Skripsi 201611149 Syahru Magfirah Larosa [PDF]

Citation preview

INSTITUT TEKNOLOGI PLN



PERENCANAAN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA OFF-GRID PADA GEDUNG ARSIP DAN PERPUSTAKAAN DAERAH KABUPATEN ACEH BARAT



SKRIPSI



DISUSUN OLEH :



SYAHRU MAGFIRAH LAROSA 2016-11-149



PROGRAM STRATA SATU TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS KETENAGALISTRIKAN DAN ENERGI TERBARUKAN INSTITUT TEKNOLOGI - PLN JAKARTA, 2020



i



Digitally signed by DN: OU=Teknik Elektro, O=Institut Teknologi PLN, CN=" ", [email protected] Reason: I am the author of this document Location: Jakarta Date: 2020-09-21 17:41:16



ii



iii



iv



v



PERENCANAAN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA OFF-GRID PADA GEDUNG ARSIP DAN PERPUSTAKAAN DAERAH KABUPATEN ACEH BARAT Syahru Magfirah Larosa, 2016-11-149 Di bawah bimbingan Muchamad Nur Qosim, S.T.,M.T dan Dr.Pawenary,Ir.,M.T.,IPM.,MPM.



ABSTRAK Perencanaan PLTS menjadi solusi energi listrik masa depan agar kebutuhan listrik tetap terpenuhi. Energi surya merupakan sumber energi yang tersedia secara berlimpah di Indonesia, hal ini bisa dimanfaatkan sebagai penopang energi listrik, salah satunya di Provinsi Aceh yang jumlah pasokan listrik yang dibangkitkan tidak sebanding dengan beban pemakaian listriknya sebesar 351 megawatt, dan juga 71% suplai listrik di Aceh masih berasal dari sistem interkoneksi sumatera bagian utara, dengan itu perlu dibangun PLTS yang menjadi sumber energi alternatif dalam menghadapi permasalahan jika terjadi gangguan. Pada penelitian ini menggunakan metode analisis secara teknis dan ekonomis untuk melakukan perencanaan sistem PLTS sebagai sumber energi listrik pada gedung Arsip dan perpustakaan daerah kabupaten Aceh Barat yang dirancang untuk menyuplai pasokan listrik dengan kebutuhan beban energi per hari sekitar 102,952 kWh/hari, sehingga dalam perencanaan ini dibutuhkan panel surya sebanyak 75 panel dengan kapasitas 300 W dipasang 5 array dan rangkai 3 seri dan 5 paralel menggunakan 1 buah inverter 25 kW, 25 buah baterai dengan kapasitas 12 V 1000 Ah serta 5 buah Solar Charge yang dibangun pada luas area sebesar 129,13m2 disertai dengan nilai investasi sebesar Rp 1.105.292.797,- dan beroperasi dalam jangka waktu 15 tahun. Kata kunci: Perencanaan, PLTS, Panel Surya, Energi Listrik.



vi



PLANNING OF SOLAR POWER PLAN OFF GRID SYSTEM AT DEPARTMENT OF LIBRARY AND ARCHIVAL IN WEST ACEH REGENCY Syahru Magfirah Larosa, 2016-11-149 Under the Guidance Muchamad Nur Qosim, S.T.,M.T and Dr.Pawenary,Ir.,M.T.,IPM.,MPM.



ABSTRACT PLTS planning system becomes the solution for the future of electrical energy to meet the electricity needs still fulfil. Solar energy is a source of energy that is abundantly available in Indonesia. It can be used as a support for electrical energy. One of which is in Aceh province where the amount of electricity generated is not proportional to the electricity usage load of 351 megawatt, moreover, 71% of electricity supply in Aceh still originating from the northern Sumatran interconnection system, therefore it is necessary to build a solar power plant as the alternative energy source in dealing with problems if disturbance occurred. This research used analysis method technically and economically, to do PLTS planning system as electrical energy source at Department of Library and archival in west Aceh regency which is designed to supply electricity with an energy load around 102,952kWh/day, with the result that in this planning required 75 solar panels with a capacity of 300W which 5 array and arranged in 3 series and 5 parallel using an inverter with a capacity of 25 KW, 25 batteries with a capacity of 12 V 1000 Ah and 5 solar charge that build in an area of 129,13 m2 with an investment value of Rp1.105.292.797,- with a period of 15 years. Keyword: planning, PLTS, solar panels, electric energy



vii



DAFTAR ISI



LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN TIM PENGUJI ........................................................... ii PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ................................................................ iii UCAPAN TERIMA KASIH................................................................................. iv HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIK .............................................................................. v ABSTRAK ......................................................................................................... vi ABSTRACT ..................................................................................................... vii DAFTAR ISI ..................................................................................................... viii DAFTAR TABEL ............................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xiii BAB I PENDAHULUAN...................................................................................... 1 1.1



Latar Belakang ..................................................................................... 1



1.2



Permasalahan Penelitian ...................................................................... 2



1.2.1



Identifikasi Masalah ........................................................................ 2



1.2.2



Ruang Lingkup Masalah ................................................................. 2



1.2.3



Rumusan Masalah ......................................................................... 3



1.3



Tujuan dan Manfaat Penelitian ............................................................. 3



1.3.1



Tujuan Penelitian ........................................................................... 3



1.3.2



Manfaat Penelitian.......................................................................... 3



1.4



Sistematika Penulisan ....................................................................... 4 viii



BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................ 6 2.1



Tinjauan Pustaka .................................................................................. 6



2.2



Teori Pendukung .................................................................................. 7



2.2.1



Prinsip Kerja Sel Surya .................................................................. 8



2.2.2



Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Surya ................................. 8



2.2.3



Komponen Pendukung Sistem PLTS ........................................... 13



2.2.4



Konfigurasi Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Off-Grid ..... 14



2.2.5



Sistem Perhitungan pada Perencanaan PLTS Off-Grid ................ 15



BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................... 21 3.1



Perancangan Penelitian ...................................................................... 21



3.1.1



Lokasi Penelitian .......................................................................... 22



3.1.2



Data Radiasi Matahari dan Temperatur ........................................ 22



3.1.3



Data Komponen dan Spesifikasi Alat yang akan Digunakan ........ 23



3.2



Teknik Analisis .................................................................................... 27



3.3



Jadwal Penelitian ................................................................................ 29



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................ 30 4.1



Analisa Teknik .................................................................................... 30



4.1.1



Data Pemakaian Beban ............................................................... 30



4.1.2



Data Radiasi Matahari dan Temperatur ........................................ 31



4.1.3



Menentukan Kapasitas PV Modul ................................................. 33



4.1.4



Menentukan Rangkaian Panel Surya ........................................... 34



4.1.5



Menentukan Kapasitas Solar Charger Controller .......................... 36



4.1.6



Menentukan Kapasitas Baterai ..................................................... 36



4.1.7



Menentukan Kapasitas dan Jumlah Inverter ................................. 36



4.1.8



Menghitung Besar Daya Keluaran PLTS ...................................... 37



4.1.9



Menghitung Perfomance Ratio (PR) ............................................ 39 ix



4.1.10



Menghitung Biaya Investasi Awal PLTS Off Grid ...................... 40



4.1.11



Menghitung Biaya Pemeliharaan dan Operasional .................... 40



4.1.12



Menghitung Biaya Siklus Hidup PLTS ....................................... 41



4.1.13



Menghitung Biaya Energi PLTS ................................................ 42



4.1.13



Payback Period PLTS ............................................................... 42



BAB V PENUTUP ............................................................................................ 44 5.1



Kesimpulan ......................................................................................... 44



5.2



Saran .................................................................................................. 44



DAFTAR PUSTAKA......................................................................................... 45 DAFTAR RIWAYAT HIDUP ............................................................................. 47



x



DAFTAR TABEL Tabel 1Tabel 2



Tabel 3.1 Spesifikasi Panel Surya ................................................................... 23 Tabel 3.2 Spesifikasi Inverter ........................................................................... 24 Tabel 3.3 Spesifikasi Solar Charge Controller .................................................. 25 Tabel 3.4 Spesifikasi Baterai ........................................................................... 26 Tabel 3.5 Jadwal Penelitian ............................................................................. 29 Tabel 4.1 Beban Listrik pada Gedung Arsip dan Perpustakaan ....................... 30 Tabel 4.2 Radiasi Matahari per Bulan .............................................................. 31 Tabel 4.3 Data Temperatur per Bulan .............................................................. 32 Tabel 4.4 Hasil perhitungan radiasi matahari dan Energi yield ......................... 39 Tabel 4.5 Biaya Investasi Awal PLTS untuk Sistem Gedung ........................... 40



xi



DAFTAR GAMBAR



Gambar 2. 1 Alur Kinerja PLTS.......................................................................... 7 Gambar 2. 2 Junction semikonduktor tipe-P dan tipe-N ..................................... 8 Gambar 2. 3 Sel Surya Mono-crystalline ............................................................ 9 Gambar 2. 4 Sel Surya Poly-crystalline............................................................ 10 Gambar 2. 5 Sel Surya Thin - Film ................................................................... 10 Gambar 2. 6 Inverter ........................................................................................ 11 Gambar 2. 7 Solar Charge Controller............................................................... 12 Gambar 2. 8 Baterai ........................................................................................ 13 Gambar 2. 9 PLTS Off-Grid ............................................................................. 15 Gambar 3. 1 Diagram Perancangan Penelitian ................................................ 21 Gambar 3. 2 Lokasi Gedung Arsip dan Perpustakaan ..................................... 22 Gambar 3. 3 Panel Surya Phonosolar.............................................................. 23 Gambar 3. 4 Inverter EASUN POWER SM II 25K ............................................ 24 Gambar 3. 5 Solar Charge Controller............................................................... 25 Gambar 3. 6 Baterai LifePO4 12 V 1000Ah ..................................................... 26 Gambar 4. 1 Diagram Instalasi Komponen PLTS ............................................ 37



xii



DAFTAR LAMPIRAN



Lampiran A - Surat Pengambilan Data ...........................................................A1 Lampiran B - Spesifikasi Modul Surya ...................................................... B1-B2 Lampiran C - Spesifikasi Solar Charge Controller .......................................... C1 Lampiran D - Spesifikasi Inverter ................................................................... D1 Lampiran E - Spesifikasi Baterai .....................................................................E1 Lampiran F - Lembar Bimbingan Skripsi ................................................... F1-F2



xiii



BAB I PENDAHULUAN 1.1



Latar Belakang Pengembangan Pembangkit Listrik di Indonesia sangat gencar dilakukan



oleh Pemerintah, dikarenakan kebutuhan energi listrik setiap tahun terus meningkat pesat di semua sektor penunjang kehidupan, baik di rumah, pasar, sekolah, kantor, pabrik dan lain-lain yang semua bergantung pada energi listrik PLN. Saat ini Indonesia tidak hanya memanfaatkan pembangkit konvensional tetapi juga mengembangkan pembangkit energi terbarukan yang akan menjadi tumpuan energi di masa depan hal itu tertulis dalam Peraturan Presiden No 5 Tahun



2006



mengenai



Kebijakan



Energi



Nasional



yang



menetapkan



bahwasanya di tahun 2025 Indonesia sudah bisa memanfaatkan energi surya sebesar 2% dari total penggunaan energi secara nasional. Oleh karena itu seluruh instansi yang bersangkutan harus bergerak aktif dan tanggap agar program tersebut bisa terealisasi pada tahun yang ditargetkan. Provinsi Aceh merupakan wilayah paling barat Indonesia yang saat ini jumlah



pasokan



energi



listriknya



masih



terbatas.



Dari



data



statistik



kependudukan tahun 2019 jumlah penduduk aceh yang terus bertambah saat ini hampir mencapai 5 juta jiwa. Tentunya hal ini akan berdampak pada penggunaan listrik yang tinggi. Tetapi dilihat dari jumlah pasokan energi listrik yang dibangkitkan tidak sebanding dengan energi listrik yang dipakai untuk melayani beban listrik masyarakat Aceh yaitu sebesar 351 megawatt Kondisi ini semakin mengkhawatirkan karena sekitar 71% suplai listrik di Aceh masih berasal dari sistem interkoneksi sumatera bagian utara. Bila terjadi kerusakan pada salah satu bagian dari pembangkit listrik di wilayah ini, maka akan menyebabkan terjadinya defisit energi listrik dan pemadaman listrik bergilir di wiliyah Aceh tidak dapat dihindari. Hal ini terjadi karena kurangnya energi listrik yang dibangkitkan dan tidak adanya suplai energi listrik tambahan untuk mengantisipasi suplai energi listrik yang berkurang.Apabila kondisi ini dibiarkan maka aktivitas perekonomian, sarana pelayanan publik,instansi perkantoran dan sosial 1



masyarakat



akan



terganggu



jika



terjadi



gangguan.



Dengan



demikian



penggunaan sistem pembangkit Energi Terbarukan menjadi solusi yang tepat agar dapat menanggulangi permasalahan tersebut. (Sara, 2014) Oleh sebab itu, penulis menciptakan solusi perencanaan pembangkit listrik tenaga surya yang dapat memenuhi kebutuhan listrik pada Gedung perkantoran di wilayah kabupaten Aceh Barat Khususnya pada Gedung Arsip dan Perpustakaan Daerah Meulaboh Aceh Barat yang selalu mengutamakan pelayanan dan kenyamanan pada pengunjung perpustakaan sehingga dengan adanya sumber energi listrik dari PLTS kenyamanan pengunjung selalu tersedia dalam menggunakan fasilitas yang disediakan selalu optimal tanpa harus bergantung pada energi listrik dari PLN jika terjadi gangguan.



1.2



Permasalahan Penelitian



1.2.1



Identifikasi Masalah Sumber energi listrik pada Gedung perkantoran Kabupaten Aceh Barat



saat ini masih sepenuhnya bergantung pada listrik PLN (Perusahaan Listrik Negara), sehingga jika terjadi gangguan atau hal teknis lain pada saluran listrik PLN akan memicu terjadinya permasalahan yang dapat menghambat kegiatan perkantoran dan fasiltas pelayanan publik menjadi terganggu Oleh sebab itu perlu adanya solusi untuk mengurangi ketergantungan energi listrik dari PLN dengan memanfaatkan energi terbarukan yang ramah lingkungan seperti Pembangkit Listrik Tenaga Surya ( PLTS ) Penggunaan PLTS akan menjadi kajian bagi penulis untuk melakukan perancangan sistem PLTS pada Gedung Arsip dan Perpustakaan Daerah Meulaboh, Aceh Barat.



1.2.2



Ruang Lingkup Masalah Pada penulisan skripsi ini penulis hanya membatasi pada penentuan



daya listrik beserta komponen rangkaian berupa panel surya, SCC, baterai, dan inverter untuk perencanaan system PLTS pada Gedung Arsip dan Perpustakaan Daerah Meulaboh Aceh Barat serta perfomance ratio dan juga investasi awal yang menghitung kelayakan ekonomis dalam operasinya.



2



1.2.3



Rumusan Masalah Latar berlakang yang tertulis diatas, dapat di jadikan rumusan masalah



pembahasan pada skripsi ini diantaranya : 1.



Bagaimanakah menentukan energi dalam perencanaan PLTS yang akan digunakan untuk menyuplai listrik pada Gedung Arsip dan Perpustakaan Daerah Kabupaten Aceh Barat?



2.



Bagaimana menentukan kapasitas dan komponen luas area PLTS yang akan digunakan pada Gedung Arsip dan Perpustakaan Daerah Kabupaten Aceh Barat?



3.



Bagaimana menentukan performance ratio dan nilai investasi awal disertai kelayakan ekonomis dalam membangun PLTS pada Gedung Arsip dan Perpustakaan Daerah Kabupaten Aceh Barat?



1.3



Tujuan dan Manfaat Penelitian



1.3.1



Tujuan Penelitian Berdasarkan latar belakang penelitian tersebut di atas, maka tujuan



penelitian yang hendak dicapai, yaitu sebagai berikut : 1. Mendapatkan daya pemakaian beban listrik pada Gedung Arsip dan Perpustakaan Daerah Kabupaten Aceh Barat dan kebutuhan energi listriknya. 2. Mengetahui jumlah alat dan peralatan yang dipakai pada sistem PLTS di Gedung Arsip dan Perpustakaan Daerah Kabupaten Aceh Barat. 3. Mendapatkan hasil perhitungan performance ratio dan hasil investasi awal serta kelayakan ekonomis dalam rencana pembangunan sistem PLTS pada Gedung Arsip dan Perpustakaan Daerah Kabupaten Aceh Barat.



1.3.2



Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian yang dilaksanakan diharapkan agar bisa berhasil



dengan baik dan optimal sehingga di dapatkan tujuan sesuai dengan apa yang



3



diharapkan dari penelitian ini, serta mampu menghasilkan laporan yang sistematis dan bermanfaat secara umum. Selain itupenelitian ini diharapkan : 1. Dapat melakukan penelitian untuk menentukan kebutuhan energi listrik di Gedung Arsip dan Perpustakaan Daerah Kabupaten Aceh Barat. 2. Dapat merencanakan pemasangan PLTS yang memasok kebutuhan energi pada Gedung Arsip dan Perpustakaan Daerah Meulaboh Aceh Barat. 3. Mengetahui prospek sumber energi yang memanfaatkan energi listrik dari matahari dengan sistem pembangkit listrik tenaga surya berbasis off grid dan biaya operasional kelayakan ekonomis dari PLTS yang terpasang.



1.4



Sistematika Penulisan Skripsi mengenai studi perencanaan PLTS pada Gedung Arsip dan



Perpustakaan Daerah Meulaboh Aceh Barat, akan dipaparkan ke dalam beberapa bab agar memudahkan pembaca. Bab I dalam penulisan skripsi ini berisikan pendahuluan penelitian. Didalamnya terdapat penjelasan latar belakang penelitian yang menjadi bahan acuan awal penelitian, selanjutnya terdapat juga permasalahan penelitian yang berisi identifikasi masalah, ruang lingkup masalah, dan rumusan masalah yang merupakan rangkuman permasalahan yang akan diteliti. Kemudian terdapat tujuan dan manfaat dari penelitian serta sistematika penulisan yang merupakan acuan untuk melakukan penyusunan skripsi ini. Bab II akan membahas mengenai dasar teori dari penelitian ini. Adapun didalamnya terdapat tinjauan pustaka yang menjelaskan tentang hasil-hasil penelitian lainnya, kemudian ada landasan teori sebagai sumber acuan, serta kerangka pemikiran dan yang terakhir adalah hipotesis sebagai pengujian tentang pemecahan masalah. Bab III penulisan skripsi ini berisikan mengenai proses pengumpulan dan pengolahan data yang akan dilakukan selama penelitian. Di dalam bab ini terdapat analisa kebutuhan, kemudian terdapat juga perancangan penelitian yang merupakan suatu enjelasan mengenai variabel penelitian, serta adanya teknik analisis yaitu teknik 4



analisis deskriptif dan inferensial. Bab IV berisi tentang analisis dari hasil-hasil yang dikeluarkan oleh pengolahan data. Bab ini berisi hasil yang merupakan satu penjelasan tentang data kuantitatif dan kualitatif yang didapat dari hasil penelitian dan pengujian lapangan dengan metodologi yang digunakan. Kemudian adanya pembahasan yang merupakan suatu penjelasan tentang pengolahan data. Bab V dari penulisan skripsi berisi tentang kesimpulan dari penelitian yang dilakukan berdasarkan hasil pengumpulan dan pengolahan data serta analisa yang telah dilakukan. Dalam bab ini juga terdapat saran yang merupakan pernyataan atau rekomendasi peneliti berisi hal- hal penting untuk perbaikan yang diharapkan dapat berguna dan dimanfaatkan dengan optimal dikemudian.



5



BAB II LANDASAN TEORI 2.1



Tinjauan Pustaka Berdasarkan penelitian mengenai perencanaan dan simulasi sistem



PLTS off-grid untuk penerangan gedung fakultas teknik unkris Indonesia saat ini mengalami permasalahan kompleks dalam bidang energi karena ketergantungan yang sangat tinggi terhadap sumber energi fosil.Energi surya dapat menjadi sebuah alternatif sebagai sumber energi untuk dikembangkan Universitas Krisnadwipayana. Khususnya dalam mememenuhi kebutuhan listrik sistem Penerangan Gedung FT Unkris yang membutuhkan energi listrik total 42,3 kwh/d. Sejauh ini Gedung FT Unkris masih bergantung 100% dari supply listrik PLN. (Maulana, 2018) Menurut kajian para perekayasa dan peneliti di Badan Pengkajian Penerapan Teknologi BPPT, potensi intensitas energi matahari bisa mencapai 4,8 kwh/m2, sehingga ini menjadi sebuah potensi luar biasa untuk Indonesia dalam memanfaatkan energi tenaga surya karena Indonesia merupakan negara tropis yang dilewati garis khatulistiwa sehingga potensi energi suryanya cukup besar dan maksimal. (Pemanfaatan PLTS Sebagai Energi Alternatif Potensial Di Indonesia, 2009) Indonesia memiliki banyak potensi sumber daya energi dengan jumlah yang sangat banyak. Hal itu dikarenakan posisi Indonesia berada pada garis tengah bumi yaitu khatulistiwa, sehingga Indonesia selalu mendapatkan sinar matahari selama 10 hingga 12 jam perhari. Indonesia juga merupakan wilayah tropis yang memiliki potensi dalam pemanfaatan energi surya yang menjadi sebagai salah satu konversi yang ada, energi surya ini diharapkan mampu merubah cadangan bahan bakar konvensional yang ada. Sel surya monokristal (monocrystalline) ialah panel surya paling efisien, karena menghasilkan daya listrik yang paling baik dari efisiensi hingga 15%. Tapi kekurangan panel jenis ini ialah kurang berfungsi dengan baik di wilayah yang cahaya mataharinya minim, efisiensinya daya listrik yang dihasilkan akan kurang sangat tajam dalam kondisi 6



berawan. Photovoltaic cell dilapisi oleh penutup berasal dari gelas, sehingga optical input dari photovoltaic cell sangat terpengaruh oleh orientasi cahaya matahari karena variasi sudut dari pantulan gelas. (Dzulfikara, 2016)



2.2



Teori Pendukung Pembangkit Listrik Tenaga Surya PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga



Surya) adalah pembangkit listrik yang menggunakan cahaya matahari, dengan mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan oleh PLTS dapat langsung digunakan untuk mencatu beban, atau disimpan terlebih dahulu dalam sebuah baterai. PLTS ini menghasilkan tegangan DC (Direct Current) yang dapat diubah menjadi tegangan AC (Alternative Current).



Gambar 2. 1 Alur Kinerja PLTS



PLTS mengubah sumber energi cahaya pada Modul Sel Surya yang menjadi komponen utama dalam mengoperasi pembangkit. Hasil keluaran dari modul sel surya ini sudah berbentuk energi listrik DC yang selanjutnya akan dikonversikan



7



menjadi energi listrik AC dengan menggunakan alat yang dinamakan Inverter. (Isdawimah, 2010)



2.2.1



Prinsip Kerja Sel Surya Panel Surya merupakan alat konversi energi yang mengubah cahaya



matahari menjadi energi listrik. Untuk memanfaatkan potensi energi surya ada dua macam teknologi yang sudah diterapkan, yaitu energi surya fotovoltaik dan energi surya termal.



Gambar 2. 2 Junction semikonduktor tipe-P dan tipe-N



Dari gambar 2.2 dapat dilihat prinsip kerja panel surya prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor merupakan ikatan-ikatan atom memiliki elektron sebagai susunan dasar. Semikonduktor tipe-n memiliki keunggulan elektron negatif, sedangkan pada semikonduktor tipe-p memiliki banyak muatan positif pada struktur atomnya.. Kondisi ketika elektron dan hole berlebih bisa dengan cara mendoping material dengan atom dopan. (Nurlaila Amna, 2016)



2.2.2



Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Surya



2.2.2.1 Panel Surya Fotovoltaik adalah bagian dari sel surya yang hanya sebagai foto diode besar yang dapat menghasilkan daya listrik. Banyaknya kebutuhan modul surya tergantung dari kebutuhan beban listrik yang diperlukan. Semakin banyak sel surya pada penampang , semakin besar arus yang didapat 8



Berikut beberapa jenis modul surya: 1. Monokristalin (Monocrystaline) Terbuat dari silikon Kristal tunggal terbuat dari silikon dengan tingkat kemurnian tinggi sebesar 99,999%. Oleh sebab itu panel sel surya ini dapat menghasilkan daya listrik persatuan luas yang sangat besar. Akan tetapi terdapat kekurangan jenis monokristalin karena harga ekonomis masih sangat mahal. Modul surya monokristalin tidak dapat bekerja dengan baik pada kondisi cuaca yang intensitas mataharinya kurang sehingga akan mengurangi nilai efisiensinya.



Gambar 2. 3 Sel Surya Mono-crystalline



2. Polikristalin (Polycrystaline) Modul jenis Polikristalin adalah modul surya yang memiliki susunan kristal secara beracak. Panel ini memerlukan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan monocrystalline agar daya listrik dihasilkan bisa sama. Panel surya jenis ini memiliki efisiensi lebih rendah dibandingkan jenis monocrystalline, sehingga memiliki harga yang cenderung lebih rendah.



Kelebihan panel ini dapat menghasilkan listrik kondisi cuaca



berawan hal dikarenakan kemurnian silikon yang rendah. Effisiensi sel surya pada jenis polikristalin sebesar 12%. 9



Gambar 2. 4 Sel Surya Poly-crystalline



3. Thin – Film Panel jenis thin – film memiliki 2 lapisan struktur lapisan tipis mikrokristal – silicon dengan efisiensi 8,5 %,daya yang dihasilkan panel ini lebih besar dari pada



monocrystalline dan polychristalline.



Penggunaan material ini baik saat kondisi sinar matahari tidak langsung dan juga bisa bekerja pada temperatur tinggi. Namun kelemahannya yakni efisiensi yang rendah dan daya tahan kurang baik.



Gambar 2. 5 Sel Surya Thin - Film



10



Kapasitas dari panel tersebut ditetapkan dari besarnya energi (kWh) yang diperlukan beban dalam satu periode dan jumlah radiasi matahari di lokasi. (International, 2004).Pada penerapan dilapangan agar didapat tegangan, kita harus menyusun modul surya disusun dengan cara berderet. Agar mendapatkan hasil daya/arus yang disesuai, string modul surya disusun secara paralel, yaitu tegangan string nya disesuaikan dengan tegangan input inverter.



2.2.2.2 Inverter



Gambar 2. 6 Inverter



Inverter digunakan untuk mengkonversi atau mengubah tegangan searah (DC) menjadi tegangan bolak- balik (AC). Inverter merupakan kebalikan dari converter (adaptor) yang berfungsi untuk mengubah tegangan (AC) menjadi tegangan (DC).Pada saat pemilihan jenis inverter yang akan digunakan untuk PLTS harus sesuai dengan desain PLTS yang dibangun



2.2.2.3 Solar Charge Controller SCC itu merupakan sebuah alat yang berfungsi untuk mengatur besar arus AC yang masuk ke baterai dan arus dari baterai hingga sampai ke beban. SCC bertujuan mencegah baterai menjadi overcharge dan kelebihan tegangan dari modul surya. SCC menerapkan teknologi pulse width modulation (PWM) untuk mengatur fungsi pengisian pada baterai dan pembebasan arus dari baterai ke beban. umumnya modul surya 12 volt tegangan outputnya sebesar 16–21 volt. Jadi, jika tidak memakai solar charge controller, baterai bisa rusak karena terjadinya overcharging dan ketidakstabilan tegangan. Baterai di-charge pada tegangan 14-14.7 Volt. 11



Gambar 2. 7 Solar Charge Controller



Adapun fungsi detail SCC yaitu : a. Untuk mengatur arus masuk pada pengisian baterai, serta mencegah overcharging, dan overvoltage. b. Mengatur arus output atau input dari baterai agar baterai tidak di isi secara berlebihan, dan overloading. c.



Monitoring temperatur baterai.



Jadi pemilihan solar charge controller yang baik biasanya yang memiliki kemampuan mendeteksi kapasitas baterai.Sehingga saat kondisi baterai penuh terisi akan otomatis pengisian arus dari panel surya berhenti. Untuk mendeteksi level tegangan pada baterai dilihat melalui monitor nya.



2.2.2.4 Baterai Baterai digunakan untuk menyimpan daya listrik yang dihasilkan oleh panel surya. Daya listrik yang disimpan sehingga digunakan pada saat periode radiasi matahari sedang dala kondisi rendah atau pada malam hari. Pada sistem PLTS baterai memiliki dua tujuan yang penting, yaitu memberikan daya listrik kepada sistem saat daya tidak dihasilkan oleh panel serta digunakan untuk menyimpan kelebihan daya dari panel surya.



12



Gambar 2. 8 Baterai Adapun beberapa jenis baterai yang umum di pergunakan untuk pengaplikasian PLTS berupa nikel cadmium, nikel iron, sodium sulfat dan leadacid baik basah maupun kering. Berbeda dengan baterai untuk aki mobil yang jenis baterainya jenis stater. Selain Lean-Acid, baterai yang biasa digunakan pada sistem PLTS yaitu jenis Lithium.Sama seperti baterai handphone. Karena Baterai Lithium dikenal sebagai baterai dengan kerapatan energi yang sangat tinggi, oleh karena itu dengan volume energi yang dapat di simpan oleh baterai Lithium lebih besar di banding dengan jenis baterai yang lain. Akan tetapi pemakain baterai Lithium pada PLTS masih sangat jarang, karena harganya yang relatif tinggi dan ada kelemahan baterainya yang mudah tersulut api.Pada sistem PLTS, baterai akan di susun secara seri agar dapat mencapai tegangan nominal yang di butuhkan. Sedangkan pada susunan baterai parallel dibuat untuk mendapatkan kapasitas yang lebih besar.



2.2.3



Komponen Pendukung Sistem PLTS Adapun komponen-komponen pendukung sistem PLTS adalah sebagai



berikut: a. Kabel Penghantar Pemilihan diameter kabel disesuaikan dengan besarnya ampere atau kuat arus yang melalui kabel tersebut. Semakin besar arus yang mengalir maka semakin besar pula diameter kabel yang digunakan. Jumlah kabel 13



disesuaikan dengan jumlah fasa yang berada pada jalur listrik, jika listrik yang mengalir adalah DC maka kabel yang digunakan adalah kabel untuk 2 kutub positif dan negatif. Hal ini juga berlaku pada jumlah kabel yang digunakan pada listrik AC 3 fasa yaitu berjumlah 3 kutub R, S, T dan 1 kutub tambahan N (netral). Pemilihan kabel juga disesuaikan dengan peletakan posisi kabel.



b. Combiner Box Combiner Box adalah sebuah kotak yang menghubungkan beberapa kabel agar jalur kabel menjadi lebih rapi dan berfungsi sebagai pemutus koneksi untuk pengaman jika diadakan proses maintenance maupun inspeksi.



c. Fuse Fuse merupakan komponen yang berfungsi untuk mengamankan rangkaian listrik akibat konsleting atau hubung singkat ataupun daya berlebih. Cara kerjanya adalah kawat pada fuse atau sekering akan putus saat terjadi hubungan pendek dan arus listrik akan putus seketika sehingga dapat mencegah kerusakan pada komponen lainnya.



d. Dc Connection Dc Connection merupakan tempat untuk menghubungkan rangkaian DC, seperti menghubungkan Solar Charge Controller dengan baterai.



2.2.4



Konfigurasi Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Off-Grid Sistem pembangkit listrik tenaga surya Off-Grid/Stand-Alone adalah



Sistem PLTS yang tidak di hubungkan ke jaringan PLN.



14



Gambar 2. 9 PLTS Off-Grid



2.2.5



Sistem Perhitungan pada Perencanaan PLTS Off-Grid Dalam merencanakan pembangunan sebuah pembangkit listrik tenaga



surya dengan sistem Off-Grid, maka perlu dihitung untuk komponen yang akan digunakan sesuai dengan kebutuhan. Sehingga dapat diketahui berapa jumlah komponen seperti modul surya, solar charge controller, baterai dan inverter yang akan digunakan.



2.2.5.1 Menentukan Jumlah Modul Surya Daya (wattpeak) yang dibangkitkan PLTS untuk memenuhi kebutuhan energi, diperhitungkan dengan persamaan-persamaan sebagai berikut (Nafeh, 2009): 1) Menghitung Area Array (PV Area) Area array (PV Area) diperhitungkan dengan menggunakan rumus sebagai berikut :



𝑃𝑉𝐴𝑟𝑒𝑎 =



𝐸𝑙 𝐺𝑎𝑣 ×𝜂𝑝𝑣 ×𝑇𝐶𝐹×𝜂𝑜𝑢𝑡



15



(2.1)



Dimana :



𝑃𝑉𝐴𝑟𝑒𝑎



= Luas lokasi pada area array (m2)



𝐸𝑙



= Besarnya jumlah pemakaian energi listrik (𝑘𝑊ℎ)



𝐺𝑎𝑣



= Nilai dari isolasi harian Matahari (𝑊/𝑚2 )



𝜂𝑝𝑣



= Efisiensi panel (%)



𝑇𝐶𝐹



= Temperature Correction Factor



𝜂𝑜𝑢𝑡



= effisiesnsi out (%)



2) Menghitung Daya yang Dibangkitkan PLTS (watt peak) Dari perhitungan area array, maka besar daya yang dibangkitkan PLTS (wattpeak) dapat diperhitungkan dengan rumus sebagai berikut :



𝑃𝑤𝑎𝑡𝑡𝑝𝑒𝑎𝑘 = 𝑃𝑉 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑋 𝑃𝑆𝐼 𝑋 𝜂𝑃𝑉 (2.2) Dimana : 𝑃𝑉𝐴𝑟𝑒𝑎 = Luas pada permukaan panel surya [m2] 𝑃𝑆𝐼



= Peak Solar Insolation adalah 1000 W/m2



𝜂𝑃𝑉



= Efisiensi panel surya [%]



Selanjutnya, maka jumlah panel surya yang diperlukan, diperhitungkan dengan rumus sebagai berikut :



𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑟𝑦𝑎 =



𝑃𝑤𝑎𝑡𝑡 𝑝𝑒𝑎𝑘 𝑃𝑚𝑝𝑝



Dimana : 𝑃 𝑤𝑎𝑡𝑡 𝑝𝑒𝑎𝑘



=Daya yang dibangkitkan [WP]



𝑃𝑚𝑝𝑝



= Daya maksimum keluaran panel surya [watt]



16



(2.3)



3) Menghitung Nominal Operating Cell Temperature untuk mendapatkan Temperature Correction Factor (TCF)



𝑇𝐶𝐹 =



𝑃𝑀𝑃𝑃𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑛𝑎𝑖𝑘 ℃ 𝑃𝑀𝑃𝑃



(2.4)



Dimana :



TCF



= Temperature Correction Factor



𝑃𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑛𝑎𝑖𝑘 ℃ = Daya saat temperature naik (watt) 𝑃𝑀𝑃𝑃



= Daya yang dihasilkan panel (watt)



4) Menghitung Pengurangan Daya pada saat temperatur naik 𝑃 𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑛𝑎𝑖𝑘 ℃ = 𝑃max 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑒 𝑋 𝑃𝑚𝑝𝑝 𝑋 𝑘𝑒𝑛𝑎𝑖𝑘𝑎𝑛 ℃



(2.5)



Dimana : 𝑃 𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑛𝑎𝑖𝑘 ℃



= Temperatur saat naik 0C



𝑃max 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑒



= Temperature kehilangan (%/0C)



𝑃𝑚𝑝𝑝



= Daya Panel Surya



5) Menghitung Daya keluaran maksimum panel surya ketika temperaturnya naik 𝑃𝑀𝑃𝑃𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑛𝑎𝑖𝑘 ℃ = 𝑃𝑀𝑃𝑃 − 𝑃𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑛𝑎𝑖𝑘 ℃



(2.6)



Dimana :



𝑃𝑀𝑃𝑃𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑛𝑎𝑖𝑘 ℃ = Daya yang dihasilkan panel saat temperature naik (watt) 𝑃𝑀𝑃𝑃



= Daya yang dihasilkan panel (watt)



𝑃𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑛𝑎𝑖𝑘 ℃



= Daya saat temperature naik (watt)



17



2.2.5.2 Menentukan Rangkaian Panel Surya Untuk menyesuaikan jumlah arus output dari panel surya ke input solar charge controller maka modul harus dirangkai seri untuk memperoleh tegangan besar dan dirangkai parallel untuk memperoleh arus yang besar. Perhitungannya dengan rumus dibawah ini: ➢ Rangkaian seri Min Jumlah Modul Seri per String = Max Jumlah Modul Seri per String =



𝑉 𝐷𝐶 𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑚𝑝𝑝 𝑉 𝐷𝐶 𝑚𝑎𝑥 𝑉𝑜𝑐



(2.7) (2.8)



➢ Rangkaian Paralel Max Modul Seri per String =



𝐼 𝐷𝐶 𝑚𝑎𝑥 𝐼𝑚𝑝𝑝



(2.9)



➢ Jumlah String



Jumlah rangkaian seri x Jumlah rangkaian parallel



V dc Max



(2.10)



= Tegangan maksimum DC di Solar Charge Controller (V)



V dc Min



= Tegangan minimum DC di Solar Charge Controller (V)



I dc Max



= Arus maksimum DC di Solar Charge Controller (A)



I dc Min



= Arus minimum DC di Solar Charge Controller (A)



Voc



= Tegangan Open Circuit Modul Surya (V)



Vmpp



= Tegangan mpp Modul Surya (V)



Isc



= Arus Open Circuit Modul Surya (I)



Impp



= Arus mpp Modul Surya (I)



18



2.2.5.3 Menentukan Kapasitas Solar Charger Controller Kapasitas charge controller ditentukan berdasarkan daya maksimal yang mampu dihasilkan pada array surya, Agar charge controller tetap mampu menyalurkan daya maksimum yang dihasilkan.



2.2.5.4 Menentukan Kapasitas Baterai (Lynn, 2010) Hal-hal yang perlu diperhatikan untuk menentukan kapasitas baterai adalah: 1. Kapasitas baterai yang sesuai dengan kebutuhan 2. Deep of Discharge yaitu kedalaman kapasitas yang dapat digunakan pada baterai yaitu sebesar 80%. 3. Autonom Days 4. Efisiensi Baterai yaitu sebesar 85%. (Lynn, 2010)



Satuan energi (dalam WH) dapat kita konversikan menjadi satuan energy Ah yang sesuai dengan satuan kapasitas baterai (Kossi, 2014) dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :



C



=



𝐸𝑑 𝑋 𝐴𝐷 𝑉𝑠 𝑋 𝐷𝑜𝐷 𝑋 𝜂 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖



(2.11)



Dimana : Ed



= Konsumsi Energi Harian (Wh)



C



= Kapasitas baterai yang dibutuhkan (Ah)



DoD



= kapasitas maximal dari baterai



AD



= Autonom Days



Vs



= Tegangan Kirim



2.2.5.5 Menentukan Daya Inverter Untuk menentukan kapasitas dan jumlah inverter yang akan digunakan dalam perancangan ini, maka kapasitas inverter disesuaikan dengan tegangan dan arus keluaran dari array panel surya dan dirancang maupun daya keluaran PLTS.



19



2.2.5.6 Menentukan Daya Keluaran PLTS Dalam menentukan daya keluaran PLTS yang dirancangkan dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut]:



P out = Pi x PSH



(2.12)



Dimana : Pi



= Hasil perhitungan besar daya keluaran PLTS dikali dengan losses



Peak Sun Hour (PSH) = Radiasi Matahari lokasi penelitian



2.2.5.7 Perfomance Ratio Kualitas dari suattu PLTS dapat juga diuraikan oleh Perfomance Ratio (PR). PR biasanya dinyatakan dalam persentase yang menunjukan rugi total yang didapat saat kondisi sistem lagi mengkonversi dari DC ke AC. Dapat dihitung dengan menggunakan rumus Perfoma Ratio sebagai berikut:



PR



=



𝐸 𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑 𝐸 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙



x 100 %



Dimana : PR



= Perfomance Ratio



Eyield



= Energi tahunan yang dihasilkan



Eideal



= Energi ideal sistem



20



(2.13)



BAB III METODE PENELITIAN 3.1



Perancangan Penelitian Mulai



Studi Literatur



1. Data beban Gedung Arsip & Perpustakaan 2. Data iradiasi matahari 3. Data suhu lingkungan



Hitung PV area, daya yang dibangkitkan PLTS dan jumlah panel yang dibutuhkan



Hitung komponen PLTS yang akan digunakan (SCC,baterai,inverter)



Hitung besar daya keluaran dari PLTS



Hitung performa rasio dan biaya investasi serta kelayakan ekonomi



Tidak Perencanaan Berhasil atau tidak?



Ya Didapat hasil perencanaan



Selesai



Gambar 3. 1 Diagram Perancangan Penelitian 21



Gambar diatas merupakan diagram yang menjadi acuan dan merupakan alur dari langkah-langkah yang akan dilakukan dalam penyelesaian masalah penelitian yang akan dilaksanakan sehingga mencapai tujuan yang diinginkan.



3.1.1



Lokasi Penelitian Penelitian dan Perencanaan PLTS dilaksanakan di Gedung Arsip Dan



Perpustakaan Daerah Kabupaten Aceh Barat.



Gambar 3. 2 Lokasi Gedung Arsip dan Perpustakaan



Berdasarkan kondisi di sekitar Gedung PLTS yang di rencanakan berada di sisi Utara Gedung yang memliki ruang terbuka yang luas.



3.1.2



Data Radiasi Matahari dan Temperatur Pada penelitian yang akan dilaksanakan data radiasi matahari dan



temperature bersumber dari website BMKG wilayah setempat di Stasiun Meteorologi Cut Nyak Dhien Nagan Raya yang menjadi pusat pengamatan BMKG wilayah barat dan selatan Provinsi Aceh.



22



3.1.3



Data Komponen dan Spesifikasi Alat yang akan Digunakan 1. Panel Surya Phonosolar 300 Wp Monocrystalinne



Gambar 3. 3 Panel Surya Phonosolar



Tabel 3 Tabel 3.1 Spesifikasi Panel Surya Deskripsi



Spesifikasi



Maximum Power (Pmax)



300 W



Voltage at P max (Vmp)



36,7 V



Current at Pmax (Imp)



8,17 A



Open – circuit voltage (Voc)



45,9 V



Short – circuit current (Isc)



8,60



Module Efficiency



15,46 %



Temperature coefficient of Voc



-0,33% / K



Temperature coefficient of Isc



+0,06% / K



Temperature coefficient of Power



-0,43% / K



NOCT (Air 200C; Sun 0,8 kW/m2



450C ± 20C



wind 1 m/s)



23



-400C to 850C



Operating temperature Maximum system voltage



1000V DC



Module Dimension



1956mm[77,0in] x 992mm[39.1in] x 45mm[1.8in]



Weight



24 kg [52,9lbs]



2. Inverter EASUN POWER SM II 25K



Gambar 3. 4 Inverter EASUN POWER SM II 25K Tabel 4 Tabel 3.2 Spesifikasi Inverter Deskripsi



Spesifikasi



Model



SM II 25K



Input voltage



230 VAC



Output voltage



220/240 V



Output current



80 A



Output frequency



50/60Hz



type



DC/AC Inverter



Rated power



25000VA/25000 W



Weight



75 kg



Battery Voltage



48VDC



24



3. Solar Charge Controller



Gambar 3. 5 Solar Charge Controller



Tabel 5 Tabel 3.3 Spesifikasi Solar Charge Controller Deskripsi



Spesifikasi



Nominal System Voltage



12/24/36/48VDC or Auto



Battery Input Voltage Range



8V～68V



Battery fuse



80A/58V



Rated Charge Ccurrent



100 A



Max. PV open circuit voltage



138V ≥99.5%



Tracking efficiency



(Battery Voltage +2V) ～



MPP Voltage Range



108V② 394×242×143 New Weight



7.4kg



Dimension (L*W*H)



394×242×143



25



4. Baterai LifePO4 12 V 1000Ah



Gambar 3. 6 Baterai LifePO4 12 V 1000Ah



Tabel 6 Tabel 3.4 Spesifikasi Baterai Deskripsi



Spesifikasi



Nama Model



HWE/OEM/ODM



Jenis



Lifepo4 Baterai



Nama produk



12 V 1000 Ah Lifepo4 Batteray



Jenis Baterai



LiFePO4



Berat Baterai



125 kg



Siklus Hidup



> 2000 Kali



Tegangan Nominal



12.8 V



Kapasitas Nominal



1000Ah



Resistansi Internal



≤10 m Ω



Efisiensi



0,85 % Hingga 4 Seri 2 paralel



Seri & Paralel Aplikasi



terhubung aplikasi



Tegangan Biaya Terbatas



14.6 ± 0.2 V



Tegangan Muatan terapung



13.8 ± 0.2 V 26



Metode Pengisian



CC/CV



Discharge Memotong-Mati



10 V



Voltase Maks. Pengisian daya Current Maks.



Continous



50 A



Discharge



1000 A



Current (