran suhu yang optimal. Keadaan atmosfir bumi



= arus reaktif



Parameter kerja PLTS dapat direpresentasikan dengan Final Yield



Suhu modul Panel surya dapat beroperasi maksimal pada suhu normal 25 °C. Apabila suhu lebih tinggi dari suhu normal maka tegangan open circuit (Voc) yang dihasilkan panel melemah. Setiap kenaikan suhu 1 °C (dari suhu normal) berakibat berkurangnya daya yang dihasilkan sekitar 0,5%.



U Tm Ta A G Ŋm



Keadaan atmosfir bumi berawan, mendung, jenis debu udara, asap, uap air, kabut dan polusi sangat menentukan kinerja dari panel surya. Peletakan panel surya Supaya energi matahari yang diserap berada pada nilai yang optimal maka permukaan panel surya harus dipertahankan tegak lurus terhadap sinar matahari yang jatuh ke permukaan panel surya [12].



Po EPV



𝐸𝑝𝑣 𝑃𝑜



(kWhAc/kWpDC) …………………….. (5)



= daya puncak (kWp DC) = energi ke jaringan (kWh AC)



Reference Yield (YR), merupakan total insulasi matahari pada bidang (HT) dalam satuan kWh/m2 dibagi iridasi array iridasi acuan (1 kWh/m2): 𝐻𝑇 𝐺𝑆𝑇𝐶



(kWh/m2/kWp)…………………….(6)



Kualitas dari suatu PLTS dapat juga diuraikan oleh performance ratio (PR). PR biasanya dinyatakan dalam persentase, yang menunjukan rugi total pada sistem saat mengkonversi dari DC menjadi keluaran AC [14]. 𝑌 𝑃𝑅 = 𝐹 ……………………………………….(7) 𝑌𝑅



E. Inverter Inverter ialah rangkaian elektronika daya yang digunakan sebagai pengubah arus searah (DC) menjadi arus bolak-balik (AC) menggunakan switching dengan frekuensi tertentu. Switching adalah suatu proses perpindahan antara kondisi ON dan OFF ataupun sebaliknya. Berdasarkan jumlah fasa output inverter dapat dibedakan menjadi Inverter 1 fasa dan inverter 3. Berdasarkan pengaturan tegangannya Voltage Fed Inverter (VFI), Current fed Inverter (CFI) dan Variable DC linked inverter. Berdasarkan bentuk gelombang outputnya Square sine wave inverter, Modified sine wave inverter, Pure sine wave inverter dan Grid Tie Inverter [15].



F. PVSyst PVSyst adalah software yang berfungsi untuk proses pembelajaran, pengukuran (sizing), dan analisis data dari sistem PLTS secara lengkap. PVSyst dikembangkan oleh Universitas Genewa, yang terbagi ke dalam sistem terinterkoneksi jaringan (grid-connected), sistem berdiri sendiri (stand-alone), sistem pompa (pumping), dan jaringan arus searah untuk transportasi publik (DC-grid). PVSyst juga dilengkapi database dari sumber data meteorologi yang luas dan beragam, serta data komponen PLTS [14]. III.



METODE PRAKTIKUM



Praktikum ini dilakukan secara online, dengan mendesain serta mensimulasikan sebuah sistem PLTS atap terhubung jaringan pada Gedung di kampus ITERA (lebih tepatnya Gedung Laboratorium Teknik 3) menggunakan software PVSyst. Kapasitas dari sistem PLTS yang dibuat adalah 10 kWp, praktikan bebas memilih besar sudut azimuth, bebas memilih jenis dan merk PV yang tersedia. Serta bebas memilih jenis dan merk inverter yang disediakan. Yang terpenting adalah nilai PR (Performance Ratio) setelah desain disimulasikan berkisar antara 0,7 – 0,8. Untuk langkahlangkah mendesain sistem PLTS dapat dilihat pada flowchart berikut:



IV.



HASIL DAN ANALISIS



Setelah melakukan desai dan simulasi sistem PLTS maka diperoleh data-data seperti meteo, potensi energi dan efisiensi.



Table 2. Data Meteonorm



Dari table 1 tersebut dapat diketahui data-data mengenai iradiasi matahari, suhu, kecepatan angin, kelembapan relative 12 bulan dalam satu tahun. Global Horizontal Iradiasi (GHI) menyatakan jumlah total iradiasi gelombang pendek yang diterima dari atas oleh permukaan horizontal. Global Iradiasi Horizontal rata-rata pertahun sebesar 1751,1 kWh/m2/bulan dan bulan Oktober memiliki nilai yang paling tinggi yaitu 162,1 kWh/m2/bulan. Global Iradiasi Vertical adalah kebalikan dari Global Iradiasi Horizontal yang mana permukaan yang dimaksud adalah permukaan vertical. Ratarata Global Iradiasi Vertical pertahun adalah 950,1 kWh/m2/bulan dengan bulan Oktober yang Global Iradiasi Vertikalnya paling tinggi yaitu sebesar 94,6 kWh/m2/bulan. Rata-rata suhu pertahun yaitu 26,6 °C dan suhu tertinggi pada bulan Oktober yaitu 27,5 °C. Kecepatan angin rata-rata pertahun 1,2 m/s, pada bulan Januari kecepatan angin paling tinggi yaitu 1,5 m/s. kelembapan rata-rata dalam satu tahun adalah 80,5%, kelembapan tertinggi pada bulan Februari yaitu 83,8%. Dan variabilitas Global Horizontal Iradiasi tahun ke tahun yaitu 5,6%.



Grafik 2. Array Temperature Vs Effective Irradiance



Dari grafik 2 tersebut dapat dilihat bahwa semakin tinggi suhu maka iradiasi efektif semakin sedikit dan yang iradiasi efektif paling banyak antara suhu 20 °C sampai ± 33°C (lingkup STC pada 25°C)ini menunjukan bahwa suhu yang begitu panas justru mebuat PV tidak optimal.



Grafik 3. System Output Power Distribution



Sumbu x pada grafik 3 menunjukan daya yang masuk ke dalam grid dengan satuan KW, sedangkan sumbu y menunjukan energi yang masuk grid dalam kWh/bln. Menunjukan bahwa semakin besar energi maka power juga makin besar atau power dan energi berbanding lurus. Power tertinggi yang di alirkan ke jaringan lebih ± 7,5 KW dengan energi ± 420 kWh/bln.



Gambar 2. Koordinat Lokasi



Gamabr 2 menunjukan posisi dan letak labtek 3 berdasarkan garis lintang maupun garis bujur. Lokasi sangat mempengaruhi lama waktu penyinaran dan hal ini tentu akan berpengaruh terhadap potensi dan energi surya yang dapat di tangkap dan di konversi oleh modul PV.



Grafik 4. Daily Input/Output Sumbu x merupakan input sedangkan sumbu y merupakan output, output dan input pada sistem ini berbanding lurus. Sebaran input tertinggi pada 5,57 kWh/m2/day dengan output energi menuju jaringan 50 – 60 kWh/day.



Gambar 4. Diagram PR



setiap bulannya. Ketika performance ratio berada pada angka > 0,8 maka dapat dikatakan losses yang terjadi sedikit atau sistem PLTS dapat bekerja dengan optimal. Nilai performance ratio masih bisa di tekan dengan terus mencoba mencocokan tipe PV, inverter, jumlah modul in series, dan jumlah strings. Hal tersebut bisa dicapai karena PV yang digunakan SunPower dengan spesifikasi 350 wp 50V dan dengan inverter SolarEdge 4,0 kW fixed 750 V (Perlu diperhatikan bahwa pemilihan inverter harus memiliki nilai kapasitas daya yang lebih besar dari total daya modul PV yang akan dipasang) seperti pada gambar 5 berikut.



Gambar 3. Diagram lossis



Gambar 3 menunjukan diagram loss atau rugi-rugi daya pada sistem PLTS. Terlihat bahwa sistem memiliki rugi-rugi yang relative kecil. Input energi atau potensi energi dalam satu tahun sebesar 1751kWh/m2 dengan luaran atau output sebesar 15278 kWh. Pada awalnya energi sebesar 1751kWh/m2 lalu ada rugi-rugi 0,2% dari global incident in coll, plane dan 2,3% dari IAM factor on global, sehingga irradiasi efektif sebesar 1707 kWh/m2 * 49 m2 coll. Saat dikonversi oleh PV pada keadaan STC (25 °C) dengan efisiensi 20,13% menjadi 17000 kWh. Saat konversi PV ini rugi-rugi paling tinggi yaitu 7,3% disebabkan oleh suhu. Ini mengidentifikasikan bahwa suhu sangat berpengaruh terhadap kinerja PV. Lalu ada losis pada inverter selama operasi yaitu 2,3%, namun ini masih menunjukan efisien.



Gambar 5. Devinisi Sistem



V.



KESIMPULAN



Dari praktikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1.



2. 3. 4.



Gedung Labtek 3 ITERA mempunyai potensi energi surya yang cukup mumpuni dengan besar energi pertahun 1751kWh/m2 dan iradiasi horizontal 1751,1 kWh/m2/bulan dengan iradiasi vertical 950,1 kWh/m2/bulan dalam 12 bulan. Rugi-rugi paling tinggi berasal dari suhu yaitu 7,3%. PR pada PLTS ini = 0,880. PV dan inverter yang paling cocok adalah PV yang digunakan SunPower dengan spesifikasi 350 wp 50V dan dengan inverter SolarEdge 4,0 kW fixed 750 V.



DAFTAR PUSTAKA [1]



I. A. KURNIAWAN, POTENSI PEMBANGKIT



"ANALISA LISTRIK



[2]



[3]



[4]



[5] [6]



[7]



[8]



[9]



[10]



[11]



TENAGA SURYA (PLTS) SEBAGAI PEMANFAATAN LAHAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU) PAITON," Tugas Akhir, p. 7, 2016. IESR, "Laporan Status Energi Bersih Indonesia: Potensi, Kapasitas Terpasang, dan Rencana Pembangunan Pembangkit Listrik Energi Terbarukan," Institute for Essential Services Reform, Jakarta Selatan, 2019. K. E. D. S. D. MINERAL, "RENCANA STRATEGIS KEMENTERIAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL 2020 - 2024," DIREKTUR JENDERAL PERATURAN PERUNDANG-UNDANGAN KEMENTERIAN HUKUM DAN HAK ASASI MANUSIA REPUBLIK INDONESIA,, Jakarta, 2020. D. E. Nasional, "Indonesia Energy Out Look 2019," SEKRETARIAT JENDERAL DEWAN ENERGI NASIONAL, Jakarta, 2019. KESDM, "RENCANA UMUM ENERGI NASIONAL," Jakarta, 2017. D. Rizkasari, W. Wilopo and M. K. Ridwan, "POTENSI PEMANFAATAN ATAP GEDUNG UNTUK PLTS DI KANTOR DINAS PEKERJAAN UMUM, PERUMAHAN DAN ENERGI SUMBER DAYA MINERAL (PUP-ESDM) PROVINSI DAERAH ISTIMEWA YOGYAKARTA," Journal Of Appropriate Technology For Community Services, vol. I, p. 105, 2020. Suriadi and M. Syukri, "Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Terpadu Menggunakan Software PVSYST Pada Komplek Perumahan di Banda Aceh," Jurnal Rekayasa Elektrika , vol. IX, p. 77, 2010. A. S. Anwar, "ANALISIS KELAYAKAN PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK TENAGA SURYA ROOFTOP DI GEDUNG FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SILIWANGI," Tugas Akhir, pp. II-1, 2021. B. Ramadhani, Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya Dos & Don’ts, Jakarta: Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH, 2018. T. d. K. E. Direktur Jenderal Energi Baru, PANDUAN DAN PEMELIHARAAN PLTS OFF-GRID, Jakarta: KESDM, 2017. D. I. Riswandi and I. K. Bactiar, "SIMULASI SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA 30 kWp ONGRID DI KAMPUS UNIVERSITAS MARTIM RAJA ALI HAJI (UMRAH)



[12]



[13]



[14]



[15]



MENGGUNAKAN SOFTWARE PV*SOL," p. 2, 2016. A. Gifson, M. R. Sirega and M. P. Pambudi, "RANCANG BANGUN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS) ON GRID DI ECOPARK ANCOL," TESLA, vol. XXII, p. 23, 2020. R. F. Margeritha, R. S. Hartati and N. P. S. Utama, "Analisis Penyambungan Distributed Generation Guna Meminimalkan Rugi-Rugi Daya Menggunakan Metode Particle Swarm Optimization (PSO)," Teknologi Elektro, vol. XVI, pp. 123-124, 2017. I. K. A. Setiawan, I. N. S. Kumara and I. W. Sukerayasa, "ANALISIS UNJUK KERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS) SATU MWp TERINTERKONEKSI JARINGAN DI KAYUBIHI, BANGLI," Teknologi Elektro, vol. XIII, pp. 28-29, 2014. S. Sukmajati and M. Hafidz, "PERANCANGAN DAN ANALISIS PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA KAPASITAS 10 MW ON GRID DI YOGYAKARTA," JURNAL ENERGI & KELISTRIKAN, vol. VII, p. 49, 2015.