ANALISIS PELUANG PENGHEMATAN EKONOMI SISTEM FOTOVOLTAIK TERHUBUNG JARINGAN LISTRIK PADA KAWASAN PERUMAHAN DI KOTA PANGKAL PINANG Wahri Sunanda, Rika Favoria Gusa Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Bangka Belitung E-mail: wahrisunanda@gmail.com ABSTRAK Energi listrik merupakan salahsatu kebutuhan penting bagi masyarakat sejalan dengan semakin meningkatnya jumlah penduduk dan kegiatan pembangunan di segala bidang. Penggunaan listrik PLN yang dipadukan dengan sistem fotovoltaik dapat membantu pemenuhan energi listrik terutama apabila diterapkan pada rumah tangga yang merupakan konsumen energi listrik terbesar. Kaitannya dengan hal tersebut, penelitian ini bertujuan untuk memperoleh rancangan sistem fotovoltaik terhubung jaringan listrik PLN pada rumah tangga di kota Pangkalpinang serta mengetahui peluang penghematan ekonomi dari pemasangan sistem fotovoltaik tersebut. Dari data konsumsi listrik rumah tangga dengan daya terpasang 1300 VA dan 2200 VA di kota Pangkalpinang selama 1 tahun, ditentukan beban harian sistem fotovoltaik dengan tiga variasi yaitu 40%, 30% dan 20% dari nilai ratarata konsumsi listrik harian rumah tangga. Setelah memperoleh konfigurasi sistem, dilakukan perhitungan biaya investasi, biaya penggantian komponen selama lifetime sistem (25 tahun) dan biaya konsumsi listrik yang masih harus dibayar ke PLN selama lifetime sistem. Selanjutnya total biaya tersebut dibandingkan dengan biaya konsumsi listrik rumah tanpa fotovoltaik selama 25 tahun. Diperoleh bahwa belum ada peluang penghematan ekonomi untuk sistem fotovoltaik terhubung jaringan listrik PLN baik pada rumah dengan daya terpasang 1300 VA maupun 2200 VA di kota Pangkalpinang. Dari beberapa variasi beban harian sistem fotovoltaik, yang paling ekonomis ialah beban harian sebesar 20% dari rata-rata konsumsi listrik harian rumah tangga. Biaya konsumsi listrik untuk sistem fotovoltaik terhubung jaringan PLN dengan beban harian sebesar 20% dari rata-rata konsumsi listrik harian rumah tangga lebih mahal Rp 21.814 - Rp 35.885 per bulan bila dibandingkan dengan biaya konsumsi listrik per bulan untuk rumah tanpa fotovoltaik. Kata kunci: fotovoltaik, jaringan listrik, rumah tangga, peluang penghematan ekonomi PENDAHULUAN Dewasa ini, listrik telah menjadi salahsatu kebutuhan penting bagi masyarakat sejalan dengan semakin meningkatnya jumlah penduduk dan kegiatan pembangunan di segala bidang. Di Indonesia, masalah ketenagalistrikan ditangani oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN). PLN mempunyai 5 jenis pelanggan yaitu rumah tangga, industri, kantor-kantor pemerintah, unit bisnis dan bangunan sosial. Untuk Provinsi Kepulauan Bangka Belitung, pada tahun 2014 menurut data statistik PT. PLN (Persero), jumlah pelanggan rumah tangga sebanyak 314.399, sektor industri sejumlah 215 pelanggan, kantor-kantor pemerintah ISBN: 979-587-617-1 23
sejumlah 2.670 pelanggan, unit bisnis sejumlah 16.505 pelanggan, dan sektor sosial sejumlah 5.197 pelanggan. Untuk memenuhi kebutuhan listrik tersebut, PT. PLN (Persero) Wilayah Bangka Belitung telah mendirikan PLTU Air Anyir dengan kapasitas 2 x 30 MVA. Namun optimalisasi dari keberadaan pembangkit energi listrik yang berbasis batubara ini belum dirasakan signifikan, dikarenakan masih terdapat berbagai kendala teknis operasional. Oleh karenanya, perlu adanya diversifikasi sumber energi terutama berbasis energi terbarukan dalam rangka pemenuhan kebutuhan energi listrik, sehingga ketergantungan terhadap energi fosil dapat berkurang. Salahsatu yang menjadi perhatian adalah pemanfaatan fotovoltaik atau teknologi sel surya sebagai sumber energi listrik. Teknologi sel surya dapat diterapkan di Indonesia karena sinar matahari diterima hampir sepanjang tahun. Dengan sel surya, sinar matahari tersebut diubah menjadi arus listrik. Penggunaan energi listrik PLN yang dipadukan dengan sistem fotovoltaik dapat membantu mengatasi masalah ketenagalistrikan. Terutama apabila diterapkan pada rumah tangga karena sektor ini merupakan konsumen energi listrik terbesar. Beberapa penelitian terkait pemanfaatan fotovoltaik untuk membantu pemenuhan kebutuhan energi listrik pada rumah tangga telah dilakukan, diantaranya perancangan sistem hibrid Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dengan jala-jala listrik PLN untuk rumah perkotaan yang menggunakan baterai sebagai penyimpan energi listrik (storage system); PLTS memasok energi listrik sekitar 30% dari beban keseluruhan peralatan listrik rumah tangga, sedangkan 70% listrik sisanya dari PLN [1], perencanaan PLTS dengan baterai sebagai media penyimpan energi listrik untuk 10 rumah pada kompleks perumahan di Banda Aceh [2], pembuatan konsep pengaturan aliran daya untuk PLTS tersambung ke sistem grid pada rumah tinggal; grid menjadi penyimpan atau pemberi pinjaman sementara untuk pemenuhan permintaan beban sehingga hanya diperlukan biaya investasi dari sistem PLTS tanpa baterai dan biaya sewa jaringan di sistem rumah tinggal dengan PLTS [3]. Dalam penelitian-penelitian yang telah disebutkan, tidak dilakukan kajian/analisis ekonomi terhadap sistem fotovoltaik yang dirancang/dibuat. Dalam tulisan ini diajukan suatu skema rancangan sistem pemenuhan energi listrik dengan perpaduan listrik dari PLN dan fotovoltaik untuk rumah tangga di kota Pangkalpinang sebagai ibukota Provinsi Kepulauan Bangka Belitung. Selain itu, juga diberikan analisis untuk mengetahui kelayakan dan peluang penghematan ekonomi dari sistem fotovoltaik terhubungan jaringan listrik PLN tersebut melalui perhitungan biaya investasi, biaya penggantian komponen selama lifetime dan biaya konsumsi energi listrik yang masih harus dibayar ke PLN selama lifetime sistem. METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan dengan tahapan-tahapan sebagai berikut: Tahap pertama yaitu pengumpulan data konsumsi energi listrik rumah tangga di kota Pangkalpinang dengan daya terpasang 1300 VA (30 rumah) dan 2200 VA (30 rumah), data intensitas matahari di Pangkalpinang serta data spesifikasi dan harga komponen sistem fotovoltaik (modul, inverter). Data konsumsi energi listrik rumah tangga diperoleh dari PLN Area Bangka. Tahap kedua yaitu pengolahan data konsumsi energi listrik rumah tangga. Data yang diperoleh masih berupa data bulanan selama 1 tahun (bulan April 2015 sampai dengan bulan Maret 2016). Untuk itu, dihitung nilai rata-rata konsumsi listrik hariannya untuk dapat ISBN: 979-587-617-1 24
menentukan beban harian sistem fotovoltaik terhubung jaringan listrik PLN. Beban harian sistem fotovoltaik yang dirancang divariasikan menjadi tiga yaitu 40%, 30% dan 20% dari nilai rata-rata konsumsi listrik harian rumah tangga. Tahap ketiga yaitu perancangan sistem fotovoltaik terhubung jaringan pada rumah tangga. Dalam hal ini, dihitung jumlah modul surya dan kapasitas daya grid tie inverter yang diperlukan untuk memenuhi beban harian sistem fotovoltaik. Perhitungan menggunakan persamaan (1) dan (2) [4]. (1) (2) Tahap keempat yaitu analisis ekonomi terhadap sistem fotovoltaik yang dirancang dengan cara melakukan perhitungan biaya total yang terdiri dari biaya investasi, biaya penggantian komponen selama lifetime sistem (25 tahun) dan biaya konsumsi listrik yang masih harus dibayar ke PLN selama lifetime sistem, kemudian membandingkan total biaya tersebut dengan biaya konsumsi listrik rumah tanpa fotovoltaik selama 25 tahun. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kelayakan dan peluang penghematan ekonomi dari pemanfaatan sistem fotovoltaik pada rumah tangga yang telah terhubung dengan jaringan listrik PLN. Untuk perhitungan biaya penggantian komponen selama lifetime sistem fotovoltaik, diasumsikan terjadi penurunan harga komponen (8% - 15% per tahun) sebagai akibat dari perkembangan teknologi dan industri yang menyebabkan biaya produksi menurun [5]. Diasumsikan pula biaya konsumsi listrik rumah tangga yang harus dibayarkan ke PLN tetap selama lifetime sistem karena kenaikan tarif listrik tiap tahun tidak terlalu signifikan [6]. Gambar 1. Diagram alir tahapan penelitian ISBN: 979-587-617-1 25
HASIL PEMBAHASAN Untuk menentukan beban harian sistem fotovoltaik terhubung jaringan listrik PLN, dilakukan pengolahan data konsumsi energi listrik bulanan selama 1 tahun (April 2015 - Maret 2016) pada 30 rumah dengan daya terpasang 1300 VA dan 30 rumah dengan daya terpasang 2200 VA. Dari data konsumsi listrik bulanan tersebut, dihitung nilai konsumsi listrik harian rata-ratanya. Diperoleh nilai rata-rata konsumsi listrik harian rumah tangga dengan daya terpasang 1300 VA sebesar 9,51 kwh dan rata-rata konsumsi listrik harian rumah tangga dengan daya terpasang 2200 VA sebesar 14,68 kwh. Nilai rata-rata tersebut yang kemudian digunakan untuk menentukan beban harian sistem fotovoltaik terhubung jaringan pada rumah tangga. Jumlah beban harian sistem fotovoltaik divariasikan menjadi tiga yaitu 40%, 30% dan 20% dari nilai rata-rata konsumsi listrik harian rumah tangga. Variasi jumlah beban harian sistem fotovoltaik dapat dilihat dalam Tabel 1. Tabel 1. Jumlah beban harian sistem fotovoltaik Kapasitas Daya Terpasang 1300 VA 9,51 kwh 2200 VA 14,68 kwh Rata-Rata Konsumsi Listrik Harian Variasi Persentase Beban Harian Sistem 40% 3,800 kwh 30% 2,850 kwh 20% 1,902 kwh 40% 5,870 kwh 30% 4,400 kwh 20% 2,936 kwh Jumlah Beban Harian Sistem Setelah menentukan jumlah beban harian sistem fotovoltaik, dilakukan perancangan menggunakan data berikut: 1. Modul surya monokristalin dengan spesifikasi [8]: Daya puncak (P max) = 200 Wp Vmp = 37,8 V; Voc = 44,8 V Imp = 5,31 A; Isc = 5,75 A Dimensi = 158 x 80,8 x 4,5 cm 2. Nilai rata-rata intensitas matahari di kota Pangkalpinang ialah 378,06 W/m 2 (diperoleh dari HOMER). 3. Faktor kerugian (losses) yang terjadi pada modul akibat pengaruh temperatur dan kondisi permukaan = 0,8 (80 %) [7]. 4. Efisiensi inverter = 80 % - 95 % [4]. Diasumsikan nilainya = 90 %. 5. Lama penyinaran = 5 jam Dari data di atas, maka dapat dihitung η (efisiensi) sistem = faktor losses modul x η inv = 80 % x 90 % = 72 % = 0,72 Jumlah modul surya dan kapasitas daya grid tie inverter yang diperlukan dihitung menggunakan persamaan (1) dan (2). Hasil perhitungan semua variasi jumlah beban harian sistem fotovoltaik untuk rumah dengan daya terpasang 1300 VA dapat dilihat pada Tabel 2 sedangkan untuk rumah dengan daya terpasang 2200 VA dapat dilihat pada Tabel 3. ISBN: 979-587-617-1 26
Tabel 2. Sistem fotovoltaik untuk daya terpasang 1300 VA Variasi beban Jumlah beban harian sistem Jumlah modul Kapasitas Inverter 40% x nilai rata-rata konsumsi listrik harian 3,800 kwh 14 500 W, 24 V (2 unit) 30% x nilai rata-rata konsumsi listrik harian 2,850 kwh 11 1000 W, 24 V (1 unit) 20% x nilai rata-rata konsumsi listrik harian 1,902 kwh 7 500 W, 24 V (1 unit) Tabel 3. Sistem fotovoltaik untuk daya terpasang 2200 VA Variasi beban 40% x nilai rata-rata konsumsi listrik harian 30% x nilai rata-rata konsumsi listrik harian 20% x nilai rata-rata konsumsi listrik harian Jumlah beban harian sistem Jumlah modul Kapasitas Inverter 5,870 kwh 22 1000W, 24 V (1 unit) 600 W, 24 V (1 unit) 4,400 kwh 17 600 W, 24 V (2 unit) 2,936 kwh 11 1000 W, 24 V (1 unit) Setelah mengetahui jumlah komponen sistem fotovoltaik yang dibutuhkan, selanjutnya dilakukan perhitungan biaya investasi, biaya penggantian komponen selama lifetime dan biaya konsumsi listrik yang masih harus dibayar ke PLN selama lifetime sistem. Hasil perhitungan biaya total untuk sistem fotovoltaik terhubung jaringan pada rumah dengan daya terpasang 1300 VA dapat dilihat pada Tabel 4 sedangkan untuk sistem fotovoltaik terhubung jaringan pada rumah dengan daya terpasang 2200 VA dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 4. Biaya total sistem fotovoltaik terhubung jaringan listrik PLN pada rumah dengan daya terpasang 1300 VA Komponen Biaya (Rp) Biaya investasi Jumlah beban harian sistem fotovoltaik (kwh) 3,800 2,850 1,902 Modul surya (@Rp3.300.000) 46.200.000 36.300.000 23.100.000 Inverter 3.250.000 2.450.000 1.625.000 Biaya lainnya (asumsi 20% dari biaya komponen utama) 9.890.000 7.750.000 4.945.000 Jumlah biaya investasi 59.340.000 46.500.000 29.670.000 Biaya penggantian komponen Inverter (lifespan 10 tahun) 2.025.016 1.526.550 1.012.508 Jumlah biaya penggantian 2.025.016 1.526.550 1.012.508 Biaya konsumsi listrik PLN ISBN: 979-587-617-1 27
Biaya selama 25 tahun (Rp1.410,12/kWh) 72.466.067 84.522.593 96.553.737 Jumlah biaya konsumsi listrik PLN 72.466.067 84.522.593 96.553.737 Total Biaya 133.831.083 132.549.143 127.236.245 Diketahui dari Tabel 4, biaya total selama lifetime sistem (25 tahun) yang terkecil adalah Rp 127.236.245 untuk memenuhi beban harian 1,902 kwh (20% dari rata-rata konsumsi listrik harian rumah tangga). Biaya total terkecil ini masih lebih besar jika dibandingkan dengan biaya konsumsi listrik rumah tangga selama 25 tahun yang keseluruhan kebutuhan listriknya dipenuhi oleh PLN yaitu sebesar Rp 120.692.171. Bila dihitung biaya per bulannya, maka biaya konsumsi listrik untuk sistem fotovoltaik terhubung jaringan listrik PLN (beban 1,902 kwh) ini lebih mahal Rp 21.814. Tabel 5. Biaya total sistem fotovoltaik terhubung jaringan listrik PLN pada rumah dengan daya terpasang 2200 VA Komponen Biaya (Rp) Biaya investasi Jumlah beban harian sistem fotovoltaik (kwh) 5,870 4,400 2,936 Modul surya (@Rp3.300.000) 72.600.000 56.100.000 36.300.000 Inverter 4.435.000 3.970.000 2.450.000 Biaya lainnya (asumsi 20% dari biaya komponen utama) 15.407.000 12.014.000 7.750.000 Jumlah biaya investasi 92.442.000 72.084.000 46.500.000 Biaya penggantian komponen Inverter (lifespan 10 tahun) 2.763.368 2.473.635 1.526.550 Jumlah biaya penggantian 2.763.368 2.473.635 1.526.550 Biaya konsumsi listrik PLN Biaya selama 25 tahun (Rp1.410,12/kWh) 111.808.415 130.464.302 149.044.044 Jumlah biaya konsumsi listrik PLN 111.808.415 130.464.302 149.044.044 Total Biaya 207.013.783 205.021.937 197.070.594 Untuk rumah dengan daya terpasang 2200 VA, Tabel 5 menunjukkan bahwa biaya total selama lifetime sistem (25 tahun) yang terkecil adalah Rp 197.070.594 untuk memenuhi beban harian 2,936 kwh (20% dari rata-rata konsumsi listrik harian rumah tangga). Biaya total terkecil ini masih lebih besar jika dibandingkan dengan biaya konsumsi listrik rumah tangga selama 25 tahun yang keseluruhan kebutuhan listriknya dipenuhi oleh PLN yaitu sebesar Rp 186.305.054. Bila dihitung biaya per bulannya, maka biaya konsumsi listrik untuk sistem fotovoltaik terhubung jaringan listrik PLN (beban 2,936 kwh) ini lebih mahal Rp 35.885. Dari semua hasil perhitungan yang diperoleh, dapat diketahui bahwa belum ada peluang penghematan ekonomi untuk sistem fotovoltaik terhubung jaringan listrik PLN baik pada rumah dengan daya terpasang 1300 VA maupun rumah dengan daya terpasang 2200 VA. ISBN: 979-587-617-1 28
Akan tetapi, sistem fotovoltaik masih layak untuk diimplemetasikan pada rumah tangga yang telah terhubung jaringan listrik PLN dengan pertimbangan bahwa biaya per bulan yang dikeluarkan tidak terlalu jauh berbeda (hanya sedikit lebih mahal) dibandingkan dengan biaya per bulan yang harus dibayarkan ke PLN jika tidak ada fotovoltaik. Sistem fotovoltaik juga dapat dipertimbangkan untuk diimplementasikan pada rumah yang sering mengalami pemadaman listrik PLN terutama pada siang hari. KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan, diketahui bahwa belum ada peluang penghematan ekonomi untuk sistem fotovoltaik terhubung jaringan listrik PLN baik pada rumah dengan daya terpasang 1300 VA maupun rumah dengan daya terpasang 2200 VA di kota Pangkalpinang. Dari beberapa variasi beban harian sistem fotovoltaik tersebut, yang paling ekonomis ialah beban harian sebesar 20% dari rata-rata konsumsi listrik harian rumah tangga. Untuk beban harian sistem fotovoltaik sebesar 1,902 kwh pada rumah dengan daya terpasang 1300 VA dibutuhkan 7 modul surya 200 Wp dan 1 unit inverter 500 W, 24 V. Dengan konfigurasi ini, diketahui bahwa biaya konsumsi listrik untuk sistem fotovoltaik terhubung jaringan listrik PLN dengan beban harian 1,902 kwh lebih mahal Rp 21.814/bulan bila dibandingkan dengan biaya konsumsi listrik per bulan untuk rumah tanpa fotovoltaik. Untuk beban harian sistem fotovoltaik sebesar 2,936 kwh pada rumah dengan daya terpasang 2200 VA dibutuhkan 11 modul surya 200 Wp dan 1 unit inverter 1000 W, 24 V. Dengan konfigurasi ini, diketahui bahwa biaya konsumsi listrik untuk sistem fotovoltaik terhubung jaringan listrik PLN dengan beban harian 2,936 kwh lebih mahal Rp 35.885/bulan bila dibandingkan dengan biaya konsumsi listrik per bulan untuk rumah tanpa fotovoltaik. REFERENSI [1] Bien, L. E. B. L. E., Kasim, I., Wibowo, W., 2008, Perancangan Sistem Hibrid Pembangkit Listrik Tenaga Surya dengan Jala-Jala Listrik PLN Untuk Rumah Perkotaan, Jurnal Teknik Elektro, Vol. 8, No 1, Universitas Trisakti, Jakarta. Suriadi, Syukri, M., 2010, Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Terpadu Menggunakan Software PVSYST Pada Komplek Perumahan di Banda Aceh, Jurnal Rekayasa Elektrika, Vol. 9, No. 2, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh. Kananda, K., Nazir, R., 2013, Konsep Pengaturan Aliran Daya Untuk PLTS Tersambung Ke Sistem Grid Pada Rumah Tinggal, Jurnal Nasional Teknik Elektro,Vol. 2, No. 2, Universitas Andalas, Padang. Buresch, M., 1983, Photovoltaic Energy Systems, Design and Installation, McGraw-Hill, Inc., New York. Parkinson, G., 2015, Cost Reduction (Example:USA), http://reneweconomy.com.au, diakses tanggal 6 September 2016. Anonim, 2016, Tarif Tenaga Listrik, www.pln.co.id, diakses tanggal 18 Agustus 2016. Djojodihardjo, H., 2001, Pengantar Ringkas Sistem Listrik Tenaga Surya, Institut Teknologi Bandung, Bandung. Anonim, 2016, Electrical Characteristic of PV Module, www.anekapanel.com, diakses ISBN: 979-587-617-1 29
tanggal 20 Juli 2016. ISBN: 979-587-617-1 30