ANALISIS KINERJA PLTS PADA SISTEM HIBRIDA PLTS 2.5 kw dan PLTMH 100 Kw DENGAN KASUS INSTALASI Di UMM MALANG JAWA TIMUR

Transkripsi

1 Vol. 9 No. Juni : 9 9 ANALISIS KINERJA PLTS PADA SISTEM HIBRIDA PLTS. kw dan PLTMH Kw DENGAN KASUS INSTALASI Di UMM MALANG JAWA TIMUR Hari Soekarno ), Verina J. Wargadalam ), Arif Hardoko ). ), ) Puslitbang Teknologi Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan PTKEBT ) LAPAN ABSTRAK Suatu unit eksperimen Sistem Hybrid PLTS-PLTMH telah dibangun oleh Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Ketenagalistrikan dan Energi Baru Terbarukan (PTKEBT) pada T. A. 9 di Universitas Muhammadiyah Malang (UMM). Konfigurasi Sistem Hybrid ini terdiri dari empat jenis pembangkit dengan sumber energi berbeda, yaitu:, kw pembangkit listrik tenaga surya (PLTS), kw pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH), kw Genset dan suplai jaringan PLN. Daya listrik yang dihasilkan diintegrasikan untuk melayani kebutuhan beban daya kampus UMM. Tulisan ini menyajikan hasil evaluasi kinerja sistem Hybrid PLTS-PLTMH di UMM, khususnya proses sinkronisasi tegangan pada PLTS. Data yang digunakan adalah hasil pengamatan kinerja sistem selama tiga bulan yaitu pada bulan Desember 9, Januari dan Februari. Hasil evaluasi diketahui bahwa sistem secara periodik beroperasi antara jam. s/d. pada tegangan Volt (di sisi Modul PV sebelum Inverter) dan Volt (di sisi GRID setelah Inverter). Kinerja puncak dari unit PLTS terjadi antara jam. s/d. dengan kapasitas daya rata-rata sebesar Watt di bulan Desember, Watt di bulan Januari dan Watt di bulan Februari. Kondisi gagal sinkronisasi pada PLTS teramati pada saat tegangan Modul PV tinggi > Volt ; tegangan GRID rendah < Volt; dan saat terjadi perubahan tegangan GRID secara tiba-tiba. Kata kunci : Hybrid, PLTS, PLTMH, Sinkronisasi ABSTRACT In year of 9, an experiment unit of PLTS-PLTMH Hybrid System has been built by Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Ketenagalistrikan dan Energi Baru Terbarukan (PTKEBT), it is located at Muhammadiyah University UMM Malang. The configuration of the Hybrid System consists of four different power generations with different energy sources, i.e.:. kw solar energy, kw micro hydro energy, kw diesel generator and PLN grid. Power generated from the system is used to supply the university s load demand. This paper evaluates performance of the PLTS-PLTMH Hybrid System, especially on synchronization process of PV module voltage. The evaluation was based on three months monitoring data that conducted from December 9 until February. The Hybrid System works periodically from : to : at the voltage of Volt (PV module before Inverter) and Volt (Grid after Inverter). The peak performance of the PV system achieved in the period of : to :, with the average power of watt in December, watt in January and watt in February. It is also observed that synchronization failures were occured at certain conditions, i.e: the PV module voltage was over Volt, the grid voltage was lower than Volt, and the grid voltage experienced a sudden change. Key word : Hybrid, PLTS, PLTMH, Synchronization PENDAHULUAN Perkembangan kebutuhan listrik di perdesaan tidak lagi hanya sebagai penerangan tetapi juga kebutuhan lain (TV, Radio, Tape, dll) membuat SHS (solar home system) tidak lagi menarik. PLTS Naskah diterima : April, revisi kesatu : Mei, revisi kedua : Juni, revisi terakhir : Juni 9

2 Vol. 9 No. Juni : 9 9 Vol. 9 No. Juni : 9 9 (pembangkit listrik tenaga surya) menjadi pilihan menggunakan jaringan dan dapat dikombinasikan dengan sistem pembangkit lainnya (hibrid). Aplikasi hibrid yang banyak digunakan di pedesaan antara lain : Hibrid PV-Genset, PV-Wind dan PV-Mikro Hidro. Sistem pembangkit hibrid adalah suatu sistem pembangkit yang menggunakan lebih dari satu jenis sumber energi primer untuk satu beban yang sama. Biasanya pembangkit hibrid dirancang agar: Lebih terjaminnya suplai sumber energi primer, sehingga produksi listrik juga terjamin Sistem pembangkit menjadi lebih efisien dan ekonomis Pusat Penelitian dan Pengem-bangan Teknologi Ketenagalistrikan dan Energi Baru Terbarukan (PTKEBT) Pada Tahun Anggaran 9 membangun suatu unit eksperimen Sistem Hybrid PLTS-PLTMH di Universitas Muham-madiyah Malang (UMM). Daya listrik yang dihasilkan diintegrasikan dengan Jaringan Tegangan Rendah (JTR) untuk melayani kebutuhan beban kampus UMM. PLTMH-nya sendiri telah dibangun pada tahun. Unit eksperimen Sistem Hybrid PLTS-PLTMH ini diharapkan dapat menjadi sarana penelitian dan pening-katan pengetahuan praktis mengenai variablevariable kontrol suatu sistem pembangkit hybrid untuk mencapai kondisi optimum, baik pada aspek kestabilan sistem maupun keekonomian suatu teknologi pembangkit listrik hibrida khususnya PLTS-PLTMH. Tulisan ini menyajikan pembaha-san awal sistem Hibrid PLTS-PLTMH di UMM, yaitu mengenai proses sin-kronisasi tegangan sistem dan bertujuan untuk meningkatkan pemahaman konsep pengontrolan sistem hybrid yang terkait dengan proses sikronisasi tegangan sistem. Data yang digunakan pada pembahasan ini adalah hasil pengamatan kinerja sistem selama tiga bulan, yaitu: Desember 9, Januari dan Pebruari. SISTEM HYBRID PLTS-PLTMH Sistem Hybrid yang berlokasi di UMM menggabungkan PLTS dengan PLTMH, kombinasi ini dianggap dapat saling menunjang. Ketika musim panas debit air berkurang sehingga menyebabkan kapasitas daya yang disuplai oleh Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) menurun. Kapasitas suplai daya akan dapat diperbaiki oleh adanya Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), karena pada musim panas PLTS akan bekerja maksimum []. PLTMH Sengkaling- berkapasitas kw dibangun oleh PTKEBT pada tahun. Daya yang dihasilkan digunakan untuk memasok sebagian Naskah diterima : April, revisi kesatu : Mei, revisi kedua : Juni, revisi terakhir : Juni

3 Analisa Kinerja PLTS Pada Sistem Hibrida PLTS. kw dan PLTMH Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, Kw Dengan Kasus Instalasi Di UMM Malang Jawa Timur Vol. 9 No. Juni : 9 9 kebutuhan load daya kampus UMM. Sebagai sumber pembangkit tenaga surya, pada tahun 9 dibangun Modul PV kapasitas daya. kw yang di-letakkan di atas atap Rumah Pembangkit PLTMH Sengkaling-. Konfigurasi Sistem Hybrid PLTS- PLTMH di UMM terdiri dari empat jenis pembangkit dari sumber energi berbeda yang terhubung ke beban (load). Keempat jenis pembangkit tersebut adalah. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS);. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH);. Suplai dari Jaringan PLN; dan. Pembangkit GENSET. Adapun beban yang dimaksud adalah beban daya dari kampus Universitas Muhammadiyah Malang. Skema konfigurasi Sistem Hybrid ditunjukkan pada Gambar. dari gedung perkuliahan serta laboratorium dengan total beban sebesar kva pada siang hari. Untuk memenuhi beban seluruh-nya, diperlukan pasokan tambahan dari jaringan PLN. Selain itu juga disiapkan sebuah Genset dengan kapasitas kva sebagai back-up apabila terjadi gangguan suplai dari jaringan PLN. KOMPONEN PLTS Komponen utama PLTS pada sistem ini terdiri dari :. Modul PV,. Inverter Sicronizer, dan. Sistem Kontrol. Skema susunan komponen PLTS ditunjukkan pada Gambar. GENSET PLN BEBAN UMM BEBAN UMM PLTMH Titik Pengamatan MODUL PV Inverter GRID PLTS PLTMH PLN GENSET Gambar. Konfigurasi Sistem Hybrid PLTS-PLTMH di UMM. Sistem ini dirancang tanpa baterei penyimpan sehingga sistem hanya bekerja pada siang hari. Daya Listrik yang dihasilkan PLTS dapat lansung diintegrasikan dengan PLTMH selan-jutnya digunakan untuk melayani sebagian kebutuhan beban daya UMM yang terdiri Gambar. Susunan Komponen PLTS di UMM. Modul PV Modul PV yang ditunjukkan pada Gambar berfungsi mengubah sinar matahari menjadi energi listrik. Susunan Modul PV terdiri dari x unit Panel PV yang disusun secara seri untuk mendapatkan tegangan sebesar Volt Naskah diterima : April, revisi kesatu : Mei, revisi kedua : Juni, revisi terakhir : Juni

4 Jurnal Ketenagalistrikan Dan Energi Baru Terbarukan, Vol. 9 No. Juni : 9 9 Vol. 9 No. Juni : 9 9 (x.volt) dan kapasitas daya se-besar Watt (x Watt). Gambar. Modul PV Sistem Hybrid PLTS-PLTMH. oleh beban. Spesifikasi Inverter sebagai berikut [] : Tabel Spesifikasi Inverter Rated Power DC Input.9 kw AC Output. kw DC Input Maks Voltage V Grid Line Voltage V Efficiency Peak 9 % Adapun jenis unit Panel PV yang digunakan adalah silica based multicrystal dengan kapasitas daya sebesar Watt per unit Panel PV []. Spesifikasi teknis dari satu unit Panel PV adalah sebagai berikut : Tabel Spesifikasi Panel PV Gambar. Inverter Sistem Hybrid PLTS-PLTMH. Selain itu Inverter juga dilengkapi perekaman data (logger) yang dapat merekam data output Modul PV maupun data output Inverter. Adapun data yang dapat direkam antara lain Tegangan, Arus dan Output Daya. Inverter Inverter seperti ditunjukkan pada Gambar berfungsi mengubah daya listrik yang dihasilkan Modul PV dari dc menjadi ac. Selain itu juga men-sinkronkan frekuensi dan tegangan antara Modul PV dengan Jaringan (GRID) agar daya listrik yang dihasilkan Modul PV dapat diserap Sistem Kontrol Sistem Kontrol ditunjukkan pada Gambar berfungsi untuk mengen-dalikan agar sistem dapat berjalan dengan baik terutama pada saat awal koneksi pagi hari dan lepas beban sore hari. Pengendalian dilakukan dengan jalan mengontrol tegangan. Single line diagram Sistem kontrol Hybrid PLTS-PLTMH UMM dapat dilihat pada Gambar. Naskah diterima : April, revisi kesatu : Mei, revisi kedua : Juni, revisi terakhir : Juni

5 Analisa Kinerja PLTS Pada Sistem Hibrida PLTS. kw dan PLTMH Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, Kw Dengan Kasus Instalasi Di UMM Malang Jawa Timur Vol. 9 No. Juni : 9 9 Gambar. Controller Sistem Hybrid PLTS-PLTMH. Gambar. Single Line Diagram Sistem Kontrol Hybrid PLTS-PLTMH UMM. PLTMH Sumber energi PLTMH Sengkaling I berasal dari aliran hulu Kali Brantas dengan head meter dan debit 9 liter/detik (Gambar ). Jenis turbin yang digunakan adalah Crossflow T-. diameter runner mm. Turbin ini menggerakkan generator sinkron dengan kapasitas daya sebesar kw (Gambar ). Daya listrik yang dihasilkan dari PLTMH Sengkaling I dihubungkan dengan jaringan kampus UMM untuk melayani beban kegiatan perkuliahan, laboratorium dan fasilitas umum. Kebutuhan beban tersebut juga dipasok oleh PLN. Gambar. Hulu Kali Brantas. Gambar. Turbin dan Generator PLTMH Sengkaling I. Naskah diterima : April, revisi kesatu : Mei, revisi kedua : Juni, revisi terakhir : Juni

6 Vol. 9 No. Juni : 9 9 Vol. 9 No. Juni : 9 9 HASIL DAN DISKUSI Kinerja sistem Hybrib PLTS-PLTMH di UMM dievaluasi dari hasil data produksi harian selama tiga bulan yaitu pada bulan Desember 9, Januari dan Februari. Pengamatan difokuskan pada saat proses sinkronisasi dengan mengamati tegangan di sisi Modul PV dan sisi GRID. Kinerja yang diamati meliputi Output Daya Modul PV dan Output Daya pada GRID serta Efisiensi Inverter. Kondisi Operasional Kondisi Operasional disini adalah kondisi dimana sistem bekerja sesuai dengan keadaan operasional sehari-hari. Pada kondisi operasional sistem bekerja antara jam. s/d., adapun kondisi puncak terjadi selama tiga jam yaitu antara jam. s/d.. Pada kondisi operasional area kerja tegangan pada sisi modul PV adalah Volt, sedangkan tegangan pada sisi GRID adalah Volt, sedangkan daya yang dihasilkan akan ditentukan oleh fluktuasi arus yang dihasilkan sistem. Sebagai gambaran output kinerja sistem pada kondisi operasional dapat dilihat pada Gambar 9. :: :: :: :: :: :: TEGANGAN MODUL PV 9:: 9:: :: :9: :: :: :: :: :: :: :: :: :: :: :9: :: :: ::9 :: :: :: 9:: TEGANGAN GRID 9:: :9: :: :: :: :: :: :: ::9 :: :: :9: :: :: ARUS GRID :: :: :: :: :: :: 9:: 9:: :: :: :: :: :9: :: :: ::9 :: ::9 :: :9:9 :: ARUS MODUL PV :: :: :: :: :: :: 9:: 9:: :: :: :: :: :9: :: :: ::9 :: ::9 :: :9:9 :: DAYA, Watt DAYA MODUL PV :: :: :: :: :: :: 9::9 9:: :: ::9 :: :: :: :9: :9: ::9 :: :: :: :: DAYA, Watt DAYA GRID :: :: :: :: :: :: 9::9 9:: :: ::9 :: :: :: :9: :9: ::9 :: :: :: :: Gambar 9. Tipikal Output Sistem Hybrid PLTS-PLTMH di UMM Naskah diterima : April, revisi kesatu : Mei, revisi kedua : Juni, revisi terakhir : Juni

7 Analisa Kinerja PLTS Pada Sistem Hibrida PLTS. kw dan PLTMH Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, Kw Dengan Kasus Instalasi Di UMM Malang Jawa Timur Vol. 9 No. Juni : 9 9 Gagal Sinkronisasi Hasil pengamatan diketahui sistem kadang juga tidak bekerja karena gagal sinkronisasi. Beberapa faktor yang menyebabkan terjadinya gagal sinkronisasi adalah :. Tegangan Awal Modul PV Tinggi,. Penurunan Tegangan GRID, dan. Peningkatan Tegangan GRID. Tegangan Modul PV Tinggi. Salah satu faktor penyebab terjadinya gagal sinkronisasi yaitu ketika tegangan awal Modul PV terlalu tinggi pada pagi hari seperti pada Gambar. Akibatnya sistem tidak bekerja hal ini ditunjukkan oleh tidak adanya arus yang dihasilkan. Pada saat terjadi kondisi ini maka sistem kontrol memerintahkan untuk menurunkan tegangan Modul PV yaitu dengan jalan mematikan beberapa unit Panel PV hingga tegangan Modul PV turun dari Volt menjadi Volt, selanjutnya perlahan arus mulai masuk sistem. TEGANGAN MODUL PV TEGANGAN GRID :: :: :: ::9 :: :: 9:: 9:: ::9 :9: :: :: :: :9:9 :: :: :: :9: ::9 :: :: :: :: :: ::9 :: :: 9:: 9:: ::9 :9: :: :: :: :9:9 :: :: :: :9: ::9 :: :: :: :9: :: ::9 :: :: 9:: 9:: ARUS GRID ::9 :9: :: :: :: ::9 :: :: :: :9: ::9 :: :: :: :: :9: :: :: :: :: 9::9 ARUS MODUL PV 9:: :: :: :: :: :: :: :: :: :9:9 :: :: :: :: Gambar. Tegangan Awal Modul PV Volt. Penurunan Tegangan GRID Pada kondisi normal tegangan sisi GRID adalah Volt. Pada saat PLTMH tidak beroperasi tegangan GRID akan berkurang hingga Volt. Kondisi demikian juga menyebabkan terjadinya gagal sinkronisasi seperti ditunjukkan pada Gambar. Peningkatan Tegangan GRID Sinkronisasi akan mengalami gangguan pada saat terjadi kenaikan tegangan pada sisi GRID. Kenaikan Naskah diterima : April, revisi kesatu : Mei, revisi kedua : Juni, revisi terakhir : Juni

8 Vol. 9 No. Juni : 9 9 Vol. 9 No. Juni : 9 9 tegangan pada sisi GRID disebabkan oleh terjadinya penurunan beban secara tibatiba. Seperti ditunjukkan pada Gambar. Sistem lepas dan tidak bekerja untuk beberapa saat meskipun kemudian bekerja kembali. Output Daya Kinerja sistem diketahui dengan membandingkan output daya di sisi Modul PV dengan output daya di sisi GRID pada kondisi puncak seperti ditunjukkan pada Gambar. Output daya rata-rata bulan Desember adalah Watt, bulan Januari Watt dan bulan Februari Watt. Selisih output daya antara Modul PV dengan GRID terjadi karena efisiensi Inverter. Hasil pantauan kinerja sistem selama tiga bulan diketahui efisiensi Inverter berada di atas % seperti tampak pada Gambar. TEGANGAN MODUL PV TEGANGAN GRID :: ::9 :: :: :: :: 9:: 9:: :: :: :: ::9 :: :: :: :: :: :: ::9 :: :: :: :: :: :: :: :9: 9:: 9:: :: :: :9: :: :: :: :: :9: :: :: :: ::9 :: ARUS MODUL PV ARUS GRID :: :: :9: :: :9: :: 9:: 9:: :: :: :: :: :: :: :: :: :: :: :9: ::9 :: 9 :: :: :9: :: :9: :: 9:: 9:: :: :: :: :: :: :: :: :: :: :: :9: ::9 :: Gambar. Penurunan Tegangan GRID. TEGANGAN MODUL PV :: :: 9::9 9:: :: :: :: :: :: :: :: :: :: :: 9:: 9:: :9:9 :: :: TEGANGAN GRID :: :: ::9 :: :: 9 :: :: 9:: 9::9 :: :: :: ARUS MODUL PV :: ::9 :: :: :: 9 :: :: 9::9 9:: :: :: :: :: ARUS GRID :: :: :: :: Naskah diterima : April, revisi kesatu : Mei, revisi kedua : Juni, revisi terakhir : Juni Gambar. Peningkatan Tegangan GRID

9 Analisa Kinerja PLTS Pada Sistem Hibrida PLTS. kw dan PLTMH Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, Kw Dengan Kasus Instalasi Di UMM Malang Jawa Timur Vol. 9 No. Juni : 9 9 Daya, Watt PV GRID Desember 9 Daya, Watt PV GRID Januari Daya, Watt PV GRID 9 9 Februari Gambar. Output Daya. Efisiensi INVERTER Efisiensi, % Desember 9 Efisiensi INVERTER Efisiensi, % Januari Efisiensi INVERTER Efisiensi, % 9 9 Februari Gambar. Efisiensi Inverter. Naskah diterima : April, revisi kesatu : Mei, revisi kedua : Juni, revisi terakhir : Juni

10 Vol. 9 No. Juni : 9 9 Vol. 9 No. Juni : 9 9 KESIMPULAN Hasil pengamatan kinerja dan evaluasi sistem Hybrid PLTS-PLTMH UMM selama tiga bulan antara Desember 9 s/d Februari dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :. Sistem Hybrid PLTS-PLTMH UMM tanpa baterei penyimpan dapat bekerja dengan baik.. Kondisi Operasional antara jam. s/d. dengan peak selama tiga jam.. Sistem bekerja pada tegangan Volt di sisi Modul PV dan tegangan Volt pada sisi GRID.. Output Daya rata-rata pada kondisi peak dapat mencapai Watt.. Efisiensi Inverter pada kondisi peak berada di atas %.. Sistem tidak dapat bekerja akibat gagal sinkronisasi pada saat : o Tegangan Modul PV tinggi > Volt o Tegangan GRID rendah < Volt Terjadi perubahan tega-ngan GRID secara tiba-tiba. DAFTAR ACUAN [] Aurelian,at all, Electrical Engineering, Monitoring Results of the kwp PV grid-connected power sistem installed at Uni-versity Polytehnica of Bucha-rest Rumania, International Conference on Renewable Energy, April 9. [] T Chayavanic, at all, School of Energy, Environment and Ma-terial, Electrical Engineering Departement, Evaluation of Power Quality of PV grid-connected sistem with battery storage Under Low Radiation, Kingmongkut s University of Technology Thonburi, Bang-kok, Thailand, [] PT. Azet Surya Lestari, Pembangkit Listrik Tenaga Surya PLTS Skala Menengah Besar (Hybrid, Grid-Interactive), [] J.Thongpron,K.Kirtikara, Effects of low radiation on the power quality of a distributed PV-grid connected system Solar Energy Materials and Solar Cells, 9 (). [] A. Craciunescu, M.Predescu, M. Grottke, Building integration of kwp photovoltaic system at University Politehnica of Bucharest, Rommania Int. J. Energy Technology and Policy, Vol. No.. [] Grottke, M. PV Enlargement developing a nucleus for PV expertise in accession countries and focusing on new PV technology in EU, Proc, og the 9 th European Photovoltaic Solar Naskah diterima : April, revisi kesatu : Mei, revisi kedua : Juni, revisi terakhir : Juni

11 Analisa Kinerja PLTS Pada Sistem Hibrida PLTS. kw dan PLTMH Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, Kw Dengan Kasus Instalasi Di UMM Malang Jawa Timur Vol. 9 No. Juni : Energy conference and exhibitation, Paris,. [] Ibanez Plana, M. Rossel Polo, Technologia Solar Mundi Prensa, Madrid, Spain,. [] Wagner, A., Photovoltaik Engineering, Handbook for planning Springer, Berlin, Germany,. [9] Nelly, L.C at al, The monitoring system for an integrated PV shading device system in a University building in Sesto Fiorentino, Italy Proc. Of th European Photovoltaic Solar Energy Conference, June Barcelona, Spain. 9. [] solar calculator PVWATTS, version, International, Ian. 9 Naskah diterima : April, revisi kesatu : Mei, revisi kedua : Juni, revisi terakhir : Juni