PENGENALAN PLTS BUKU XI. TUJUAN PELAJARAN : Setelah mengikuti pelajaran ini peserta memahami prinsip kerja dan cara pengoperasian PLTS DURASI : 4 JP

Transkripsi

1 BUKU XI PENGENALAN PLTS TUJUAN PELAJARAN : Setelah mengikuti pelajaran ini peserta memahami prinsip kerja dan cara pengoperasian PLTS DURASI : 4 JP PENYUSUN : 1. ERWIN Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal vi

2 DAFTAR ISI TUJUAN PELAJARAN... vi DAFTAR ISI... vii Daftar Gambar... iii 1. PENGENALAN PLTS PENDAHULUAN KONSEP KERJA SISTEM PLTS KOMPONEN PLTS SOLAR PANEL / PHOTOVOLTAIC CHARGE CONTROLLER INVERTER BATTERY JENIS SISTEM PLTS STAND ALONE PHOTOVOLTAIC GRID CONNECTED PHOTOVOLTAIC SYSTEM GRID CONNECTED PHOTOVOLTAIC SYSTEM WITH BATTERY BACKUP HYBRID PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal vii

3 Daftar Gambar Gambar 1 Skema PLTS... 3 Gambar 2 Prinsip Kerja Photovoltaic Cell... 5 Gambar 3 Pulse Wide Modulation... 7 Gambar 4 Maximum Power Point Tracker... 8 Gambar 5 Inverter... 9 Gambar 6 Battere Gambar 7 Prinsip Kerja PLTS Terpusat Gambar 8 Prinsip Kerja PLTS On Grid Gambar 9 Grafik Penggunaan Grid Connected Photovoltaic System Gambar 10 Prinsip Kerja PLTS On Grid With Battery Backup Gambar 11 Skema Hybrid Photovoltaic Power System Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal iii

4 1. PENGENALAN PLTS 1.1. PENDAHULUAN Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) merupakan teknologi yang ramah lingkungan dan menggunakan bahan bakar terbarukan (matahari), akan lebih diminati karena dapat digunakan untuk keperluan apa saja dan di mana saja : bangunan besar, pabrik, perumahan, daerah terpencil dan lainnya. Selain persediaannya tanpa batas, tenaga surya nyaris tanpa dampak buruk terhadap lingkungan dibandingkan bahan bakar lainnya. Indonesia sendiri selain dikarenakan faktor-faktor yang disebutkan diatas, masih ada lagi faktor lain yang menyebabkan PLTS diminati di Indonesia. Seperti diketahui bersama bahwasanya Indonesia merupakan Negara Kepulauan yang luas dan perkembangan tiap daerah serta sumber daya alam yang tidak merata, sehingga PLTS merupakan salah satu alternatif yang diminati. Adanya faktor-faktor di atas mengakibatkan terciptanya daerahdaerah yang belum terlistriki dan sukar dijangkau untuk dilistriki oleh PLN, sehingga rasio elektrifikasi di Indonesia masih relatif rendah. Upaya untuk meningkatkan rasio elektrifikasi sudah dilakukan dengan banyaknya dibangun pembangkit-pembangkit baru, namun ternyata hal tersebut belum cukup dikarenakan luasnya wilayah Indonesia dan adanya daerah-daerah yang tidak mempunyai sumber daya alam serta sukar dijangkau. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) menjadi salah satu solusi tepat untuk melistriki daerah-daerah yang tidak mempunyai sumber daya alam dan sukar dijangkau. Hal ini dikarenakan bahan baku dari PLTS adalah matahari yang mana di setiap daerah pasti adanya, dikarenakan Indonesia merupakan daerah tropis, serta kelebihan lainnya adalah bahwa PLTS dapat mandiri (langsung pakai), dapat masuk ke grid (PLN) dan juga dapat berkolaborasi dengan pembangkit lainnya. Dengan dibangunnya pembangkit-pembangkit PLTS ini maka rasio elektrifitasnya akan meningkat semakin baik. Untuk lebih mengetahui apa itu Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) maka dalam tulisan ini akan dijelaskan secara singkat komponen-komponen yang membentuk PLTS, sistim kelistrikan tenaga surya dan trend teknologi yang ada. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 1

5 2. KONSEP KERJA SISTEM PLTS Pembangkit Listrik Tenaga Surya konsepnya sederhana, yakni mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi dari sumber daya alam. Sumber daya alam matahari ini sudah banyak digunakan untuk memasok daya listrik di satelit komunikasi melalui sel surya. Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang tidak terbatas langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang berputar dan tidak memerlukan bahan bakar. Sehingga sistem sel surya sering dikatakan bersih dan ramah lingkungan Bandingkan dengan sebuah generator listrik, ada bagian yang berputar dan memerlukan bahan bakar untuk dapat menghasilkan listrik. Suaranya bising. Selain itu gas buang yang dihasilkan dapat menimbulkan efek gas rumah kaca (green house gas) yang pengaruhnya dapat merusak ekosistem planet bumi kita. Sistem sel surya yang digunakan di permukaan bumi terdiri dari panel sel surya, rangkaian kontroler pengisian (charge controller), dan aki (batere) 12 volt yang maintenance free. Panel sel surya merupakan modul yang terdiri beberapa sel surya yang digabung dalam hubungan seri dan paralel tergantung ukuran dan kapasitas yang diperlukan. Yang sering digunakan adalah modul sel surya 20 watt atau 30 watt. Modulsel surya itu menghasilkan energi listrik yang proporsional dengan luas permukaan panel yang terkena sinar matahari. Rangkaian kontroler pengisian aki dalam sistem sel surya itu merupakan rangkaian elektronik yang mengatur proses pengisian akinya. Kontroler ini dapat mengatur tegangan aki dalam selang tegangan 12 volt plus minus 10 persen. Bila tegangan turun sampai 10,8 volt, maka kontroler akan mengisi aki dengan panel surya sebagai sumber dayanya. Tentu saja proses pengisian itu akan terjadi bila berlangsung pada saat ada cahaya matahari. Jika penurunan tegangan itu terjadi pada malam hari, maka kontroler akan memutus pemasokan energi listrik. Setelah proses pengisian itu berlangsung selama beberapa jam, tegangan aki itu akan naik. Bila tegangan aki itu mencapai 13,2 volt, maka kontroler akan menghentikan proses pengisian aki itu. Rangkaian kontroler pengisian itu sebenarnya mudah untuk dirakit sendiri. Tapi, biasanya rangkaian kontroler ini sudah tersedia dalam keadaan jadi di pasaran. Memang harga kontroler itu cukup mahal kalau dibeli sebagai unit tersendiri. Kebanyakan system sel surya Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 2

6 itu hanya dijual dalam bentuk paket lengkap yang siap pakai. Jadi, sistem sel surya dalam bentuk paket lengkap itu jelas lebih murah dibandingkan dengan bila merakit sendiri. Biasanya panel surya itu diletakkan dengan posisi statis menghadap matahari. Padahal bumi itu bergerak mengelilingi matahari. Orbit yang ditempuh bumi berbentuk elip dengan matahari berada di salah satu titik fokusnya. Karena matahari bergerak membentuk sudut selalu berubah, maka dengan posisi panel surya itu yang statis itu tidak akan diperoleh energi listrik yang optimal. Agar dapat terserap secara maksimum, maka sinar matahari itu harus diusahakan selalu jatuh tegak lurus pada permukaan panel surya. Jadi, untuk mendapatkan energi listrik yang optimal, sistem sel surya itu masih harus dilengkapi pula dengan rangkaian kontroler optional untuk mengatur arah permukaan panel surya agar selalu menghadap matahari sedemikian rupa sehingga sinar mahatari jatuh hampir tegak lurus pada panel suryanya. Kontroler seperti ini dapat dibangun, misalnya, dengan menggunakan mikrokontroler Kontroler ini tidak sederhana,karena terdiri dari bagian perangkat keras dan bagian perangkat lunak. Biasanya, paket sistem sel surya yang lengkap belum termasuk kontroler untuk menggerakkan panel surya secara otomatis supaya sinar matahari jatuh tegak lurus. Karena itu, kontroler macam ini cukup mahal. Gambar 1 Skema PLTS Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 3

7 3. KOMPONEN PLTS 3.1 SOLAR PANEL / PHOTOVOLTAIC Modul sel surya Photovoltaic berfungsi merubah energi surya menjadi arus listrik DC. Arus listrik DC yang dihasilkan ini akan dialirkan melalui suatu inverter (pengatur tenaga) yang merubahnya menjadi arus listrik AC, dan juga dengan otomatis akan mengatur seluruh sistem. Listrik AC akan didistribusikan melalui suatu panel distribusi indoor yang akan mengalirkan listrik sesuai yang dibutuhkan peralatan listrik. Besar dan biaya konsumsi listrik yang dipakai di rumah akan diukur oleh suatu Watt-Hour Meters. Komponen utama sistem surya photovoltaic adalah modul yang merupakan unit rakitan beberapa sel surya photovoltaic. Untuk membuat modul photovoltaic secara pabrikasi bisa menggunakan teknologi kristal dan thin film. Modul photovoltaic kristal dapat dibuat dengan teknologi yang relatif sederhana, sedangkan untuk membuat sel photovoltaic diperlukan teknologi tinggi. Modul photovoltaic tersusun dari beberapa sel photovoltaic yang dihubungkan secaraseri dan paralel. Biaya yang dikeluarkan untuk membuat modul sel surya yaitu sebesar 60% dari biaya total. Jadi, jika modul sel surya itu bisa diproduksi di dalam negeri berarti akan bisa menghemat biaya pembangunan PLTS. Untuk itulah, modul pembuatan selsurya di Indonesia tahap pertama adalah membuat bingkai (frame), kemudian membuat laminasi dengan sel-sel yang masih diimpor. Jika permintaan pasar banyak maka pembuatan sel dilakukan di dalam negeri. Hal ini karena teknologi pembuatan sel surya dengan bahan silikon single dan poly cristal secara teoritis sudah dikuasai. Dalam bidang photovoltaic yang digunakan pada PLTS, Indonesia ternyata telah melewati tahapan penelitian dan pengembangan dan sekarang menuju tahapan pelaksanaan dan instalasi untuk elektrifikasi untuk pedesaan. Teknologi ini cukup canggih dan keuntungannya adalah harganya murah, bersih, mudah dipasang dan dioperasikan dan mudah dirawat. Sedangkan kendala utama yang dihadapi dalam pengembangan energi surya photovoltaic adalah investasi awal yang besardan harga per kwh listrik yang dibangkitkan relatif tinggi, karena memerlukan subsistemyang terdiri atas baterai, unit pengatur dan inverter sesuai dengan kebutuhannya. Bahan sel surya sendiri terdiri kaca pelindung dan material adhesive transparan yang melindungi bahan sel surya dari keadaan lingkungan, material anti-refleksi untuk menyerap lebih banyak cahaya dan mengurangi jumlah cahaya yang dipantulkan, semi- Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 4

8 konduktor P-type dan N-type (terbuat dari campuran Silikon) untuk menghasilkan medan listrik, saluran awal dan saluran akhir (tebuat dari logam tipis) untuk mengirim electron ke perabot listrik. Cara kerja sel surya sendiri sebenarnya identik dengan piranti semikonduktor dioda. Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan semikonduktor, terjadi pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh perjalanan menuju bahan semi-konduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan sigma gaya-gaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan semi-konduktor, menyebabkan aliran medan listrik. Dan menyebabkan elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir untuk digunakan pada perabot listrik. Gambar 2 Prinsip Kerja Photovoltaic Cell 3.2 CHARGE CONTROLLER Solar Charge Controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan diambil dari baterai ke beban. Solar charge controller mengatur overcharging (kelebihan pengisian - karena batere sudah 'penuh') dan kelebihan voltase dari panel surya. Kelebihan voltase dan pengisian akan mengurangi umur baterai. Solar charge controller menerapkan teknologi Pulse width modulation (PWM) untuk mengatur fungsi pengisian baterai dan pembebasan arus dari baterai ke beban. Solar panel 12 Volt umumnya memiliki tegangan output Volt. Jadi tanpa solar charge controller, Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 5

9 baterai akan rusak oleh over-charging dan ketidakstabilan tegangan. Baterai umumnya dicharge pada tegangan Volt. Gambar 2.3 Solar Charge Controller a Fungsi Charge Controller Beberapa fungsi detail dari solar charge controller adalah sebagai berikut : Mengatur arus untuk pengisian ke baterai, menghindari overcharging, dan overvoltage. Mengartur arus yang dibebaskan/ diambil dari baterai agar baterai tidak 'full discharge', dan overloading. Monitoring temperatur baterai Untuk membeli solar charge controller yang harus diperhatikan adalah: Voltage 12 Volt DC / 24 Volt DC Kemampuan (dalam arus searah) dari controller. Misalnya 5 Ampere, 10 Ampere, dsb. Full charge dan low voltage cut Seperti yang telah disebutkan di atas solar charge controller yang baik biasanya mempunyai kemampuan mendeteksi kapasitas baterai. Bila baterai sudah penuh terisi maka secara otomatis pengisian arus dari panel sel surya berhenti. Cara deteksi adalah melalui monitor Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 6

10 level tegangan batere. Solar charge controller akan mengisi baterai sampai level tegangan tertentu, kemudian apabila level tegangan drop, maka baterai akan diisi kembali. Solar Charge Controller biasanya terdiri dari : 1 input ( 2 terminal ) yang terhubung dengan output panel sel surya, 1 output ( 2 terminal ) yang terhubung dengan baterai / aki dan 1 output ( 2 terminal ) yang terhubung dengan beban ( load ). Arus listrik DC yang berasal dari baterai tidak mungkin masuk ke panel sel surya karena biasanya ada 'diode protection' yang hanya melewatkan arus listrik DC dari panel sel surya ke baterai, bukan sebaliknya. Charge Controller bahkan ada yang mempunyai lebih dari 1 sumber daya, yaitu bukan hanya berasal dari matahari, tapi juga bisa berasal dari tenaga angin ataupun mikro hidro. Di pasaran sudah banyak ditemui charge controller 'tandem' yaitu mempunyai 2 input yang berasal dari matahari dan angin. Untuk ini energi yang dihasilkan menjadi berlipat ganda karena angin bisa bertiup kapan saja, sehingga keterbatasan waktu yang tidak bisa disuplai energi matahari secara full, dapat disupport oleh tenaga angin. Bila kecepatan ratarata angin terpenuhi maka daya listrik per bulannya bisa jauh lebih besar dari energi matahari. b Teknologi Charge Controller Ada dua jenis teknologi yang umum digunakan oleh solar charge controller : PWM (Pulse Wide Modulation), seperti namanya menggunakan 'lebar' pulse dari on dan off elektrikal, sehingga menciptakan seakan-akan sine wave electrical form Gambar 3 Pulse Wide Modulation MPPT (Maximun Power Point Tracker), yang lebih efisien konversi DC to DC (Direct Current). MPPT dapat mengambil maximun daya dari PV. MPPT charge controller dapat menyimpan kelebihan daya yang tidak digunakan oleh beban ke Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 7

11 dalam baterai, dan apabila daya yang dibutuhkan beban lebih besar dari daya yang dihasilkan oleh PV, maka daya dapat diambil dari baterai. Kelebihan MPPT dalam ilustrasi ini: Panel surya ukuran 120 Watt, memiliki karakteristik Maximun Power Voltage 17.1 Volt, dan Maximun Power Current 7.02 Ampere. Dengan solar charge controller selain MPPT dan tegangan batere 12.4 Volt, berarti daya yang dihasilkan adalah 12.4 Volt x 7.02 Ampere = Watt. Dengan MPPT, maka Ampere yang bisa diberikan adalah sekitar 120W : 12.4 V = 9.68 Ampere. Teknologi yang sudah jarang digunakan, tetapi sangat murah, adalah Tipe 1 atau 2 Stage Control, dengan relay ataupun transistor. Fungsi relay adalah mengshort ataupun men-disconnect baterai dari panel surya. Gambar 4 Maximum Power Point Tracker c Cara Kerja Charge Controller Solar charge controller, adalah komponen penting dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Solar charge controller berfungsi untuk : Charging mode: Mengisi baterai (kapan baterai diisi, menjaga pengisian kalau baterai penuh). Operation mode: Penggunaan baterai ke beban (pelayanan baterai ke beban diputus kalau baterai sudah mulai 'kosong') Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 8

12 3.3 INVERTER Inverter adalah perangkat elektrik yang digunakan untuk mengubah arus listrik searah (DC) menjadi arus listrik bolak balik (AC). Inverter mengkonversi DC dari perangkat seperti batere, panel sel surya menjadi AC. Penggunaan inverter dari dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) adalah untuk perangkat yang menggunakan AC (Alternating Current). Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan inverter : Kapasitas beban dalam Watt, usahakan memilih inverter yang beban kerjanya mendekati dgn beban yang hendak kita gunakan agar effisiensi kerjanya maksimal Input DC 12 Volt atau 24 Volt Sinewave ataupun square wave outuput AC Gambar 5 Inverter True sine wave inverter diperlukan terutama untuk beban-beban yang masih menggunakan motor agar bekerja lebih mudah, lancar dan tidak cepat panas. Oleh karena itu dari sisi harga maka true sine wave inverter adalah yang paling mahal diantara yang lainnya karena dialah yang paling mendekati bentuk gelombang asli dari jaringan listrik PLN. Dalam perkembangannya di pasaran juga beredar modified sine wave inverter yang merupakan kombinasi antara square wave dan sine wave. Bentuk gelombangnya bila dilihat melalui oscilloscope berbentuk sinus dengan ada garis putus-putus di antara sumbu y=0 dan grafik sinusnya. Perangkat yang menggunakan kumparan masih bisa beroperasi Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 9

13 dengan modified sine wave inverter, hanya saja kurang maksimal. Sedangkan pada square wave inverter beban-beban listrik yang menggunakan kumparan / motor tidak dapat bekerja sama sekali. Selain itu dikenal juga istilah Grid Tie Inverter yang merupakan special inverter yang biasanya digunakan dalam sistem energi listrik terbarukan, yang mengubah arus listrik DC menjadi AC yang kemudian diumpankan ke jaringan listrik yang sudah ada. Grid Tie Inverter juga dikenal sebagai synchronous inverter dan perangkat ini tidak dapat berdiri sendiri, apalagi bila jaringan tenaga listriknya tidak tersedia. Dengan adanya grid tie inverter kelebihan KWh yang diperoleh dari sistem PLTS ini bisa disalurkan kembali ke jaringan listriki PLN untuk dinikmati bersama dan sebagai penggantinya besarnya KWh yang disuplai harus dibayar PLN ke penyedia PLTS, tentunya dengan tarif yang telah disepakati sebelumnya. Sayangnya sampai sekarang ketentuan tarif semacam ini masih terus digodok seiring dengan aturan mengenai listrik swasta. Rugi-rugi / loss yang terjadi pada inverter biasanya berupa dissipasi daya dalam bentuk panas. Effisiensi tertinggi dipegang oleh grid tie inverter yang diclaim bisa mencapai 95-97% bila beban outputnya hampir mendekati rated bebannya. Sedangkan pada umumnya effisiensi inverter adalah berkisar 50-90% tergantung dari beban outputnya. Bila beban outputnya semakin mendekati beban kerja inverter yang tertera maka effisiensinya semakin besar, demikian pula sebaliknya. Modified sine wave inverter ataupun square wave inverter bila dipaksakan untuk beban-beban induktif maka effisiensinya akan jauh berkurang dibandingkan dengan true sine wave inverter. Perangkatnya akan menyedot daya 20% lebih besar dari yang seharusnya. 3.4 BATTERY Baterai adalah alat penyimpan tenaga listrik arus searah ( DC ). Ada beberapa jenis baterai / aki di pasaran yaitu jenis aki basah/konvensional, hybrid dan MF (Maintenance Free). Aki basah/konvensional berarti masih menggunakan asam sulfat ( H2SO4 ) dalam bentuk cair. Sedangkan aki MF sering disebut juga aki kering karena asam sulfatnya sudah dalam bentuk gel/selai. Dalam hal mempertimbangkan posisi peletakkannya maka aki kering tidak mempunyai kendala, lain halnya dengan aki basah Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 10

14 Gambar 6 Battere Aki konvensional juga kandungan timbalnya ( Pb ) masih tinggi sekitar 2,5%untuk masingmasing sel positif dan negatif. Sedangkan jenis hybrid kandungan timbalnya sudah dikurangi menjadi masing-masing 1,7%, hanya saja sel negatifnya sudah ditambahkan unsur Calsium. Sedangkan aki MF / aki kering sel positifnya masih menggunakan timbal 1,7% tetapi sel negatifnya sudah tidak menggunakan timbal melainkan Calsium sebesar 1,7%. Pada Calsium battery Asam Sulfatnya ( H2SO4 ) masih berbentuk cairan, hanya saja hampir tidak memerlukan perawatan karena tingkat penguapannya kecil sekali dan dikondensasi kembali. Teknologi sekarang bahkan sudah memakai bahan silver untuk campuran sel negatifnya. Ada beberapa pertimbangan dalam memilih aki : Tata letak, apakah posisi tegak, miring atau terbalik. Bila pertimbangannya untuk segala posisi maka aki kering adalah pilihan utama karena cairan air aki tidak akan tumpah. Kendaraan off road biasanya menggunakan aki kering mengingat medannya yang berat. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 11

15 Aki ikut terguncang-guncang dan terbanting. Aki kering tahan goncangan sedangkan aki basah bahan elektrodanya mudah rapuh terkena goncangan. Voltase / tegangan, di pasaran yang mudah ditemui adalah yang bertegangan 6V, 12V da 24V. Ada juga yang multipole yang mempunyai beberapa titik tegangan. Yang custom juga ada, biasanya dipakai untuk keperluan industri. Kapasitas aki yang tertulis dalam satuan Ah (Ampere hour), yang menyatakan kekuatan aki, seberapa lama aki tersebut dapat bertahan mensuplai arus untuk beban / load. Cranking Ampere yang menyatakan seberapa besar arus start yang dapat disuplai untuk pertama kali pada saat beban dihidupkan. Aki kering biasanya mempunyai cranking ampere yang lebih kecil dibandingkan aki basah, akan tetapi suplai tegangan dan arusnya relatif stabil dan konsisten. Itu sebabnya perangkat audio mobil banyak menggunakan aki kering. Pemakaian dari aki itu sendiri apakah untuk kebutuhan rutin yang sering dipakai ataukah cuma sebagai back-up saja. Aki basah, tegangan dan kapasitasnya akan menurun bila disimpan lama tanpa recharge, sedangkan aki kering relatif stabil bila di simpan untuk jangka waktu lama tanpa recharge. Harga karena aki kering mempunyai banyak keunggulan maka harganya pun jauh lebih mahal daripada aki basah. Untuk menjembatani rentang harga yang jauh maka produsen aki juga memproduksi jenis aki kalsium (calcium battery) yang harganya diantara keduanya. Secara garis besar, battery dibedakan berdasarkan aplikasi dan konstruksinya. Berdasarkan aplikasi maka battery dibedakan untuk automotif, marine dan deep cycle. Deep cycle itu meliputi battery yang biasa digunakan untuk PV ( Photo Voltaic ) dan back up power. Sedangkan secara konstruksi maka battery dibedakan menjadi type basah, gel dan AGM ( Absorbed Glass Mat ). Battery jenis AGM biasanya juga dikenal dgn VRLA ( Valve Regulated Lead Acid ). Battery kering Deep Cycle juga dirancang untuk menghasilkan tegangan yang stabil dan konsisten. Penurunan kemampuannya tidak lebih dari 1-2% per bulan tanpa perlu dicharge. Bandingkan dengan battery konvensional yang bisa mencapai 2% per minggu untuk self discharge. Konsekuensinya untuk charging pengisian arus ke dalam battery Deep Cycle harus lebih kecil dibandingkan battery konvensional sehingga butuh waktu yang lebih lama untuk mengisi muatannya. Antara type gel dan AGM hampir mirip hanya saja battery AGM Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 12

16 mempunyai semua kelebihan yang dimiliki type gel tanpa memiliki kekurangannya. Kekurangan type Gel adalah pada waktu dicharge maka tegangannya harus 20% lebih rendah dari battery type AGM ataupun basah. Bila overcharged maka akan timbul rongga di dalam gelnya yg sulit diperbaiki sehingga berkurang kapasitas muatannya. Karena tidak ada cairan yang dapat membeku maupun mengembang, membuat battery Deep Cycle tahan terhadap cuaca ekstrim yang membekukan. Itulah sebabnya mengapa pada cuaca dingin yang ekstrim, kendaraan yang menggunakan baterai konvensional tidak dapat distart alias mogok. Ada 2 rating untuk battery yaitu CCA dan RC. CCA ( Cold Cranking Ampere ) menunjukkan seberapa besar arus yang dapat dikeluarkan serentak selama 30 detik pada titik beku air yaitu 0 derajad Celcius. RC ( Reserve Capacity ) menunjukkan berapa lama ( dalam menit ) battery tersebut dapat menyalurkan arus sebesar 25A sambil tetap menjaga tegangannya di atas 10,5 Volt. Battery Deep Cycle mempunyai 2-3 kali lipat nilai RC dibandingkan battery konvensional. Umur battery AGM rata-rata antara 5-8 tahun. 4. JENIS SISTEM PLTS 4.1. STAND ALONE PHOTOVOLTAIC Stand Alone PV system atau Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Terpusat (PLTS- Terpusat) merupakan sistem pembangkit listrik alternatif untuk daerah-daerah terpencil/pedesaan yang tidak terjangkau oleh jaringan PLN. Sistem PLTS Sistem Terpusat disebut juga Stand-Alone PV system yaitu sistem pembangkit listrik yang hanya mengandalkan energi matahari sebagai satu-satunya sumber energi utama dengan menggunakan rangkaian photovoltaic module untuk menghasilkan energi listrik sesuai dengan kebutuhan. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 13

17 Secara umum Konfigurasi PLTS Sistem Terpusat dapat dilihat seperti terlihat blok diagram dibawah : Gambar 7 Prinsip Kerja PLTS Terpusat Prinsip Kerja PLTS Sistem Terpusat dapat diuraikan sebagai berikut : Pada PLTS Sistem Terpusat ini, sumber energi energi listrik yang dihasilkan oleh Modul Surya (PV) pada siang hari akan disimpan dalam baterai. Proses pengisian energi listrik dari PV ke baterai diatur oleh Solar Charge kontroler agar tidak terjadi over charge. Besar energi yang dihasilkan oleh PV sangat tergantung kepada intensitas penyinaran matahari yang diterima oleh PV dan efisiensi cell. Intensitas matahari maksimum mencapai 1000 Watt/m2, dengan efisiensi cell 14% maka daya yang dapat dihasilkan oleh PV adalah sebesar 140 Watt/m2. Selanjutnya energi yang tersimpan dalam baterai digunakan untuk menyuplai beban melalui Inverter saat dibutuhkan. Inverter mengubah tegangan DC pada sisi baterai menjadi tegangan AC pada sisi beban. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 14

18 4.2. GRID CONNECTED PHOTOVOLTAIC SYSTEM Grid Connected PV System merupakan solusi Green Energy bagi penduduk perkotaan baik perumahan ataupun perkantoran. Sistem ini menggunakan Modul Surya (Photovoltaic Module) untuk menghasilkan listrik yang ramah lingkungan dan bebas emisi. Dengan adanya sistem ini akan mengurangi tagihan listrik rumah tangga, dan memberikan nilai tambah pada pemiliknya. Gambar 8 Prinsip Kerja PLTS On Grid Sesuai namanya, Grid Connected-PV, maka sistem ini akan tetap berhubungan dengan jaringan PLN dengan mengoptimalkan pemanfaatan Energi PV untuk menghasilkan energi listrik semaksimal mungkin. Pada siang hari, Modul Surya yang terpasang pada atap akan mengkonversi sinar matahari menjadi Energi listrik Arus Searah (DC). Selanjutnya sebuah komponen yang disebut Gridinverter merubah listrik arus searah (DC) dari PV menjadi listrik arus bolak-balik (AC) yang Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 15

19 kemudian dapat digunakan untuk mensuplai berbagai peralatan rumah tangga seperti Lampu, TV, Kulkas, Mesin Cuci, dll. Jadi pada siang hari, kebutuhan energi listrik berbagai peralatan disuplai langsung oleh Modul Surya. Jika pada kondisi ini terdapat kelebihan energi dari PV maka kelebihan energi ini dapat dijual ke PLN (tergantung kebijakan). Pada malam hari atau jika kondisi cuaca mendung maka peralatan akan disupport oleh jaringan PLN. Hal ini dimungkinkan karena sistem ini tetap terkoneksi dengan jaringan PLN. Ilustrasi penggunaan Grid Connected dapat dilihat pada grafik berikut : Gambar 9 Grafik Penggunaan Grid Connected Photovoltaic System Keuntungan menggunakan Energi Surya (Grid-Connected PV) : Mereduksi penggunaan bahan bakar fosil sehingga mengurangi polusi/emisi bahan bakar Bersih, tidak berisik, menggunakan energi gratis dari matahari sepanjang tahun Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 16

20 Tidak memerlukan biaya operasional sepeserpun Pengoperasian dan Perawatan sistem yang sangat mudah Membantu menstabilkan tegangan PLN pada sisi beban Membantu mengurangi biaya tagihan listrik bulanan Meningkatkan nilai prestise pada rumah/perkantoran Kelebihan Listrik yang dihasilkan PV dapat dijual kepada PLN (tergantung kebijakan) 4.3. GRID CONNECTED PHOTOVOLTAIC SYSTEM WITH BATTERY BACKUP Grid-connected PV with battery backup adalah solusi energi hijau untuk penduduk perkotaan baik perumahan, perkantoran, atau fasilitas publik. Sistem ini menggunakan Modul Surya (Photovoltaic Module) sebagai penghasil listrik yang ramah lingkungan dan bebas emisi. Dengan adanya sistem ini akan mengurangi tagihan listrik PLN dan sekaligus turut andil dalam penyelamatan lingkungan dengan pengurangan penggunaan bahan bakar fosil untuk pembangkitan energi listrik. Sistem ini juga berfungsi sebagai backup energi listrik untuk menjaga kontinuitas operasional peralatan-peralatan elektronik. Jika suatu saat terjadi kegagalan pada suplai listrik PLN (Pemadaman listrik) maka peralatan-peralatan elektronik dapat beroperasi secara normal dalam jangka waktu tertentu tanpa adanya gangguan. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 17

21 Gambar 10 Prinsip Kerja PLTS On Grid With Battery Backup Keuntungan : Menghasilkan energi listrik mandiri dan mengurangi tagihan listrik PLN anda Mereduksi penggunaan bahan bakar fosil sehingga mengurangi polusi/emisi bahan bakar Bersih, tidak berisik, menggunakan energi gratis dari matahari sepanjang tahun Menyediakan cadangan (backup) listrik untuk beban-beban peralatan penting apabila terjadi gangguan PLN pada periode waktu tertentu Meningkatkan nilai (prestise) pada bangunan/perusahaan anda. Tidak memerlukan biaya operasional yang besar (low maintenance) Pengoperasian dan Perawatan sistem yang sangat mudah Kelebihan energi listrik yang dihasilkan PV dapat dijual kepada PLN (tergantung kebijakan) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 18

22 4.4. HYBRID PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM Pengertian Hybrid pada tulisan ini adalah penggunaan 2 atau lebih pembangkit listrik dengan sumber energi yang berbeda, umumnya digunakan untuk captive genset,sehingga diperoleh sinergy yang memberikan keuntungan ekonomis maupun teknis(=keandalan system supply). Tujuan utama dari system hybrid pada dasarnya adalah berusaha menggabungkan dua atau lebih sumber energi (system pembangkit) sehingga dapat saling menutupi kelemahan masing-masing dan dapat dicapai keandalan supply dan efisiensi ekonomis pada type load (Load profile) tertentu. Type load (Load profile) adalah keyword penting dalam system hy brid. Untuk setiap load profile yang berbeda, akan diperlukan system hybrid dengan komposisi tertentu, agar dapat dicapai system yang optimum. Oleh karenanya, system design dan system sizing (lihat publikasi pt Azet tentang topik ini), memegang peranan penting untuk mencapai target dibuatnya system hybrid. Sebagai contoh, load profile yang relatif konstan selama 24 jam dapat dicatu secara efisien dan ekonomis oleh genset (dengan kapasitas yang sesuai), akan tetapi load profile dimana penggunaan listrik pada siang hari berbeda jauh dibandingkan dengan malam hari, akan membuat penggunaan genset saja tidak optimum. System Hybrid dapat melibatkan 2 atau lebih system pembangkit listrik, umumnya system pembangkit yang banyak digunakan untuk hybrid adalah genset, PLTS, mikrohydro, Tenaga Angin. Sehingga system hybrid bisa berarti PLTS-Genset, PLTS-Mikrohydro, PLTS-Tenaga Angin dst. Di indonesia system hybrid telah banyak digunakan, baik PLTSGenset, PLTS- Mikrohydro, maupun PLTS-Tenaga Angin-Mikro Hydro. Namun demikian hybrid PLTS- Genset yang paling banyak dipakai. Umumnya digunakan pada captive genset/isolated grid (stand alone genset, yakni genset yang tidak di interkoneksi). Tujuan dari Hybrid PV-Genset adalah mengkombinasikan keunggulan dari setiap pembangkit (dalam hal ini genset & PLTS) sekaligus menutupi kelemahan masing-masing pembangkit untuk kondisi-kondisi tertentu, sehingga secara keseluruhan system dapat beroperasi lebih ekonomis dan efisien. Photovoltaic memerlukan investasi awal yang besar tetapi tidak memerlukan operation & maintenance (O&M) cost, dan lebih murah untuk jangka panjang, oleh karenanya ideal untuk mencatu base load, yang umumnya tidak terlalu besar. Apabila digunakan untuk mencatu peak load, investasi awal yang dibutuhkan akan terlalu besar. Dilain pihak, Investasi awal genset tidak besar tetapi O&M cost tinggi dan mahal untuk jangka panjang, sehingga efektif dan efisien untuk mencatu load besar pada Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 19

23 saat peak load, tetapi tidak efisien pada base load, karena jauh dibawah kapasitas optimumnya. Kombinasi Hybrid PV-Genset akan mengurangi jam operasi genset (misalnya dari 24 jam per hari menjadi hanya 4 jam per hari pada saat peak load saja) sehingga biaya O&M dapat lebih efisien, sementara PLTS digunakan untuk mencatu base load, sehingga tidak dibutuhkan investasi awal yang besar. Dengan demikian Hybrid PV-Genset akan dapat menghemat O&M cost, mengurangi inefisiensi penggunaan genset, serta sekaligus menghindari kebutuhan investasi awal yang besar. a Konfigurasi Hybrid PV-Genset System Hybrid PV-Genset terdiri dari empat komponen utama, sebagai berikut : 1. Genset Membangkitkan listrik AC, untuk system hybrid umumnya dilengkapi dengan automatic starter, agar nyala-mati nya genset dapat diatur otomatis dari electronic controller. 2. PLTS (Photovoltaic) Mengkonversi sinar matahari menjadi listrik DC. Mengingat system hybrid menggunakan modul surya (Solar module/solar panel) dalam jumlah yang cukup banyak dan semuanya disambungkan baik seri maupun paralel, maka modul surya dengan kapasitas per panel yang besar (> 100 Wp/panel) lebih disukai, dengan demikian dapat mengurangi kebutuhan kabel koneksi. Listrik yang dihasilkan oleh modul surya, sebelum masuk ke jaringan distribusi dikonversi menjadi listrik AC (alternating current), oleh karena itu output dari solar modul diusahakan dengan voltage >12VDC (system voltage 48V ~ 120 VDC umum dipakai). Untuk kebutuhan ini, BP Solar mengeluarkan modul surya 160Wp dengan system voltage 24V DC, hal ini memudahkan koneksi untuk mengejar DC voltage yang tinggi. Koneksi seri/paralel antar modul surya juga disertai dengan diode-diode pengaman (Bypass Diode & Blocking Diode) untuk mencegah short circuit, hot spot, dan reverse current. 3. Electronic Controller/Bi directional Inverter Sering juga disebut sebagai power conditioner. Pada hakekatnya berfungsi sebagai : (a). Voltage conditioning sebelum di catu ke load, (b). Berfungsi sebagai inverter dengan mengkonversi listrik DC yang dihasilkan solar pv system menjadi listrik AC Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 20

24 yang akan dicatu ke load, (c). Berfungsi sebagai charger untuk mencharge battery dengan memanfaatkan kelebihan listrik dari genset, (d). Berfungsi mengatur charging battery dari solar module, (e). Mengatur dan mengelola pembangkit mana yang harus bekerja sesuai dengan kebutuhan load, termasuk mematikan dan menyalakan genset. 4. Battery Berfungsi sebagai buffer daya untuk mengatasi time lag antara dihasilkannya listrik oleh pembangkit (PV ataupun genset) dengan waktu digunakannya listrik oleh load. Ukuran battery yang dipakai sangat tergantung pada ukuran genset, ukuran solar panel, dan load pattern. Ukuran battery yang terlalu besar baik untuk efisiensi operasi tetapi mengakibatkan kebutuhan investasi yang terlalu besar, sebaliknya ukuran battery terlalu kecil dapat mengakibatkan tidak tertampungnya daya berlebih dari pembangkit dan genset terlalu sering menyala. System hybrid secara skematis disajikan pada diagram berikut ini : Gambar 11 Skema Hybrid Photovoltaic Power System Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 21

25 b Cara Kerja System Hybrid Terdapat beragam system hybrid, tergantung pada system design dan pilihan peralatan. Pada system hybrid tertentu, peralihan PLTS atau genset yang dioperasikan dilakukan secara manual. System ini tidak disarankan karena sangat tergantung pada ketelitian operator dalam mengamati perilaku load. System hybrid yang baik dilengkapi dengan automatic engine starter pada gensetnya dimana mati-hidupnya genset di atur secara elektronis. Perkembangan teknologi system control untuk hybrid sudah sangat baik akhirakhir ini. Apabila load dapat di catu oleh PLTS dan battery, maka SMD akan mengkonversi listrik DC dari PLTS atau battery menjadi listrik AC, lalu di catu ke jaringan. Apabila PLTS dan battery tidak mampu lagi mencatu load, maka genset akan di nyalakan untuk membantu mencatu listrik. Tergantung pada system sizing dan system designnya, hal ini berarti pada dasarnya base load akan dicatu oleh PLTS (dan battery), sedangkan peak load akan dicatu oleh genset. Battery akan di isi (charge) oleh dua sumber, yakni PLTS pada siang hari, dan genset yang berasal dari daya berlebih (excessive power) pada saat genset mencatu peak load, yakni ketika peak load mulai menurun (dan genset masih menyala). Perilaku hybrid tersebut di atas dapat di set pada SMD, dan dasar set up nya adalah pada saat penentuan system sizing dan system design berdasarkan data load profile. Oleh Battery Modul Surya SMD (Solar Mains Diesel) Controller, Bi-directional Inverter Jaringan Distribusi Genset karena itu, seperti telah dijelaskan di bab sebelumnya, load profile sangat menentukan perilaku system hybrid dalam mencatu listrik. Apabila system sizing dan system designya tidak baik, genset dapat sering menyala atau menyala pada jam-jam yang tidak diinginkan (misalnya tengah malam), sehingga persediaan BBM tidak dapat diprediksi. Hal ini akan menjadi masalah besar apabila system hybrid di tempatkan di wilayah dimana supply BBM relatif sulit. c System Sizing dan Design System sizing adalah proses menentukan kapasitas (ukuran) system berdasarkan load profile yang ingin di catu dengan memperhatikan kemampuan output masingmasing pembangkit. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 22

26 System Design adalah proses menentukan design peralatan yang akan dipakai agar dapat dicapai tujuan yang telah ditetapkan, dan agar peralatan satu dengan lainnya dapat berinteraksi dengan baik. Sebagai contoh, system hybrid dapat saja menggunakan genset dengan manual starter atau automatic starter, dan genset manapun yang dipilih maka harus disesuaikan dengan system control yang akan dipakai. System Hybrid yang digunakan pada jaringan captive genset/isolated genset (off grid system), dapat juga dilengkapi dengan system pra bayar, dimana masyarakat dapat membeli listrik untuk kebutuhan satu minggu/bulan. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 23