Materi Sesi Info Listrik Tenaga Surya Politeknik Negeri Malang, Sabtu 12 November 2016 Presenter: Azhar Kamal
Pengantar Presentasi ini dipersiapkan oleh Azhar Kamal untuk acara Sesi Info Listrik Tenaga Surya yang diselenggarakan oleh AIQSC (Australia Indonesia Quality Solar Collaboration) dan IEC (Indonesia Environment-Energy Center) Dilarang menggunakan materi ini untuk tujuan komersial tanpa persetujuan Azhar Kamal melalui e-mail training@aiqsc.com Apabila anda membutuhkan informasi lebih lanjut atau jasa konsultasi mengenai listrik tenaga surya, hubungi kami di email training@aiqsc.com (c) Azhar Kamal 2
(c) Azhar Kamal 3
MATERI 1. Dasar PLTS Komponen utama PLTS 1. Solar Panel 2. Solar Charge Controller 3. Battery 4. Inverter 2. Jenis PLTS 1. PLTS Off Grid Wiring PLTS Off Grid Komponen PLTS Off Grid 2. PLTS ON Grid Wiring PLTS ON Grid 1 fasa Wiring PLTS ON Grid 3 fasa Komponen PLTS ON Grid 3. Rooftop Solar Panel 1. Apa itu Roftop Solar Panel 2. Hal-hal penting sebelum membangun Rooftop Solar Panel 3. Dasar mendesain Rooftop Solar Panel 4. Contoh mendesain Rooftop Solar Panel 5. Cara kerja Inverter untuk Rooftop Solar Panel 6. Perhitungan BEP Rooftop Solar Panel 7. Jam efektif PLTS 4. Mendesain PLTS Off Grid 1. Mendesain PJU dengan PLTS 2. Mendesain PLTS off grid skala menengah 10KWp (c) Azhar Kamal 4
1. Dasar PLTS Komponen Utama PLTS 1. Solar Panel 2. Solar Charge Controller 3. Battery 4. Inverter On Grid, Off Grid Off Grid Off Grid On Grid, Off Grid
1.1 Solar Panel Jenis Solar Panel Polycrystalline Monocrystalline Efisiensi Solar Panel Cell Efficiency Modul Efficiency Spesifikasi Teknis Solar Panel (c) Azhar Kamal 6
1.1 Solar Panel Monocrystalline Jenis Solar Panel Polycrystalline Monocrystalline Polycrystalline PERBEDAAN POLYCRYSTALLINE DAN MONOCRYSTALLINE 1. Proses Pembuatan Monocrystalline : single silicone crystall murni di buat dg proses Czochralski, proses yang rumit dan mahal Polycristalline : proses pembuatannya sederhana 2. Harga Monocrystalline : mahal Polycristalline : murah 3. Efek Panas Monocrystalline : Temp. coefficient tinggi, shg penurunan power pada setiap kenaikan temp juga tinggi Polycristalline : Temp. coefficient rendah, shg penurunan power pada setiap kenaikan temp juga tinggi 4. Efisiensi Monocrystalline : efisiensi tinggi, Polycrystalline : efisiensi rendah 5. Dimensi / ukuran Monocrystalline : kecil Polycristalline : besar Perbandingan Harga Efisiensi Panas Dimensi/ukuran : Polycrystalline : Monocrystalline : Polycrystalline : Monocrystalline (c) Azhar Kamal 7
1.1 Solar Panel Efisiensi Solar Panel - Cell Efficiency - Modul Efficiency Mono Poly (c) Azhar Kamal 8
1.1 Solar Panel Efisiensi Solar Panel - Cell Efficiency - Modul Efficiency MONO POLY (c) Azhar Kamal 9
1.1 Solar Panel Spesifikasi Teknis Solar Panel (c) Azhar Kamal 10
1.1 Solar Panel Spesifikasi Teknis Solar Panel Open-circuit Voltage Short-circuit Current + - + - Amperemeter Clamp Solar panel Voltmeter Solar panel Masing2 terminal + dan diukur tegangannya dengan Voltmeter arus listrik = 0 A Terminal + dan di sambungkan Dan diukur arus yang mengalir tegangan listrik = 0V (c) Azhar Kamal 11
1.1 Solar Panel Spesifikasi Teknis Solar Panel -Degradasi Output Power setelah 10 tahun tidak lebih dari 10% -Degradasi Output Power setelah 25 tahun tidak lebih dari 20% (c) Azhar Kamal 12
1.2 Solar Charge Controller Alat yang berfungsi untuk mengubah tegangan DC solar panel menjadi tegangan DC battery, dan sekaligus mengatur pengisian energi dari solar panel ke battery serta mengatur penggunaan Energi dari battery ke beban. (c) Azhar Kamal 13
1.2 Solar Charge Controller Metoda Kerja Solar Charge Controller - PWM (Pulse Width Modulation) : harga murah, efisiensi konversi energi nya rendah - MPPT (Maximum Power Point Tracker) : harga mahal, efisiensi konversi energi nya tinggi (c) Azhar Kamal 14
1.2 Solar Charge Controller Solar Charge Controller 100Wp V : 17.5V I : 5.71A Solar Panel output input Battery 12V dengan metoda PWM Input : Output V = 17.5V V = 13.5 V I = 5.71 A I = 5.71 A E = 100W E = 77.09 W dengan metoda MPPT Input : Output V = 17.5V V = 13.5V I = 5.71 A I =.? E = 100W E =.? Energi Input = Energi Output 17.5V X 5.71A = 13.5V X I output I output = 7.41 A (c) Azhar Kamal 15
1.2 Solar Charge Controller Spesifikasi Solar Charge Controller 12V Sistem Battery 12V 12V 12V Sistem Battery 24V 12V 12V 12V 12V Sistem Battery 48V (c) Azhar Kamal 16
1.3 Battery Battery adalah peralatan untuk menyimpan energi. * Jenis battery saat ini digunakan untuk kebutuhan PLTS adalah - AGM battery, Deep Cycle VRLA - GEL Battery - Lithium * Jenis battery berdasarkan tegangan listrik, yang sering digunakan dalam PLTS - Battery dengan tegangan 12 V - Battery dengan tegangan 2 V (c) Azhar Kamal 17
1.3 Battery Spesifikasi Battery 12V 200AH Artinya : Battery memiliki kapasitas Energi sebesar 12V X 200AH = 2400 VAH = 2400 WH Dari kapasitas tersebut, -Battery bisa supply energi 2400W selama 1 Hour -Battery bisa supply energi 1200W selama 2 Hour -Battery bisa supply energi 600W selama 4 Hour -Battery bisa supply energi 240W selama 10 Hour (c) Azhar Kamal 18
1.3 Battery Cycle Battery Solar panel Solar charge controller charging charging Lampu Battery 1 cycle = 1 charging + 1 discharging discharging 12V discharging Solar panel Solar charge controller Lampu (c) Azhar Kamal 19 Battery
1.3 Battery Cycle Battery Umur battery ditentukan dari cycle pemakaian dan sangat bergantung pada DOD (Depth Of Discharge) Spesifikasi Battery dari salah satu maker battery Solar panel Solar charge controller 30W - Lampu 30 Watt dinyalakan selama 12 jam dari pukul 18:00 06:00 -Battery memiliki spesifikasi 12V 100AH Menghitung DOD Energi Lampu (beban) = 30Watt X 12 Hour = 360 WH Kapasitas energi Battery = 12V X 100AH = 1200WH Lampu DOD = Energi beban : Kapasitas Energi battery = 360 WH : 1200WH = 30% Battery 12V 100AH Dengan DOD = 30%, (lihat grafik di samping), Pada cycle ke 1500, kapasitas battery akan turun 60%. 1500 cycle = 4 tahun lebih (c) Azhar Kamal 20
1.4 INVERTER Inverter adalah alat yang fungsinya mengubah dari tegangan DC menjadi tegangan AC * Inverter untuk OFF Grid - Input : Battery DC 12V Battery DC 24V Battery DC 48V Battery DC 96V Battery DC 192V - Output : Tegangan AC 220V (1 fasa) Tegangan AC 380V (3 fasa) * Inverter untuk ON Grid - Input : Solar Panel (DC 100V 1000V) - Output : Tegangan AC 220V (1 fasa) Tegangan AC 380V (3 fasa) (c) Azhar Kamal 21
1.4 INVERTER Inverter untuk OFF Grid 8.3A DC12V / AC220V INVERTER 100W BEBAN 14.5A DC12V / AC220V INVERTER 700W BEBAN 12V 48V 25A DC12V / AC220V INVERTER 300W BEBAN Pure sine wave INVERTER 12V X modified sine wave 58A DC12V / AC220V 700W 12V INVERTER BEBAN P (daya) = Watt (W) V(tegangan) = Volt (V) I (arus) = Ampere (A) P = V * I (c) Azhar Kamal 22
1.4 INVERTER Inverter untuk OFF Grid (c) Azhar Kamal 23
1.4 INVERTER Inverter untuk ON Grid Fungsinya mengubah tegangan DC (tegangan solar panel) menjadi tegangan AC 220V (1 fasa) atau tegangan AC 380V (3 fasa). Output dari Inverter jenis ini mengikuti besaran dan frekuensi grid SOLAR PANEL INVERTER KWH meter EXIM DC AC 220V Ke Beban (c) Azhar Kamal 24
1.4 INVERTER Spesifikasi (c) Azhar Kamal 25
2. Jenis PLTS Jenis PLTS 1. PLTS Off Grid - Wiring PLTS Off Grid & Komponen - Aplikasi PLTS Off Grid 2. PLTS ON Grid - Wiring PLTS On Grid & Komponen - Aplikasi PLTS On Grid
2. 1. PLTS Off Grid Sistem PLTS off grid adalah sistem dimana pembangkitan bisa bekerja tanpa ada sumber listrik lain seperti sumber listrik dari jaringan PLN, Genset dll. Sistem OFF Grid menggunakan Battery untuk penyimpan Energi, sehingga sistem OFF Grid ini bisa beroperasi meskipun di saat tidak ada sinar matahari. Oleh karena itu sistem OFF GRID sangat cocok digunakan di daerah2 yang tidak ada jaringan listriknya sama sekali. (c) Azhar Kamal 27
2. 1 PLTS Off Grid Wiring PLTS Off Grid & Komponen SOLAR PANEL SOLAR CHARGE CONTROLLER DC BATTERY BANK DC INVERTER AC (c) Azhar Kamal 28
2. 1 PLTS Off Grid Aplikasi PLTS Off Grid PLTS jenis ini adalah PLTS yang independent, PLTS yang bisa berdiri sendiri. PLTS jenis ini banyak di gunakan pada : 1. PJU terpencil 2. BTS telekomunikasi di daerah terpencil 3. PLTS di daerah terpencil yang belum ada jaringan listrik kantor / asrama perusahaan tambang kantor / asrama perusahaan kelapa sawit resort di daerah terpencil 4. Back up sumber listrik (c) Azhar Kamal 29
2. 2. PLTS ON Grid Sistem PLTS on grid adalah Sistem dimana pembangkitan hanya bisa bekerja jika ada sumber listrik lain seperti jaringan PLN, Genset dll. Sistem ON GRID ini di tujukan untuk mereduksi penggunaan listrik dari jaringan utama (grid). Atau ditujukan untuk mensupply power ke Grid PLTS jenis ini banyak di gunakan pada : 1. Rumah tangga 2. Perkantoran 3. Pabrik 4. IPP (c) Azhar Kamal 30
2. 2 PLTS ON Grid Wiring PLTS ON Grid & Komponen Untuk 1 fasa SOLAR PANEL INVERTER 1 fasa KWH meter EXIM DC AC 220V Ke Beban (c) Azhar Kamal 31
2. 2 PLTS ON Grid Wiring PLTS ON Grid & Komponen Untuk 3 fasa SOLAR PANEL INVERTER 3 FASA KWH meter EXIM DC AC 3 FASA 380V Ke Beban (c) Azhar Kamal 32
2. 2 PLTS ON Grid 1 2..... 10 Wiring PLTS ON Grid & Komponen, Untuk 3 fasa Terdiri dari 5 Inverter (20KW) Masing2 Inverter dihubungkan dengan 250Wp solar panel 10 series dan 4 paralel (c) Azhar Kamal 33
3. Rooftop Solar Panel 1. Apa itu Rooftop Solar Panel 2. Hal-hal penting sebelum membangun Rooftop Solar Panel 3. Dasar mendesain Rooftop Solar Panel 4. Contoh mendesain Rooftop Solar Panel. 5. Cara Kerja Inverter untuk Rooftop Solar Panel 6. Perhitungan BEP Rooftop Solar Panel
3. 1. Apa itu Rooftop Solar Panel Solar panel yang dipasang di atas atap rumah dengan tujuan untuk menghasilkan energi listrik guna untuk mereduksi penggunaan listrik dari grid (jaringan utama / jaringan PLN) atau bahkan dengan tujuan untuk turut mensupply energi ke jaringan / grid (c) Azhar Kamal 35
3. 2. Hal-hal penting sebelum membangun Rooftop Solar Panel a. Pastikan bahwa beban listrik (lampu, kulkas, AC, pompa air, TV, mesin cuci, microwave dll) yang di gunakan adalah peralatan / beban listrik yang memiliki daya yang tidak boros - AC konvensional diganti AC inverter - Kulkas konvensional diganti Kulkas inverter - TV tabung, TV LCD di ganti TB LED - Lampu2 diganti LAMPU LED b. Harus mengetahui kebutuhan energi rata-rata per hari (satuan energi = KWH) (c) Azhar Kamal 36
3. 2. Hal-hal penting sebelum membangun Rooftop Solar Panel Cara menghitung kebutuhan energi rata-rata per hari 1. Catat hasil meteran KWH setiap hari dengan konsisten di jam yang sama Kurang lebih 2 minggu berturut-turut 2. Membuat list peralatan-peralatan listrik di rumah tangga dan menghitung secara manual. Contoh : a.tv 100 watt di nyalakan selama 8 jam, energi = 800W b. kulkas 100 watt di nyalakan selama 24 jam, energi = 2400 WH c. lampu 250 watt di nyalakan selama 6 jam, energi = 1500 WH d. AC 1500 watt di nyalakan selama 10 jam, energy = 15000 WH e.... f.... Total penggunaan energi tiap hari = 800Wh + 2400Wh + 1500Wh + 15000W +..+.. (c) Azhar Kamal 37
3. 3. Dasar mendesain Rooftop Solar Panel Tiga informasi penting sebelum mendesain Rooftop Solar Panel - Kebutuhan energi per hari (dalam KWH) - Daya maksimum kontrak dengan PLN (dalam Watt). 1300W, 2200Watt, 3500Watt, 5500Watt - Jaringan listrik 1 fasa atau 3 fasa (c) Azhar Kamal 38
3. 4. Contoh mendesain Rooftop Solar Panel Info dari Pengguna, - daya terpasang 2200Watt, - energi yang di gunakan tiap hari 15KWH, - dan menggunakan jaringan 1 phase. Solar Panel yang di perlukan adalah = konsumsi energi per hari (dalam WH) /4.5 (maksimum solar panel harus kurang dari atau sama dengan daya yang terpasang) Solar Panel yang di perlukan adalah = 15000 /4.5 = 3333 W (maksimum solar panel harus kurang dari atau sama dengan daya yang terpasang) Karena maksimum adalah 2200W, maka kita harus menggunakan 2200Wp (c) Azhar Kamal 39
3. 4. Contoh mendesain Rooftop Solar Panel Pemilihan Inverter -Inverter yang di pilih harus 1 fasa -Inverter harus mampu memberikan output daya 2200 Watt - Inverter harus mampu di berikan input energi dari solar panel sebanyak 2200 Watt (c) Azhar Kamal 40
3. 4. Contoh mendesain Rooftop Solar Panel Pemilihan ukuran solar panel dengan total 2200Wp Solar panel 275W sebanyak 8 buah Dihubungkan secara seri Total tegangan : 37.9V * 8 = 303.2V Total arus : 9.35A (c) Azhar Kamal 41
3. 4. Contoh mendesain Rooftop Solar Panel SOLAR PANEL 9.35 A 303.2 V INVERTER 2500VA KWH Meter EXIM 275Wp X 8 buah di hubungkan scr seri (c) Azhar Kamal 42
3. 4. Contoh mendesain Rooftop Solar Panel FAKTOR SAFETY KABEL 2.5 mm2 SOLAR PANEL 9.35 A 303.2 V INVERTER 2500VA KWH Meter EXIM KABEL 2.5 mm2 10 A 220 V Di Ground kan breaker breaker 10 A 220 V Di Ground kan breaker (c) Azhar Kamal 43
3. 5. Cara Kerja Inverter untuk Rooftop Solar Panel SOLAR PANEL 9.35 A 303.2 V INVERTER 2500VA KWH Meter EXIM 275Wp X 8 buah di hubungkan scr seri Cara kerja Inverter ON GRID Inverter mengubah tegangan DC dari solar panel ke tegangan AC dan sekaligus menyinkronkan tegangan GRID (dalam hal ini tegangan PLN), dan kemudian disalurkan ke beban. Energi yang di terima oleh solar panel akan di lanjutkan oleh inverter ke beban, jika beban membutuhkan. Jika energi yang di terima oleh solar panel ternyata lebih besar dari pada kebutuhan beban, maka energi yang lebih tersebut di kirim ke jaringan PLN, pada saat itulah Pelanggan mengalami surplus. Energi surplus ini di catat di KWH meter sebagai IMPORT energi. Jika energi yang di terima oleh solar panel ternyata kurang dari yang di perlukan oleh beban, maka kekurangan energi tersebut di supply oleh PLN, pada saat inilah Pelanggan mengalami minus. Energi minus ini di catat di KWH meter sebagai EXPORT energi. Inverter akan bekerja secara otomatis mengatur kebutuhan energi beban. (c) Azhar Kamal 44
3. 6. Perhitungan BEP Rooftop Solar Panel Contoh Kasus : Pemasangan Rooftop Solar Panel 5000Wp Biaya yang harus di keluarkan : - Solar Panel 5000Wp : 5000 X Rp 12.000 = Rp 60.000.000 - Inverter 5KVA 1 fasa : Rp 20.000.000 = Rp 20.000.000 - Kabel, MCB, grounding : Rp 2.000.000 = Rp 2.000.000 - Rangka penyangga : Rp 4.000.000 = Rp 4.000.000 TOTAL Rp 76.000.000 Manfaat yang di dapat : 5000 Watt solar panel akan menghasilkan energi listrik sebesar 5000W X 4.5 (jam efektif) = 22.500 WH = 22,5 KWH per hari jika di uangkan 22,5KWH X Rp 1410,12 = Rp 31.728 per hari BEP = 86.000.000 / 31.728 = 2710 hari = 7 tahun 5 bulan (c) Azhar Kamal 45
3. 7. Jam Efektif PLTS Energi yang di hasilkan pada hari tsb : 18,6 KWH, dan kapasitas solar panel yang di install adalah 4800 Wp, sehingga jam efektif bisa di dapat dari 18,6 KWH / 4,8 KW = 3,88. Rata-rata energi yang di hasilkan pada bulan April 2016 adalah 15,6 KWH, sehingga jam efektif PLTS pada bulan april adalah 15,6 KWH / 4,8KW = 3,25 jam (c) Azhar Kamal 46
3. 7. Jam Efektif PLTS Jam efektif PLTS selalu berubah-ubah, tidak ada kepastian. Nah inilah renewable energy, renewable energi tidak bisa di prediksikan value nya. Karena jam efektif PLTS selalu berubah-ubah tergantung lokasi dan kondisi, maka seorang desainer PLTS seharus nya memiliki data yang lengkap dan akurat mengenai jam efektif ini. Sebaiknya desainer PLTS menghitung jam efektif PLTS di angka minimum, apalagi untuk mendesain PLTS off grid, untuk menjaga kehandalan sistem yang di rancang. (c) Azhar Kamal 47
4. Mendesain PLTS Off Grid 1. Mendesain PJU dengan PLTS 2. Mendesain PLTS off grid skala menengah 10KWp
4.1 Mendesain PJU dengan PLTS Informasi : PJU menggunakan Lampu LED 60 Watt - Menghitung kebutuhan energi : (asumsi lampu PJU dinyalakan selama 12 jam) 60W * 12 H = 720 WH = 0,72 KWH - Menghitung kebutuhan solar panel : = konsumsi energi per hari / 3 (untuk desain off grid, jam efektif dibuat kecil) = 720 WH / 3H = 240 Wp = 2 X 120 Wp (menggunakan dua buah solar panel 120Wp) - Menghitung kapasitas battery : * kita desain dengan DOD 40% = kebutuhan energy / 40% = 720 WH / 0.4 = 1800 WH = 1800 VAH = 12V 150 AH = 2 X 12V 75AH (menggunakan dua buah battery 12V 75AH) (c) Azhar Kamal 49
4.1 Mendesain PJU dengan PLTS - Pemilihan Solar Charge Controller : - Mampu menerima daya listrik dari solar panel 240Wp (2 buah solar panel di seri, tegangan = 43V, arus = 7,65A) - Sistem battery 24V (2 buah battery) - Mampu mengalirkan arus keluaran dari battery = 60Watt / 24V = 2.5A - Mampu mengalirkan arus charging dari solar panel =7,65A arus charging max : 7,65A arus discharging : 2,5A max 7,65A max 7,65A 2,5 A (c) Azhar Kamal 50
4.2 Mendesain PLTS off grid skala menengah Informasi : Kebutuhan energi per hari 36 KWH AC 220V 1 fasa Daya maksimum 5000 Watt - Menghitung kebutuhan solar panel : = konsumsi energi per hari / 3 (untuk desain off grid, jam efektif dibuat kecil) = 36 KWH / 3H = 12.000 Wp = 48 X 250 Wp - Menghitung kapasitas battery : * kita desain dengan DOD 40% = kebutuhan energy / 40% = 36000 WH / 0.4 = 90.000 WH (c) Azhar Kamal 51
4.2 Mendesain PLTS off grid skala menengah - Menghitung kapasitas battery : * kita desain dengan DOD 40% = kebutuhan energy / 40% = 36000 WH / 0.4 = 90.000 WH = 90.000 WH = 4 X 12V X 1875AH (battery 12V 1875AH tidak ada) = 90.000 WH = 4 X 12X 1875AH = 4 X 8 X 12V 230AH (4 seri, 8 parallel) = 24 X 2V X 1875AH (battery 2V 1875 tidak ada, tetapi 2V 2000AH ada = 24 X 2V X 2000AH (menggunakan 24 buah battery 2V 2000AH) (c) Azhar Kamal 52
4.2 Mendesain PLTS off grid skala menengah - Pemilihan Solar Charge Controller : - Mampu menerima daya listrik dari solar panel 12.000 Wp Solar panel dibagi menjadi 2 area, masing2 24 buah 250Wp - Sistem battery 48V (24 buah battery seri 2V 2000AH) (c) Azhar Kamal 53
4.2 Mendesain PLTS off grid skala menengah 250Wp, dihubungkan seri hingga 12 pcs 451V 8,92A 451V 8,92A Output AC 220V 250Wp, dihubungkan seri hingga 12 pcs 451V 8,92A 451V 8,92A Output AC 220V AC 220V Ke beban DC 48V 2000AH 1 2 3 24... (c) Azhar Kamal 54
2. 2 PLTS ON Grid Wiring PLTS ON Grid & Komponen SOLAR PANEL DC SOLAR PANEL INVERTER 1 fasa KWH meter EXIM AC 220V Ke Beban (c) Azhar Kamal 55