BAB III 3 METODE PENELITIAN. b) Pengambilan data Klimatologi lokasi penelitian

Transkripsi

1 BAB III 3 METODE PENELITIAN 3.1 Pengambilan Data a) Studi lapangan Dilakukan di Taman Departemen Teknik Elektro dan Halaman Gedung Administrasi FT USU, yaitu mengukur lokasi yang akan dipasangi penerangan serta meninjau penerangan yang sudah ada. b) Pengambilan data Klimatologi lokasi penelitian Data-data tersebut diperoleh dari Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika Stasiun Klimatologi Deli Serdang, yang meliputi data rata-rata intensitas radiasi matahari bulanan dan temperatur udara. 3.2 Analisis Teknis Setelah data terkumpul, data tersebut dianalisis dengan teori-teori dari literatur. Analisis ini meliputi : a. Menghitung jumlah tiang yang akan dipasang. b. Menghitung daya yang akan terpasang. c. Menghitung daya panel surya yang diperlukan. d. Menghitung baterai yang digunakan e. Menentukan arus rating solar charge controller. f. Menghitung luas penampang kabel. g. Menentukan sudut tiang dan stang ornamen h. Analisis biaya. 22

2 Berikut flowchart dalam melakukan perencanaan ini : Mulai Hitung Kapasitas Baterai Ukur Lapangan Hitung Jumlah Lampu Hitung arus rating solar charge controller Hitung Luas Penampang konduktor Hitung Daya per Hari Hitung Sudut Kemiringan Stang Ornamen Pengambilan Data dari BMKG Hitung Daya Panel Surya yang Diperlukan Analisa Biaya (Investasi, Operasional, dan Perawatan) Selesai Gambar 3-1 Flowchart penelitian 23

3 3.2.1 Teori Analisis Data Analisis teknis dilakukan untuk mendapatkan sistem penerangan yang baik, aman, handal, tahan lama, dan sesuai dengan spesifikasi pabrikasinya dan terlebih sesuai SNI. Adapun analisa teknik dilakukan terhadap komponenkomponen yang meliputi lampu penerangan, tiang, dan lain lain. Dalam merencanakan instalasi penerangan, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan untuk mendapatkan penerangan yang baik, yang memenuhi fungsinya agar mata dapat melihat dengan jelas dan nyaman. Maka dari itu diperlukan beberapa perhitungan penerangan, diantaranya adalah: 1. Intensitas cahaya Intensitas cahaya adalah fluks cahaya per satuan sudut ruang yang dipancarkan ke suatu arah tertentu, dapat ditulis dengan Persamaan 3.1 berikut : dimana : I = intensitas cahaya (candela) = fluks cahaya dalam lumen (lm) w = sudut ruang dalam steradian (sr) 2. Luminansi Luminansi ialah suatu ukuran untuk terang suatu benda, atau intensitas cahaya dari suatu permukaan persatuan luas hasil proyeksi dari arah yang diberikan. Luminansi yang terlalu besar akan menyilaukan mata. Persamaan 3.2 adalah untuk menunjukkan besarnya Luminansi cahaya pada suatu bidang : Dimana : L = luminansi (cd/cm 2 ) I = Intensitas cahaya (cd) As = Luas semu permukaan (cm 2 ) 24

4 3. Intensitas Penerangan (Iluminansi) Intensitas penerangan atau iluminansi adalah kerapatan fluks cahaya yang mengenai suatu permukaaan, secara matematis dirumuskan pada Persamaan 3.3 : Dimana : E = Iluminansi atau intensitas penerangan ( lux atau lm/m 2 ) = flux cahaya (lm) A = Luas bidang (m 2 ) Intensitas penerangan pada suatu titik umumnya tidak sama untuk setiap titik pada bidang tersebut. Intensitas penerangan suatu bidang karena suatu sumber cahaya dengan intensitas (I), berkurang dengan kuadrat dari jarak antara sumber cahaya dan bidang itu (hukum kuadrat)[3]. 4. Efisiensi Penerangan Efisiensi penerangan adalah perbandingan antaran fluks cahaya yang dipancarkan oleh armatur atau dapat juga diartikan sebagai fluks cahaya yang sampai ke objek dengan fluks cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya atau fluks cahaya awal, secara matematis dirumuskan pada Persamaan 3.4 : Dan : Dalam melakukan suatu perencanaan fluks cahaya yang diperlukan dapat dihitung dengan Persamaan 3.6 berikut : 25

5 Jumlah armatur yang diperlukan agar mendapat kualitas pencahayaan yang baik dapat dihitung dengan Persamaan 3.7 : Dimana : = efisiensi cahaya penerangan g = fluks cahaya yang dipancarkan oleh armatur (lm) = fluks cahaya yang dipancarkan sumber cahaya (lm) d = faktor depresiasi Efisiensi penerangan juga dapat dihitung melalui perhitungan indeks ruang atau indeks bentuk, yang dinyatakan dalam bentuk Persamaan 3.8 : Dimana : k = indeks ruang atau bentuk p = panjang permukaan jalan(m) l = lebar permukaan jalan (m) Tabel 3.1 Menunjukkan berbagai indeks bentuk dan efisiensi penerangan maksimum dan minimumnya. Tabel 3-1 Efisiensi Penerangan untuk berbagai indeks ruang % r p r w r m k 0,5 0,28 0,23 0,19 0,27 0,23 0,19 0,27 0,22 0,19 0,6 0,33 0,28 0,24 0,32 0,28 0,24 0,32 0,27 0,24 0,8 0,42 0,36 0,33 0,41 0,36 0,32 0,40 0,36 0,32 1,0 0,48 0,43 0,40 0,47 0,43 0,39 0,46 0,42 0,39 1,2 0,52 0,48 0,44 0,51 0,47 0,44 0,50 0,46 0,43 1,5 0,56 0,52 0,49 0,55 0,52 0,49 0,54 0,51 0,48 2,0 0,61 0,58 0,55 0,60 0,57 0,54 0,59 0,56 0,54 2,5 0,64 0,61 0,59 0,63 0,60 0,58 0,62 0,59 0,57 3 0,66 0,64 0,61 0,65 0,63 0,61 0,64 0,62 0,60 4 0,69 0,67 0,65 0,68 0,66 0,64 0,66 0,65 0,63 5 0,71 0,69 0,67 0,69 0,68 0,66 0,68 0,66 0,65 26

6 Keterangan : r p = faktor refleksi dinding r m = faktor refleksi bidang pengukurannya r w = faktor refleksi langit-langit Dimana : 0.1 = warna gelap 0.3 = warna sedang 0.5 = warna muda 0.7 = warna putih dan warna sangat muda Jika nilai k sesuai perhitungan berada diantara dua nilai k yang terdapat pada Tabel 3-1. Efisiensi penerangan dapat dihitung dengan menggunakan rumus interpolasi, yang dinyatakan dalam Persamaan 3.9 berikut : ( ) Dimana : = efisiensi penerangan maks = efisiensi maksimum min = efisiensi minimum k = nilai k sesuai perhitungan k min = nilai k minimum k maks = nilai k makasimum 5. Panel Surya Panel surya adalah gabungan sel surya yang fungsinya mengubah energi cahaya menjadi menjadi energi listrik. Efisiensi dari panel surya merupakan perbandingan antara daya keluaran (Pout) dan daya masukannya (Pin). Daya keluaran (Pout) adalah perkalian antara tegangan waktu open circuit(voc) dengan arus short circuit (Isc) dan faktor pengisian (fill factor, FF) dari sebuah modul surya. Besar fill factor sel surya : 27

7 Efisiensi panel surya : Atau Dimana : FF = faktor pengisian / fill factor Vm = tegangan nominal panel surya (volt) Im = arusnominal panel surya (volt) Voc = tegangan open circuit panel surya (volt) Isc = arus short circuit panel surya (volt) F = intensitas radiasi matahari yang diterima (watt/m 2 ) S = luas permukaan panel surya (m 2 ) Daya nominal pada panel surya tidak dapat diperbesar lagi, kecuali panel surya diganti dengan panel surya lain yang spesifikasi daya nominalnya lebih besar. Untuk mendapatkan energi yang besar yang dihasilkan oleh panel surya tergantung pada lamanya penyinaran matahari. Lamanya panel surya mendapatkan sinar dinyatakan dengan Persamaan 3.14 : Energi yang dihasilkan panel surya adalah daya nominal panel surya dikalikan dengan lamanya panel surya mendapatkan sinar matahari, yang dinyatakan dengan Persamaan 3.15 atau 3.16 berikut : Atau : Jumlah minimum panel yang digunakan untuk dapat melayani energi pada beban (lampu) yang dibutuhkan ialah dengan menggunakan Persamaan 3.17 atau 3.18 : 28

8 Banyak panel surya: Atau Dimana : tpanel = lamanya panel surya mendapatkan sinar global (hour) Epanel = energi yang dihasilkan modul (Wh/hari) Pnom = daya nominal panel surya (watt) nmin = jumlah minimum panel per tiang ɳbaterai = efisiensi baterai (%) 6. Lampu LED Secara sederhana LED dapat didefinisikan sebagai salah satu semikonduktor yang mengubah energi listrik menjadi cahaya. LED merupakan perangkat keras dan padat (solid-state component) sehingga unggul dalam hal ketahanan (durability). LED hanya memiliki 4 macam warna yang tampak oleh mata, yakni warna merah, kuning, hijau, dan biru. Untuk menghasilkan sinar putih yang sempurna, spektrum cahaya dari warna-warna tersebut digabungkan. Hal paling umum adalah penggabungan antara warna merah, hijau, dan biru, yang disebut RGB. Sampai saat ini, pengembangan terus dilakukan untuk menghasilkan lampu LED dengan komposisi warna seimbang dan berdaya tahan lama. Satu buah lampu LED dapat bertahan lebih dari 30 ribu jam, bahkan ada yang mencapai 100 ribu jam. 29

9 7. Solar Charge Controller Merupakan peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah yang diisi dan diambil dari baterai ke beban. Solar charge controller mengatur overcharging (kelebihan pengisian karena baterai sudah penuh) dan kelebihan tegangan dari panel surya. Ukuran atau rating untuk alat pengontrol aliran masuk dan keluar dari aki ditentukan dalam satuan Ampere, yakni dengan Persamaan 3.19 atau 3.20 : ( ) Atau ( ) Dimana : i cc = arus rating solar charge controller (ampere) P maks = banyak panel surya x P nom (watt) 8. Baterai Baterai adalah alat penyimpanan tenaga lsitrik arus searah (DC) yang dibangkitkan oleh panel surya. Tipe baterai Lead Acid adalah tipe baterai yang sesuai untuk sistem panel surya. Hal ini jelas karena dengan menggunakan tipe baterai Lead Acid, pengguna dapat memanfaatkan energi listrik yang tersimpan pada baterai (discharge) saat panel surya tidak mendapatkan sinar matahari. Sebaliknya saat ada matahari, baterai akan diisi (charge) oleh panel surya. Jenis Baterai Lead Acid terbagi menjadi: a. Aki Otomotif (Starting Battery) Merupakan jenis baterai yang dirancang agar menghasilkan arus listrik tinggi dalam waktu singkat, sehingga dapat menyalakan mesin kendaraan. Kerena penggunaan pelat tipis secara paralel, resistensi rendah dan permukaan luas, baterai ini tidak cocok digunakan dengan panel surya. Walaupun secara aplikasi masih dapat digunakan. 30

10 b. Baterai Deep Cycle (Baterai Industri) Merupakan jenis baterai yang dirancang untuk menghasilkan arus listrik stabil dan dalam waktu lama. Baterai jenis Deep Cycle memiliki ketahanan terhadap siklus pengisian (charge) pelepasan (discharge) berulang-ulang dan konstan. Baterai jenis Deep Cycle dibagi menjadi dua jenis yaitu : 1. Baterai FLA (Flooded Lead Acid). Secara umum dikenal sebagai baterai / aki / accu basah. Karena sel-sel di dalam aki terendam oleh cairan elektrolit agar berfungsi optimal. Ciri khasnya adalah katup pengisian cairan elektrolit di setiap katup. 2. Baterai VRLA (Valve Regulated Lead Acid). Disebut juga baterai SLA (Sealed Lead Acid) atau baterai MF (Maintenance Free) atau baterai SMF (Sealed Maintenance Free). Secara fisik baterai ini hanya nampak terminal (+) positif dan terminal (-) negatif. Dirancang khusus agar cairan elektrolit tidak tumpah atau bocor atau menguap. Baterai ini memiliki katup ventilasi yang terbuka pada tekanan ekstrim untuk pembuangan gas hasil reaksi kimia. Baterai ini sering disebut batereai Maintenance Free karena tidak ada katup pengisian cairan elektrolit. Baterai VRLA dibagi menjadi 2 jenis berdasarkan konstruksi internalnya, yaitu : a) Baterai VRLA AGM (Absorbent Glass Mat). Baterai VRLA AGM memiliki pemisah / separator yang terdiri dari fiberglass yang terletak di antara pelat-pelat sel. Tujuan peletakan ini untuk menyerap cairan elektrolit agar tersimpan di poripori fiberglass. Fungsi fiberglass ini seperti handuk yang menyerap air ketika salah satu ujung handuk dicelupkan ke dalam cairan b) Baterai VRLA Gel (Gel Cells). Baterai VRLA Gel memiliki cairan elektrolit kental seperti agar-agar atau puding atau gel. 31

11 Baterai Deep Cycle jenis VRLA AGM atau VRLA Gel merupakan jenis baterai yang paling cocok dan paling banyak digunakan untuk sistem panel surya. Karena memiliki ketahanan siklus pengisian, ketahanan penggunaan, anti tumpah / bocor, dan bebas perawatan. Dalam sistem listrik tenaga surya pemilihan baterai adalah hal yang sangat penting mengingat pembangkitan yang hanya bisa dilakukan pada siang hari sementara energi yang dibangkitkan baru digunakan pada malam hari. Oleh karena itu perlu diperhitungkan antara energi yang dibangkitkan sel surya dengan energi yang dibutuhkan beban. Kapasitas baterai yang tertulis dalam satuan Ah (ampere hour), yang menyatakan kekuatan baterai, seberapa lama baterai dapat bertahan mensuplai arus untuk beban (lampu). Dalam pemilihan baterai juga harus diperhatikan faktor efisiensi baterai dan pada saat pemakaian tidak disarankan untuk menggunakan baterai hingga daya baterai habis. Pada sistem penerangan Jalan yang sumber energinya hanya dari sel surya, ketika radiasi matahari tidak ada maka lampu akan mati. Baterai akan tahan lebih lama jika siklus pengisiannya tidak sampai kurang dari 20%. Sehingga perlu dibuat cadangan beban, yaitu cadangan daya untuk beban (lampu) apabila panel surya tidak dapat menerima sinar matahari atau dalam satu hari cuaca dalam keadaan mendung, biasanya dibuat cadangan untuk beban dalam satu hari. Cadangan beban dalam satu hari merupakan rasio antara energi yang dibutuhkan dalam satu hari dengan tegangan baterai yang digunakan. Secara matematis dirumuskan dengan Persamaan 3.21 : Total kapasitas baterai berdasarkan periode penyimpanan yang diinginkan didapat dengan menggunakan Persamaan 3.22 berikut : 32

12 Dimana: ib = kapasitas baterai (Ah/Ampere.hour) Vb = tegangan baterai (volt) DOD = deep of discharge (%) Emaks = banyak panel surya x Emodul E load = energi yang dibutuhkan lampu (Wh) 9. Kabel Distribusi Untuk mendistribusikan energi listrik yang dihasilkan panel surya ke beban, dubutuhkan media perantara yang berupa kabel. Kabel ini mempunyai hambatan atau resistansi. Oleh karena itu akan terjadi rugi tegangan pada kabel distribusi ini. Agar sistem dapat bekerja secara optimal, maka rugi tegangan ini harus dijaga agar tidak terlalu besar dengan menggunakan ukuran dan jenis bahan yang digunakan, sehingga dengan ukuran tersebut arus listrik masih dapat mengalir dengan aman. Ukuran kabel dinyatakan sebagai total luas penampang kawat pada tiap konduktor. Satuan umum yang digunakan adalah milimeter persegi (mm 2 ). Tingkat arus dari suatu kabel adalah besarnya arus maksimum yang dapat dialirkan melalui kabel tersebut tanpa menyebabkan kabel menjadi panas. Ukuran minimal kabel dapat ditentukan berdasarkan nilai arus yang diperlukan oleh beban. Dengan menggunakan tegangan kerja sistem, nilai arus ke beban dapat ditentukan dengan Persamaan 3.23 berikut : Sesuai dengan PUIL 2011 kerugian daya pada setiap pemasangan instalasi maksimal adalah 6% dari kebutuhan seluruhnya [8]. Untuk memenuhi standard ini, maka perlu dilakukan perhitungan luas penampang kabel yang ditentukan dengan Persamaan 3.24 atau 3.25 berikut : Atau 33

13 Dimana : P = Total daya beban (Watt) V = Tegangan sistem (volt) I L = Arus beban ( A ) P = kerugian daya sepanjang kabel (Watt) l = Panjang kabel (m) A = Luas penampang kabel ( m 2 atau mm 2 ) ρ = tahanan jenis kabel (Ωm) 10. Tiang dan Stang Ornamen Tiang merupakan salah satu dari komponen penting pada penerangan jalan umum. Fungsinya sebagai tempat untuk meletakkan lampu (beserta armaturnya), stang ornament, panel surya, baterai, dan lain sebagainya. Untuk menentukan sudut kemiringan stangornamen, agar titik penerangan mengarah ke tengah tengah jalan seperti pada Gambar 3-2 berikut : Gambar 3-2 Tiang Penerangan Jalan Oleh karena itu, agar titik penerangan mengarah ketengah tengah jalan sudut kemiringan stang ornamen dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.26 dan 3.27 berikut : 34

14 Dimana : h = tinggi tiang (m) T c w 1 w 2 b o = jarak lampu ke tengah jalan (m) = jarak horizontal lampu ke tengah jalan (m) = jarak tiang ke horizontal lampu (m) = jarak horizontal lampu ke ujung jalan (m) = lebar batu jalan (m) = jarak batu jalan ke horizontal lampu (m) = sudut kemiringan stang ornamen 11. Biaya Dalam suatu perencanaan, hubungan antara perencanaan, penganalisa, dengan ongkos begitu penting, segala keputusan dievaluasi dari segi keuangan sehingga suatu proyek yang akan dilaksanakan tidak mengalami kerugian [2]. Parameter dasar yang mempengaruhi perkiraan ekonomi sistem sel surya adalah : a) Biaya Investasi Biaya ini merupakan biaya yang paling besar dalam sistem penerangan dengan teknologi surya yang meliputi pembelian material beserta instalasinya. b) Biaya Operasi dan Perawatan Biaya perawatan merupakan biaya yang digunakan untuk penggantian komponen sesudah melewati masa umur pakai. Total biaya perawatan dengan menggunakan metode nilai sekarang adalah dengan menggunakan Persamaan 2.28 : 35

15 Dimana : P = Nilai sekarang F = Nilai mendatang (Future Worth) N = Jumlah periode i = tingkat bunga efektif per periode c) Biaya per Kwh Biaya per kwh merupakan rasio antara total biaya yang dikeluarkan dengan total energi yang dihasilkan. Dinyatakan dengan Persamaan 3.29 berikut : 36

16 BAB IV 4 PERENCANAAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Perhitungan Jumlah dan Daya Lampu Dilihat dari Tabel 2.1 Lampu LED memiliki banyak keunggulan dibandingkan jenis lampu lain, antara lain dengan daya yang sama lampu LED bisa menghasilkan lumen yang lebih tinggi daripada jenis lampu yang lain, umur lampu LED juga lebih lama dibanding jenis lampu yang lainnya. Selain itu arus yang dihasilkan panel surya juga merupakan arus DC. Oleh karena itu, Lampu yang digunakan pada penelitian ini ialah lampu LED, sehingga sistem penerangan ini tidak memerlukan inverter lagi. Tabel 4.1 berikut ini menunjukkan spesifikasi lampu LED yang direncanakan. Tabel 4-1 Data Lampu yang digunakan Spesifikasi Lampu LED Lamp wattage 20 W Nominal Voltage 12 or 24 VDC Current consumption at 12V 1.95 A Type tube LED Tube lumen output (up to) 2000 Colour of light emitted white inverter eficiency >90% Operating temperatur range ( C ) "-10 to +50" Open Circuit Protect Yes Short circuit protect Yes Reverse polarity protect Yes Packed dimension (mm) 880 x 310 x 210 Dari data-data pada Tabel 4-1 direncanakan lampu dipasang pada tiang lengan tunggal dengan tinggi tiang 6 m, banyaknya jumlah lampu yang dibutuhkan untuk masing-masing lokasi penelitian adalah sebagai berikut : 37

17 1. Halaman Gedung Administrasi Fakultas Teknik USU Dari hasil pengukuruan luas halaman gedung administrasi fakultas teknik USU ialah 60 m x 40 m = 2400 m 2. a) Untuk menentukan indeks bentuknya digunakan Persamaan 3.8, sehingga : b) Faktor faktor refleksi : Sistem penerangan yang dipakai untuk penerangan jalan adalah sistem penerangan langsung. Pengaruh dinding dan langit langit pada sistem penerangan langsung jauh lebih kecil daripada pengaruhnya pada sistem sistem penerangan lainnya. Faktor faktor refleksi untuk lokasi ini adalah : Faktor refleksi dinding (r p ) = 0,3, karena dinding hanya terdapat pada sebagian sisi lokasi perencanaan. Sehingga dianggap memiliki warna sedang. Faktor refleksi langit langit (r w )= 0,3, karena tidak memiliki langitlangit dianggap warna sedang Faktor refleksi bidang (r m ) = 0,1. Karena warna bidang perencanaan cenderung berwarna gelap c) Dari Tabel 3.1 untuk k = 4, r p = 0.3, r w = 0.3, r m = 0.1. Efisiensi penerangannya ialah 0.65 d) Sesuai Tabel 2.2 dan 2.3 intensitas penerangan yang direncanakan ialah 3 lux. Sehingga flux cahaya yang diperlukan sesuai Persamaan 3.6 adalah : 38

18 Jumlah armatur yang diperlukan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.7 : Sehingga bisa dibuat 8 tiang dengan jarak antara tiang 20 m. 2. Taman Departemen Teknik Elektro Dari hasil pengukuran luas taman departemen teknik elektro ialah 60 m x 30 m = 1800 m 2. b) Untuk menentukan indeks bentuknya digunakan Persamaan 3.8 : c) Faktor refleksi : Sistem penerangan yang dipakai untuk penerangan jalan adalah sistem penerangan langsung. Pengaruh dinding dan langit langit pada sistem penerangan langsung jauh lebih kecil daripada pengaruhnya pada sistem sistem penerangan lainnya. Faktor faktor refleksi untuk lokasi ini adalah : Faktor refleksi dinding (r p ) = 0,3, karena dinding hanya terdapat pada sebagian sisi lokasi perencanaan. Sehingga dianggap memiliki warna sedang. Faktor refleksi langit langit (r w )= 0,3, karena tidak memiliki langitlangit dianggap warna sedang Faktor refleksi bidang (r m ) = 0,1. Karena warna bidang perencanaan cenderung berwarna gelap. d) Untuk k = 3,33, r p = 0.3, r w = 0.3, r m = 0.1. Dengan menggunakan Persamaan 3.9. Efisiensi penerangannya ialah : 39

19 e) Sesuai Tabel 2.2 dan 2.3 ditentukan intensitas penerangan yang direncanakan ialah 3 lux. Flux cahaya yang diperlukan dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.6 : Jumlah armatur yang diperlukan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.7 : Sehingga bisa dibuat 6 tiang, dengan jarak antara tiang 20 m. Jumlah tiang total untuk Taman Departemen Teknik Elektro dan Halaman Gedung Administrasi FT USU adalah 14 unit tiang. 4.2 Menghitung Total Daya yang Diperlukan per Hari Pada sub bab sebelumnya telah dibahas bahwa lampu yang digunakan ialah lampu LED 20 watt, dan penyalaannya menggunakan saklar otomatis (timer) dimana akan hidup mulai pukul dan padam pukul sehingga lampu menyala selama 12 jam. Jadi daya yang diperlukan per tiang setiap hari ialah : Sementara total daya yang diperlukan untuk 14 unit tiang per hari ialah : 40

20 4.3 Menghitung Daya Panel Surya yang Dibutuhkan Jumlah energi listrik yang diberikan kepada lampu itu harus sesuai dengan kapasitas (kekuatan) dari lampu itu sendiri [6]. Oleh karena itu, perlu dihitung dan daya yang dihasilkan panel surya itu sendiri. Untuk menentukan daya panel surya yang dibutuhkan pertama-tama harus diketahui intensitas radiasi matahari dimana lokasi panel surya tersebut dipasang. Pada perencanaan ini data tersebut diperoleh dari Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika Stasiun Klimatologi Deli Serdang. Data intensitas radiasi matahari untuk wilayah Kota Medan dapat dilihat pada Tabel 4.2 : Tabel 4-2 Intensitas radiasi matahari wilayah Medan Tahun 2016 Bulan Rata- rata Intensitas Rata-rata Suhu Lama Penyinaran Radiasi Matahari (W/m²) Maksimum ( C) Matahari (%) Januari ,4 56 Februari ,9 46 Maret ,6 60 April ,2 52 Mei ,6 44 Juni ,3 61 Juli ,6 63 Agustus ,9 58 September ,6 60 Oktober ,7 35 November ,1 23 Desember ,6 39 Sumber : BMKG Stasiun Klimatologi Deli Serdang Jumlah panel surya yang digunakan pada penelitian ini ditetapkan satu unit per tiang. Sehingga energi yang seharusnya dihasilkan panel surya agar dapat melayani beban lampu 20 Watt dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.18 : Dimana n min = 1, persamaan dapat disederhanakan menjadi : 41

21 Untuk menentukan daya nominal panel surya perlu diketahui lamanya panel surya mendapatkan radiasi matahari. Dilihat dari Tabel 4.2 intensitas radiasi matahari terendah adalah pada bulan November yaitu sebesar 2196 W/m 2 /hari. Lamanya panel surya mendapatkan radiasi matahari sesuai Persamaan 3.14 adalah : Daya nominal panel dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.15 : Sehingga bisa dibuat panel surya dengan daya 120 WP, dengan data-data pada Tabel 4.3 berikut : Tabel 4-3 Data panel surya 120 WP Spesifikasi sel surya 120 WP Maximum Power (Pmax) 120 W Type cell Monocrystalline Voltage at Pmax (Vmp) 17,8 V Current at Pmax (Imp) 7,51 A Short circuit current (Isc) 6,74 A Open circuit voltage (Voc) 21,6 V Number of cells 54 cells Dimension (mm) 1209 x 808 x 50 Weight ( Kg) 12,4 42

22 Untuk mencari efisiensi sel surya maka kita harus mencari terlebih dahulu faktor pengisian (fill factor) dengan menggunakan persamaan 3.10, yaitu : Luas permukaan panel surya : 1209 x 808 = mm 2 = 0, m 2. Efisiensi panel surya diperoleh dengan menggunakan Persamaan 3.8 : Besar intensitas sinar global matahari yang diterima ketika radiasi dalam keadaan maksimum adalah sebesar 1000 Watt/m 2. Jadi efisiensi maksimum panel surya yang digunakan ialah 13,71 % 4.4 Menghitung Kapasitas Baterai Sebelum menentukan total kapasitas baterai, terlebih dahulu dihitung cadangan beban dalam satu hari yang dinyatakan dengan Persamaan : Total kapasitas baterai berdasarkan periode penyimpanan yang diinginkan sesuai Persamaan 3.22 adalah : Kapasitas minimal baterai sesuai perhitungan adalah 75,75 Ah. Dari katalog Sollatek kapasitas baterai yang memungkinakan adalah 84 Ah. Dengan data sebagai berikut : 43

23 Tabel 4-4 Spesifikasi baterai Flat Plate Gel 84 Ah Spesifikasi baterai SFG (bloc) Type range gel Standards IEC /22 MH25860 Capacity Range (C100) 84 Ah Nominal Voltage 12 V Container Material PP or ABS Positive Plate Tech Grid/flat Negative Plate Tech Grid/flat Electrolite Gel Design life 8-10 years Cycle Life (80% DOD) 700 Operating Temp range C "-20 to 60" 4.5 Solar Charge Controller Arus rating solar charge controller dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.20 berikut : ( ) Dari Katalog Sollatek arus rating solar charge controller yang tersedia ialah 16 A, dengan spesifikasi pada Tabel 4-5. Tabel 4-5 Spesifikasi Solar Charge Controller Spesifikasi Solar Charge Controllers SPCC 10E Version 12 V Solar current 16 Amp Load Current 16 Amp Nominal Voltage 12 V Maximum current consumption 12 ma Temperatur compensation optional Timer (Dusk/dawn or 2-10 hours no Enclosure protection rating IP 54 operating temperature range "-10 C to 50 C 44

24 4.6 Perhitungan Luas Penampang Kabel Sesuai PUIL 2011 kerugian daya pada setiap pemasangan instalasi untuk pencahayaan dengan sumber energi tersendiri maksimal 6% dari kebutuhan daya seluruhnya [8]. Supaya tidak terjadi kerugian daya yang berlebih maka perlu dilakukan perhitungan luas penampang kabel. Karena panel surya diletakkan pada tiang lampu penerangan jalan tersebut maka panjang kabelnya hanya 5 meter dan bebannya adalah lampu LED 20 Watt maka besar arus beban sesuai Persamaan 3.23 adalah: Kerugian daya maksimal pada kabel penghantar adalah : Luas penampang kabel yang digunakan sesuai Persamaan 3.25 : Namun karena luas penampang konduktor tembaga sesuai PUIL 2011 tidak boleh kurang dari 1,5 mm 2 dan luas penampang sesuai perhitungan tidak melebihi 1,5 mm 2 maka luas penampang konduktor yang digunakan adalah 1,5 mm 2. 45

25 4.7 Tiang dan Stang Ornamen Tinggi tiang yang direncanakan 6 m dan jarak horizontal lampu ke tengah jalan 5 m, jarak vertikal lampu ke tengah jalan dengan menggunakan Persamaan 3.26 : adalah : Sudut kemiringan stang ornamen dengan menggunakan Persamaan Analisis Biaya Pada skripsi ini biaya yang diperhitungkan berupa biaya investasi, biaya perawatan dan biaya operasional selama 25 tahun dengan perkiraan kenaikan harga 10% per tahun Biaya Investasi Biaya investasi meliputi biaya pembelian keseluruhan material dan pemasangan material. Tabel 4-6 Daftar harga material beserta instalasi Jenis Material Harga Jumlah Harga Total Tiang lengkap dengan klem dan baut Rp Rp Panel Surya 120 WP Rp Rp Lampu LED 20 Watt + armatur Rp Rp Baterai 84 Ah Rp Rp Solar charge controller Rp Rp Box(Baterai, Solar Charge Controller) Rp Rp Biaya instalasi material Rp Rp Kabel NYY 2 x 1,5 mm 2 ( 50 m ) Rp Rp Total biaya investasi Rp Sumber : Diperoleh dari berbagai sumber 46

26 4.8.2 Biaya Perawatan Biaya perawatan pada sistem penerangan jalan dan taman dengan menggunakan teknologi surya ialah berupa penggantian komponen sebelum 25 tahun. Semua komponen diganti sesuai umur pakai standard pabrikannya. Dimana lampu LED harus diganti 11 tahun sekali dan baterai diganti 15 tahun sekali. Harga masing-masing komponen diasumsikan mengalami kenaikan bunga bank sebesar 10% per tahun. Biaya perawatan untuk penggantian lampu LED dan baterai menggunakan Persamaan 3.28 adalah : 1. Untuk Lampu LED 2. Untuk Baterai Sehingga Total biaya perawatan berupa penggantian komponen ialah sebesar Rp Biaya Operasional Biaya operasional sistem penerangan jalan dengan menggunakan panel surya tergolong murah. Karena penyalaannya dilakukan secara otomatis dan sumber energinya berupa radiasi matahari juga diperoleh secara gratis. Biaya operasional disini ialah hanya untuk pembersihan panel surya dari debu dimana untuk daerah yang tidak terlalu berdebu misalnya pada lokasi perencanaan ini, pembersihan panel surya tersebut bisa dilakukan setahun sekali. Biaya pembersihan per panel surya per tahun ialah Rp , dan biaya untuk pembersihan 14 panel surya per tahun adalah sebesar Rp sehingga total biaya pembersihan panel surya selama 25 tahun adalah Rp

27 4.8.4 Harga Listrik Sistem Penerangan dengan Sel Surya Untuk perhitungan biaya per kwh kita melakukan perhitungan total energi yang dibangkitkan panel surya selama 25 tahun dengan mengambil nilai radiasi rata-rata yang dibahas pada subbab sebelumnya yaitu sebesar 3454 Wh/m 2 /hari. Rata-rata energi yang dihasilkan panel surya per hari ialah : Energi untuk 14 panel surya : Dan total energi yang dihasilkan selama 25 tahun = hari adalah : Sehingga biaya per kwh sesuai persamaan didapat : Jadi harga tarif daya listrik jika menggunakan sel surya sebagai sumber energinya ialah Rp 3.455,19 per kwh. 48

28 BAB V 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Untuk Taman Depertemen Teknik Elektro dan Halaman Gedung Administrasi Fakultas Teknik USU diperlukan masing-masing 6 tiang dan 8 tiang lampu penerangan. Jarak antara tiang 20 meter dan tinggi tiang 6 meter serta lampu LED 20 Watt sehingga didapat kualitas pencahayaan sesuai standard penerangan jalan. 2. Energi yang dapat dibangkitkan oleh sel surya 120 WP dengan intensitas radiasi matahari rata-rata untuk wilayah Kota Medan sebesar 3.454,17 Wh/m2/hari adalah sebesar 414,48 Wh. 3. Harga listrik per kwh menggunakan sumber energi sel surya didapat sebesar Rp 3.455,19 per kwh. Harga ini masih tergolong mahal dibandingkan dengan harga listrik konvesional yang harganya sekitar Rp per kwh. 49

29 5.2 Saran Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari skripsi ini adalah sebagai berikut: 1. Melakukan penelitian dengan analisis menggunakan simulasi Homer Program. 2. Melakukan penelitian dengan pengukuran langsung dengan temperatur yang berbeda-beda dan dengan pengaturan posisi sudut panel surya. 3. Melakukan penelitian pada aplikasi beban yang beragam (AC dan DC). 50