Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Di Desa Masakambing

 I. Pendahuluan

Indonesia adalah negara yang mempunyai sumber daya alam yang melimpah, termasuk didalamnya sumber energi listrik yang melimpah, baik energi yang dapat diperbaharui maupun energi yang tidak dapat diperbaharui. Energi yang tidak dapat diperbaharui misalnya batu bara, minyak bumi, dan gas alam. Enegi yang dapat diperbaharui misalnya angin, air, gelombang laut, surya, dan lain-lain. Energi-energi tersebut dapat dikonversi menjadi energi listrik sehingga dapat bermanfaat bagi kehidupan manusia dan energi-energi tersebut melimpah ruah di negara Indonesia.

Listrik adalah kebutuhan primer, kenapa demikian ? karena di zaman modern ini tidak akan bisa bergerak maju ataupun mundur tanpa adanya listrik yang membantu pergerakan tersebut artinya manusia tidak akan bisa hidup tanpa listrik. Pada dasarnya listrik bersumber dari suatu pembangkit listrik atau yang biasa disebut power plant. Dibagian Power plant inilah pusat pengkoversi energi gerak menjadi listrik. Ada banyak pembangkit listrik yang ada di Indonesia diantaranya PLTU, PLTGU, PLTA, PLTD dan lain-lain. Pembangkit listrik paling banyak memberikan sumbangan listrik Indonesia adalah pembangkit listrik yang berasal dari energi yang tidak dapat diperbaharui yaitu PLTU, PLTGU dan PLTD. Sedangkan kita tahu bahwa BBM dan batu bara sudah mulai menipis dan bahkan sudah diprediksi akan habis 10 tahun lagi (BBM) dan 40 tahun lagi (batu bara) artinya harus segera dipikirkan pembangkit listrik yang tidak ada habisnya seperti PLTS, PLTH, PLTMH dan lain-lain.

Pembangkit listrik di Indonesia memang banyak tetapi tidak semua rakyat Indonesia dapat menikmatinya (listrik tidak merata). Menurut survey keadaan listrik yang paling stabil di Indonesia adalah daerah jawa, namun masih ada pulau-pulau yang ada di daerah jawa keadaan listriknya belum stabil misalnya pulau masakambing. Pulau tersebut ada di kabupaten sumenep kecamatan masalembu yang berjarak 150 mil atau sekitar 14 jam perjalanan dari kalinget – malembu. Pertanyaannya bagaimana sih keadaan listrik di pulau tersebut . . . . ?

Pulau masakambing adalah pulau yang ada di tengah-tengah Indonesia, sebelah utaranya ada Kalimantan, sebelah selatannya ada jawa, sebelah timurnya ada sulawesi dan sebelah baratnya ada Sumatra atau penulis menyebutnya the middle of indonesia. Selain itu pulau ini juga diapit oleh pulau masalembu dan pulau keramaian. Jumlah penduduknya sekitar 700 orang yang sebagian besar bekerja sebagai nelayan. Pembangkit listrik di pulau ini adalah pembangkit listrik tenaga diesel (PLTD) yang beroperasi dari jam 18.00 s/d 22.00. Operasi PLTD di pulau masakambing sangat singkat hanya berkisar 4 jam alasannya karena pengiritan BBM. Harapannya suatu pembangkit listrik beroperasi selama 24 jam tetapi jika PLTD di pulau ini dioperasikan selama 24 jam maka di hari-hari berikutnya tidak akan ada listrik karena stok persediaan bbm sudah pasti habis dan harus menunggu minimal 1 minggu kedepan untuk dapat menikmati listrik lagi, sedangkan kita tahu bbm tidak dapat diperbaharui dan pasti akan habis. Ketergantungan terhadap bbm sebagai energi utama pembangkit listrik dipulau ini harus dikurangi dan bahkan dihentikan dengan mencari alternative pembangkit listrik yang dapat diperbaharui.

Potensi energi yang dapat dikembangkan di pulau ini adalah PLTS, PLTG, PLTH dan PLTAngin. Pada karya ilmiah ini penulis akan mengembangkan Pembangkit Listrik Tenaga Surya sebagai energi alternative di pulau masakambing. Hal ini didukung dengan letak geografisnya pada pada 5°26'37" lintang selatan dan  114°25'34" bujur timur mendapat sinar matahari yang sangat besar sepanjang tahun, sehingga PLTS ini sangat memungkinkan untuk dikembangkan sebagai pengganti PLTD. 

II. Tinjauan Pustaka 

a. Panel sel surya 

    PLTS adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan matahari sebagai energi utama. Pembangkit listrik ini akan bekerja optimal sebagai suatu system pembangkit listrik jika semua komponen terpenuhi, misalnya sel surya, intensitas matahari, BCR, dan lain-lain. PLTS tersusun dari fotovoltaik (sel surya), sel surya adalah bahan semikonduktor yang terbuat dari kristal silicon yang dilapisi bahan kimia khusus sehingga sel surya dapat menyerap energi surya dan kemudian menkonversinya menjadi energi listrik. secara umum sel surya memiliki ketebalan 0,3 mm yang terbuat dari irisan semikonduktor yang terbuat dari silicon. Tiap irisan semikonduktor tersebut disusun secara seri atau paralel sehingga terbentuklah modul surya yang sempurna  seperti pada gambar 1. Tiap sel surya menghasilkan listrik sebesar 0,5 volt.

gambar 1: (Sumber: http://lingkunganitats.wordpress.com)

    Sel surya akan mulai beroperasi (menyerap dan menkonversi energi surya menjadi energi listrik) pada saat sinar matahari mengenai permukaan sel surya seperti pada gambar 2. Berdasarkan pada gambar 2 dibawah ada dua tipe semikonduktor penyusun sel surya yaitu semikonduktor tipe N (negative) dan tipe P (positif). Semikonduktor tipe-N terbuat dari silicon dan posfor yang memberikan kelebihan suatu elektron (partikel atom yang bermuatan negative) bebas. 

gambar 2: (Sumber: https://teknologisurya.wordpress.com)

    Semikonduktor tipe-P terbuat dari silicon dan boron yang menyebabkan material tersebut kekurangan elektron bebas. Di dalam silicon murni ada dua jenis pembawa muatan listrik yang seimbang. Pembawa muatan negative (electron) dan pembawa muatan positif (hole). Ketika sinar matahari yang mengandung foton itu mengenai silicon yang ada pada sel surya maka akan diserap oleh elektron sehingga elektron berpindah dari pita valensi (N) menuju pita konduksi (P) dan meninggalkan hole pada pita valensi, selanjutnya dua buah muatan, yaitu pasangan elektron-hole, dibangkitkan. Aliran elektron-hole yang terjadi apabila dihubungkan ke beban listrik melalui penghantar akan menghasilkan arus listrik. persamaan – persamaan yang digunakan untuk modul sel surya: 

    1. Menghitung fill factor (FF)

        FF = (V_mp . I_mp)/( V_oc . I_sc)

            Keterangan:

            FF = fill factor (faktor pengali)

            V_mp  I_mp = tegangan dan arus maksimum modul

            V_oc  I_sc   = tegangan tanpa beban dan arus ketika di short. 

     2. Menghitung daya maksimal per modul

         P_maks = V_oc .I_sc . FF

                Keterangan:

                P_maks = daya maksimum per modul

     3. Perhitungan kapasitas daya modul surya

         P_{modul surya} =  (E_T / Insolasi matahari ) x 1,1

         E_{modul surya} = P_{modul surya} x insolasi matahari

         Jumlah modul yang dibutuhkan = P_{modul surya} / P_maks

                Keterangan:  

                E_T  = Total pemakaian energi listrik

               Insolasi matahari = lama penyinaran (PVGIS)

Berdasarkan teknologi pembuatannya, sel surya dibagi menjadi 3 Jenis, yaitu:

    1. Monocrystalline (monokristal)

     Sel surya jenis monokristal biasanya berwarna hitam gelap. Kelebihan sel surya jenis monokristal adalah setiap sel memiliki karakteristik yang sama dengan yang lainnya sehingga efisiensinya dapat mencapai 15 - 20%. Nilai efisiensi tersebut sangatlah tinggi jika dibandingkan dengan jenis sel surya yang lain yang efisiensinya hanya berkisar  12-15%. Sel surya ini sangat cocok untuk lokasi yang mendapat penyinaran matahari yang stabil (jarang mendung). Kekurangan sel surya jenis monokristal adalah harganya relative mahal, tidak cocok digunakan untuk lokasi yang sering mendung. Potongan dari tiap sel surya berbentuk segi 6, segi 8 atau bulat, sehingga apabila disusun dengan sel surya lainnya (membentuk modul) akan membentuk ruang kosong. Tentu saja hal ini tidak diinginkan karena dapat mengurangi kerpatan sel surya yang apabila disusun pada skala besar menyisakan ruang kosong yang tidak berguna.

gambar 3: (Sumber: http://armand10dma.blogspot.com/)

    2. Polycrystalline (polikristal)

Sel surya jenis polikristal biasanya berwarna biru cerah. Kelebihan sel surya jenis polikristal adalah harganya relative murah jika dibandingkan dengan monokristal. Cocok untuk lokasi yang penyinaran maharinya tidak stabil (sering mendung). Potongan sel surya jenis ini berbentuk segi empat sehingga mengurangi ruang kosong diantara sel surya yang lain. Kekurangan sel surya jenis polikristal adalah efiensinya hanya berkisar 12-15%. Kurang cocok di lokasi yang mendapat penyinaran yang stabil (jarang mendung). 

gambar 4: (Sumber: http://armand10dma.blogspot.com/)

    3. Thin Film Solar Cell (TFSC)

       - Amorphous Silicon (a-Si) Solar Cells.

       - Cadmium Telluride (CdTe) Solar Cells.

       - Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) Solar Cells.

b. Pemasangan sel surya

    1. Pemasangan Seri

    Pemasangan sel surya seri menyebabkan tegangan semakin besar sementara arus konstan. Menurut Sigalingging (1994) dalam Putra (2007: 15) pemasangan sel surya secara seri adalah dengan menghubungkan kutub positif (+) dengan kutub negative (-) dari sel surya. pemasangan sel surya secara seri dapat dilihat pada gambar 5. Persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut:

            a. Tegangan

                V_tot  = V₁ + V₂ + V₃  . . . .  + V_n

            b. Arus

                I_tot = I₁ = I₂ = I₃ = . . . .  I_n

gambar 5: (sumber: Sigalingging (1994) dalam Putra (2007: 15))

     2. Pemasangan Paralel

    Pemasangan sel surya paralel menyebabkan arus semakin besar sementara tegangan konstan. Menurut Sigalingging (1994) dalam Putra (2007: 17) pemasangan sel surya secara paralel adalah dengan menghubungkan kutub positif (+) dengan kutub positif (+) dan menghubungan kutub negative (-) dengan kutub negative (-) dari sel surya. pemasangan sel surya secara paralel dapat dilihat pada gambar 6. Persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut:

            a. Tegangan

                V_tot  = V₁ = V₂ = V₃  . . . .  = V_n

            b. Arus

                I_tot = I₁ + I₂ + I₃ + . . . .  I_n

gambar 6: (sumber: Sigalingging (1994) dalam Putra (2007: 17))

    3. Pemasangan Seri-paralel

    Pada umumnya sel surya yang ada di pasaran dipasanga secara seri-paralel alasannya untuk mendapatkan tegangan dan arus yang diinginkan. Misalnya jika pengguna membutuhkan tegangan 12 V dengan arus 6 A maka sel surya harus dipasang secara seri sebanyak 12/0,5 = 24 buah sel surya dan dipasang secara paralel, katakanlah satu sel surya dapat menghasilkan arus 2A, maka sel surya yang harus dipasang paralel adalah 6/2 = 3 kelompok (tiap kelompok ada 24 sel surya yang dipasang seri). pemasangan sel surya secara seri-paralel dapat dilihat pada gambar 7 dan 8.

gambar 7.

 

gambar 8

c. Solar Home System

    System Energi Surya Fotovoltaik (SESF) untuk penerangan yang paling sederhana adalah system pembangkit individu (stand-alone) atau yang biasa disebut Solar Home System (SHS). System ini umumnya mempunyai tegangan kerja 12 volt DC, dengan kapasitas modul surya berkisar antara 50Wp s/d 300Wp. SHS selain terdiri dari modul surya juga terdiri dari komponen-komponen lain seperti baterai, pengontrol, inverter, KK dan lain-lain. System SHS seperti pada gambar 9.

gambar 9 : (sumber: http://solarsuryaindonesia.com/)

d. Battery Charge Regulator (BCR)

    Alat yang digunakan untuk menjaga agar tidak terjadi kerusakan pada semua komponen system PLTS adalah BCR. BCR adalah suatu peralatan elektronika yang berfungsi untuk mengatur pengisian arus listrik dari panel surya ke baterai dan sebaliknya. Saat isi baterai tersisa 20% sampai 30%, maka BCR akan memutuskan dengan beban secara otomatis.

    Versi standard umumnya dilengkapi dengan fungsi – fungsi untuk melindungi baterai dengan proteksi – proteksi berikut:

    1. LVD, Low voltage disconnect, apabila tegangan dalam baterai rendah, ~11.2 V, maka untuk sementara beban tidak dapat dinyalakan. Apabila tegangan baterai sudah melewati 12V, setelah di charge oleh modul surya, maka beban akan otomatis dapat dinyalakan lagi (reconnect).

    2. HVD, High Voltage Disconnect, memutus listrik dari modul surya jika baterai sudah penuh. Listrik dari modul surya akan dimasukkan kembali ke baterai jika voltage baterai kembali turun.

   3. Short Circuit Protection, menggunakan electronic fuse (sekering) sehingga tidak memerlukan fuse pengganti. Berfungsi untuk melindungi system PLTS apabila terjadi arus hubung singkat baik di modul surya maupun pada beban. Apabila terjadi short circuit maka jalur ke beban akan dimatikan sementara, dalam beberapa detik akan otomatis menyambung kembali.

     4. Reverse Polarity, melindungi dari kesalahan pemasangan kutub (+) atau (-)

    5. Reverse Current, melindungi agar listrik dari baterai/accu tidak mengalir ke modul surya pada malam hari.

    6. PV Voltage Spike, melindungi tegangan tinggi dari modul pada saat baterai tidak disambungkan ke controller.

    7. Lightning Protection, melindungi terhadap sambaran petir (s/d 20.000 volt).

Adapun fungsi tambahan dari alat ini sebagai berikut:

    1. Secara dramatis meningkatkan efisiensi pengsisian baterai.

    2. Menyeimbangkan kerja sel – sel baterai.

    3. Memperpanjang usia baterai.

    4. Pengaturan sendiri selama tegangan turun.

    5. Mengatur transfer energi dari modul surya ke baterai atau baterai ke beban, secara efisiensi dan semaksimal mungkin.

    6. Memberikan informasi kondisi sistem pada pemakai.

    7. Sebagai pusat pengkabelan (wiring) antara modul surya, baterai, beban.

Persamaan yang digunakan untuk mengatahui kapasitas arus BCR yang dibutuhkan: 

        I_maks = P_maks / V_s  

                Keterangan :

                    I_maks = arus maksimum (A)

                    P_maks = beban maksimum (w)

                    V_s      = tegangan system (12 atau 24 V)

Arus BCR yang dipilih harus lebih besar atau sama dengan I_maks.

Gambar 10 : (sumber: www.indonetwork.co.i)

e. Baterai/aki

    Baterai/aki adalah media atau alat yang digunakan untuk menyimpan energi listrik arus searah. penyimpanan dilakukan bertujuan agar listrik terus mengalir di malam hari atau pada saat cuaca mendung dengan menggunakan baterai yang sudah di charge.

    1. Jenis-jenis baterai/aki

    Ada dua jenis baterai/aki yang sering digunakan dalam PLTS sebagai media penyimpanan energi, yaitu baterai/aki basah dan baterai/aki kering. Baterai/aki basah merupakan baterai yang sudah umum dikenal masyarakat. Baterai/aki basah biasanya menggunakan wadah semi transparan, sehingga cairan yang ada didalam baterai/aki terlihat dengan jelas. Cairan yang digunakan untuk merendam sel pada baterai/aki adalah air zuur dan air destilasi. Cairan yang pertamkali digunakan untuk merendam sel baterai/aki yang baru adalah air zuur dan cairan yang digunakan untuk menambahkan volume cairan adalah air destilasi. Cairan-cairan tersebut ditunjukkan pada gambar 11. Cairan-cairan tersebut berfungsi untuk merendam sel-sel baterai/aki. Volume cairannya harus merendam seluruh sel jika ada bagian sel yang tidak terndam maka bagian tersebut akan teroksidasi dan berkarat. Baterai/aki basah ditunjukkan pada gambar 12. Baterai/aki basah membutuhkan perawatan karena cairan yang ada dalamnya menguap yang dibuang keluar secara tidak langsung volume cairannya akan berkurang.

Gambar 11 : (sumber: http://accud.indonetwork.co.id/)

Gambar 12: (sumber: http://coversuper.com/)

Gambar 13 : (Sumber: http://coversuper.com/)

    Baterai/aki kering merupakan inovasi dari baterai/aki basah dan biasanya berwadah hitam (tidak transparan). Contoh baterai/aki kering ditunjukkan pada gambar 13. Baterai/aki ini tidak membutuhkan cairan seperti halnya yang dibutuhkan pada baterai/aki basah. Cairan yang terdapat didalamnya berbentuk Gel. Gel juga menguap namun tidak dibuang keluar (tetap didalam wadah), sehingga volume tetap terjaga.

2. Perhitungan lama ketahanan back up

Lama ketahanan back up artinya berapa jam kemampuan baterai/aki yang digunakan untuk memback up beban yang ada. Persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut:
    Lama = (V_aki x I_aki ) / P_beban                              
            Keterangan:

            V_aki  = adalah volt aki (12 atau 24 V)

            I_aki     = adalah arus aki (AH aki)

            P_beban  = adalah besar daya yang akan di back up (watt) 

3. Perhitungan lama waktu pengisian baterai

 Lama waktu yang diperlukan untuk mengisi baterai sampai penuh sangatlah penting diperhitungkan karena ini berkaitan dengan jumlah modul dan besar BCR yang harus digunakan. Satuan kapasitas suatu baterai adalah ampere jam (AH). Biasanya informasi kapasitas suatu baterai terdapat pada label suateu baterai. Misalnya suatu baterai dengan kapasitas 200AH akan terisi penuh dengan input arus 1A selama dua ratus (200) jam. Arus pengisian yang diijinkan adalah  dari kapasitas baterai yang akan diisi.Oleh karena itu waktu pengisian yang baik tidak kurang dari 10 jam dan dalam kenyataannya dengan maktu tersebut pengisian baru mencapai 80%. Dan standar tegangan pengisi batere (charger) yang digunakan untuk mengisi batere 12V adalah 12.5 V (min) – 14 V DC(maks).

4. Perhitungan kapasitas baterai yang dibutuhkan

Perhitungan jumlah baterai yang akan digunakan untuk menyimpan energi listrik dari sel surya perlu dilakukan untuk mengantisipasi ketika cuaca mendung. Persamaan yang digunakan sebagai berikut: 

AH = E_T  / V_S   

        Keterangan:

            AH = kapasaitas baterai (AH)

            E_T  = Total pemakaian energi listrik

            V_S  = tegangan system (12 atau 24 V)

Besarnya deapth of discharge baterai adalah sekitar 80% maka kapasitas baterai yang dibutuhkan:

C_b   =   (AH x T_rec)  / DOD

            Keterangan:

                C_b   = kapasitas baterai yang diperlukan

                T_rec  = waktu cadangan (5-6 hari)

                DOD = kapasitas ampere yang dapat digunakan 

5. Perhitungan jumlah beterai

Baterai yang diperlukan untuk memback up beban juga perlu perhitungan, berikut rumus yang digunakan untuk mengetahuinya. 

jumlah baterai = C_b / kapasitas 1 baterai

6. Pemasangan baterai

Ada dua pemasangan baterai yaitu seri dan paralel

    - Pemasangan seri

Pemasangan seri baterai sama seperti pemasangan seri dari PV, yaitu untuk mendapatkan tegangan yang besar dengan arus konstan maka baterai harus dipasang seri. Caranya adalah dengan menghubungkan kutub positif  (+) baterai satu dengan kutub negative(-) baterai 2. Contoh pemasangan seri ditunjukkan pada gambar 14. 

Gambar 14 : (sumber: http://otomotifdasar.blogspot.com/)

        - Pemasanan paralel

    Pemasangan paralel baterai sama seperti pemasangan paralel dari PV, yaitu untuk mendapatkan arus yang besar dengan tegangan konstan maka baterai harus dipasang paralel. Dalam PLTS yang sering digunakan adalah pemasangan paralel. Caranya adalah dengan menghubungkan kutub positif  (+) baterai satu dengan kutub positif (+) baterai 2 dan menghubungkan kutub negetive (-) baterai 1 dengan kutub negative (-) baterai 2 . Contoh pemasangan paralel ditunjukkan pada gambar 15. 

Gambar 15: (sumber: http://otomotifdasar.blogspot.com/)

        - Pemasangan seri-paralel

    Pemasangan seri-paralel baterai sama seperti pemasangan seri-paralel dari PV, yaitu untuk mendapatkan arus dan tegangan yang lebih besar. Caranya baterai diseri terlebih dulu baru diparalelkan. Contoh pemasangan paralel ditunjukkan pada gambar 16.

Gambar 16 : (sumber: http://otomotifdasar.blogspot.com/)

7. Pemilihan baterai untuk plts

Baterai yang akan digunakan sebagai media penyimpanan pada pembangkit listrik tenaga surya harus benar – benar diperhatikan, diantaranya adalah:

    - Penerimaan arus pengisian yang kecil

Baterai harus dapat diisi dengan arus pengisian yang agak kecil (pada cuaca yang jelek sekalipun), sehingga tidak ada energi surya yang terbuang percuma.

     - Efisiensi Ah

Baterai menyimpan dengan jumlah Amper Jam, dengan suatu efesiensi Ah (hAh) di bawah 100% (biasanya 90%). Efesiensi ini disebut juga dengan istilah efisiensi Coulombseher.

    - Efisiensi Wh

Efesiensi Wh adalah rasio energi yang ada dan energi yang dapat dikeluarkan. ȠWh selalu lebih rendah dengan ȠAh dan biasanya ±80%.

    - Tegangan yang dipersyaratkan.

    - Jadwal waktu pengoperasian.

    - Suhu pengoperasian arus yang dipersyaratkan

    - Mempunyai umur panjang (lebih dari 3 tahun)

    - Mempunyai kondisi charge yang stabil

    - Mempunyai self discharge yang rendah

    - Kestabilan depth of discharge (DOD)

f. Inverter

    Inverter adalah perangkat listrik yang dapat mengkonversi energli listrik dari bentuk DC menjadi AC, umumnya output inverter adalah 120 V atau 220 V, dengan frekuensi 50 Hz atau 60 Hz. Bentuk gelombang, efisiensi, dan surge capability  dan harga memegangan peranan penting dalam pemilihan inverter. Ada banyak jenis ukuran inverter yang ada di pasaran, ada yang ukurannya besar, ada yang kecil, ada yang murah, ada yang mahal dan lain-lain, contoh bentuk nyata inverter dapat diperhatikan pada gambar 17.

Gambar 17 inverter 1000 watt (sumber: http://www.invertertaiwan.com/)

Berdasarkan output gelombang yang dihasilkan, inverter dibagi menjadi 3 yaitu:

    1. Gelombang sinus

    gelombang sinus adalah gelombang terbagus dari tiga jenis gelombang inverter. Inverter yang berkualitas memiliki gelombang output sinus (sine wave) karena gelombang sinus sama dengan gelombang listrik PLN, bahkan lebih baik kulitasnya. Sehingga inverter dengan gelombang sinus dapat digunakan untuk berbagai keperluan seperti layaknya listrik PLN. Kelemahan inverter ini adalah harganya yang relative lebih mahal dari yang lainnya. Bentuk gelombang sinus bisa diperhatikan pada gambar 18.

    2. Gelombangn kotak

    Gelombang kotak pada umumnya juga dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Beberapa aplikasi gelombang kotak seperti penggunaan pada printer, sebaiknya dihindarkan. Penggunaan gelombang kotak pada motor-motor listrik dapat menyebabkan suhu motor lebih tinggi bila motor yang sama dioperasikan dengan gelombang sinus. Keunggulan gelombang kotak atau modifikasinya adalah harganya lebih murah dan mudah didapat. Bentuk gelombang kotak dapat diperhatikan pada gambar 18.

    3. Modifikasi gelombang kotak

    Gelombang ini hampir sama dengan gelombang kotak, yang membedakan adalah kalau gelombang kotak sifatnya dapat merusak peralatan rumah tangga sementara modifikasi gelombang kotak sifatnya tidak merusak peralatan rumah tangga. Bentuk modifikasi gelombang kotak dapat diperhatikan pada gambar 18. 

Gambar 18

Inverter merupakan perangkat yang sangat penting pada system PLTS Karena tanpa inverter beban-beban yang membutuhkan supply listrik AC tidak akan berjalan dan harganya pun relative mahal. Oleh karena itu penulis akan memberikan tips dalam memilih inverter yang bagus:

    1. Komponen

    Ada dua komponen penyusun inverter dimana dua komponen tersebut menentukan panjang pendeknya umur suatu inverter. Komponen tersebut adalah trafo dan IC. Inverter yang bagus menggunkan trafo + IC memiliki ketahanan panas yang baik sehingga tidak mudah rusak dan biasanya umurnya bisa bertahun tahun bahkan bisa 10-15tahun dan inverter yang hanya menggunakan IC saja akan cepat panas bahkan hanya berumur 3 bulan.

    2. Efisiensi/Kemurnian/Daya yang keluar

    Harapannya daya yang dikeluarkan oleh inverter sama besar dengan daya yang ada pada label inverter tersebut. Namun tidaklah demikian, besar daya yang dikeluarkan inverter bergantung pada efisiensinya, semakin besar efisiensi inverter maka semakin besar daya yang dikeluarkan. Misalnya inverter dengan spesifikan 1000 watt dengan efisiensi 90% maka daya yang dikeluarkan adalah 900 watt. Penulis menganjurkan pada pembaca untuk memilih inverter yang memiliki efisiensi yang tinggi (mendekati 100%).

    3. Frekuensi

    Frekuensi inverter yang cocok untuk peralatan (beban) yang ada di indonesia adalah 50 Hz.

    4. Gelombang

    Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya bahwa ada 3 jenis gelombang inverter yaitu:

        - Gelombang sinus

    Sifatnya tidak merusak peralatan rumah tangga dan sangat baik digunakan di Indonesia dan biasanya harganya sangat mahal.

        - Gelombang kotak

    Sifatnya merusak peralatan rumah tangga dan tidak cocok digunakan di Indonesia.

        - Modifikasi gelombang kotak

    Sifatnya tidak merusak peralatan rumah tangga dan cocok digunakan di Indonesia dan biasanya harga lebih murah dari gelombang sinus.

    5. Tertera di spesifikasi +5% PWM

    Pada inverter ada yang tertera +5% PWM dan ada juga yang tidak tertera +5%PWM, pada inverter yang tidak tertera +5%PWM tidak bisa untuk beban motorik seperti pompa air, kulkas dan Air conditioner sedangkan jika tertulis spesifikasi +5% PWM bisa untuk beban motorik seperti pompa air, kulkas, Air conditioner selama 5 kali dari watt untuk menahan tarikan awal beban motorik sedangkan untuk lampu, komputer, TV dan beban bukan motorik tidak perlu dikalikan 5 kali. PWM adalah pulse width modulation yang salah satu fungsinya adalah mengendalikan kecepatan putaran beban motorik

    6. Sistem Pendinginan Inverter

    Inverter dilengkapi dengan system pendingin yaitu kipas inverter. Inverter yang bagus adalah memiliki auto fan operation artinya kipas pendingin bekerja berdasrkan temperature dan beban. Pada saat temperature diatas 60 derajat celcius fan baru bekerja dan pada saat beban yang ditangani inverter berat fan juga akan bekerja. Ada juga inverter yang mana kipas pendinginnya selalu beroperasi meskipun beban tidak berat dan temperature tidak panas.

    7. Garansi Service

    Seluruh alat listrik berkualitas bergaransi service minimal 1 tahun, makin lama garansi makin baik. Garansi service membuktikan penjual bertanggung jawab atas produk yang dijual

    Selain tips memilih inverter diatas penting juga diketahui bahwa spesifikasi inverter harus sama dengan BCR yang digunakan. Misalnya tegangan system 24 V maka input dari inverte tidak boleh lebih dari 24 V. Arus yang mengalir melalui inverter juga harus sesuai dengan arus yang mengalir pada BCR. Karena keterangan yang ada di inverter adalah daya maksimalnya maka penulis menyerankan untuk memilih inverter yang memiliki daya lebih besar dari  daya beban puncak (P_{modul maks­}). 

g. Kabel

    Penghantar adalah komponen listrik yang dapat berupa logam atau nonlogam yang bersifat konduktif, artinya dapat menghantarkan energi listrik dari satu titik ke titik yang lain. Pada umumnya penghantar dapat berupa kabel ataupun kawal. Kabel adalah penghantar logam yang diselubungi dengan isolasi dan kawat adalah penghantar logam yang tidak diselubungi dengan isolasi. Secara umum ada 3 jenis kabel yang digunakan dalam instalasi listrik perumahan yaitu kabel NYA, NYM, dan NYY.

    Kabel NYA adalah kabel yang sering digunakan dalam instalasi rumah dan yang sering digunakan biasanya berukuran 1,5 mm²  dan 2,5 mm². Kabel ini berisolasi PVC dan berinti kawat tunggal, kode warna isolasi kabel NYA ada warna merah, hitam, biru, dan kuning. Kabel ini hanya memiliki satu lapis isolasi sehingga mudah cacat misalnya karena gigitan tikus, karena gesekan, karena gencetan atau karena penyebab lain. Jika kabel ini sudah cacat (terkelupas) maka tidak boleh tersentuh manusia. Dalam pemasangannya kabel NYA harus dimasukkan kedalam conduit (pipa). Contoh bentuk nyata kabel NYA ditunjukkan pada gambar 19.

Gambar 19 : (sumber: http://ariefl114.blogspot.com/)

    Kabel NYM adalah kabel yang berisolasi PVC warna putih dan memiliki lebih dari satu inti. Kabel NYM dilapisi oleh 2 isolasi, isolasi bagian luar berwarna putih dan bagian dalam berwarna sama seperti kabel NYA, sehingga kabel ini lebih kuat dari pada kabel NYA. Kabel ini juga banyak digunakan untuk instalasi rumah seperti halnya kabel NYA namun kabel ini dapat digunakan di lingkungan yang kering dan basah tapi kanel ini tidak bisa ditanam. Contoh bentuk nyata kabel NYM ditunjukkan pada gambar 20.

Gambar 20: (sumber: http://ariefl114.blogspot.com/)

    Kabel NYY adalah kabel yang berisolasi PVC warna hitam dan memiliki lebih dari satu inti. Kabel NYY memiliki isolasi yang tidak disukai tikus. Kabel NYY memiliki lapisan lebih kuat dari pada NYM dan NYA. Karena kabel ini tahan air dan tidak sangat kuat maka banyak digunakan untuk instalasi dalam (in door) dan  luar ruangan (out door) serta dapat ditanam. Contoh bentuk nyata kabel NYY ditunjukkan pada gambar 21.

Gambar 21:  (sumber: http://ariefl114.blogspot.com/)

Kabel yang akan digunakan penampangnya dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: 

I =  P/V                              

        Keterangan:  

        I = arus yang melewati kabel (A)

        P = daya yang melewati kabel (watt)

        V = tegangan baterai  atau dari inverter ke beban (V)

h. beban listrik

    beban listrik adalah peralatan listrik atau bagian rangkaian listrik yang mengkonsumsi daya listrik. Beban listrik ada yang bersifat resistif, induktif dan kapasitif. Beban resistif adalah beban yang menkonsumsi energi listrik secara sinusoidal. Artinya bahwa aliran arus sama dengan proporsi tegangan. Beban resistif tidak mengandung bahan yang bersifat induktif dan kapasitif (murni beban resistif) misalnya lampu pijar dan pemanas. Beban induktif adalah beban yang membutuhkan arus yang lebih banyak karena arus tertinggal (leagging) dari tegangan dan menyebabkan tegangan berlebih ketika di dibungkan dengan sumber.  Contoh beban yang bersifat induktif diantaranya adalah motor listrik, transformator, dan lain-lain. Beban kapasitif adalah beban dimana arus mendahului (leading) tegangan. Beban ini banyak digunakan untuk memperbaiki factor daya contoh beban kapasitif adalah  kapasitor. 

III.  Contoh Perancangan PLTS

a. Data insolasi matahari

    Data insolasi matahari di pulau masakambing sangat bagus untuk dibangun PLTS. Penulis menggunakan website PVGIS-CMSAF untuk mengetahui tingkat insolasi matahari di pulau masakambing. Berikut data insolasi di pulau masakambing yang dapatkan:

Tabel I insolasi matahari

                                        Hh: Irradiation on horizontal plane (Wh/m2/day)

Hopt: Irradiation on optimally inclined plane (Wh/m2/day)

Iopt: Optimal inclination (deg.)

b. Perhitungan beban

    1. Perhitungan beban daya maksimamum 

Tabel II beban maksimum

No.	Jenis Beban	Jumlah	Jam operasi		total jam operasi	Daya total
			Siang	Malem
1.	TV	1@100watt	·         06.00 s/d 07.00 ·         13.00 s/d 16.00	·         18.00 s/d 24.00	10 jam	1000 WattH
2.	Kulkas	1@150watt		·         18.00 s/d 06.00	12 jam	1800 WattH
3.	Lampu AC	4 @15watt	·         05.00 s/d 07.00 (1 lampu)	·         18.00 s/d 24.00 (4 lampu)	6 jam (4 lampu) 2 jam (1 lampu)	390 WattH
4.	Rice Cooker	1@250watt	·         05.00 s/d 07.00	·         18.00 s/d 19.00	3 jam	750 WattH
5.	Laptop	1@65 watt	·         11.00 s/d 13.00 (game) ·         01.00 s/d 02 (ngecas)	·         20.00 s/d 23.00(game)	6 jam	390 WattH
6.	Kipas angina	2@45watt	Ø  10.00 s/d 15.00 (1 kipas)	Ø  19.00 s/d 20.00 (1 kipas) Ø  19.00 s/d 22.00 (1 kipas)	9 jam	405 WattH
7.	Pompa air	1@600watt	Ø  09.00 s/d 10.00		2 jam	1200 WattH
Jumlah total pemakaian energi maksimum						5935 WH

    2. Perhitungan beban daya yang disarankan

Tabel III beban yang disarankan

No.	Jenis Beban	Jumlah	Jam operasi		total jam operasi	Daya total
			Siang	Malem
1.	TV LCD 17 inch	1@20watt	·         06.00 s/d 07.00 ·         13.00 s/d 16.00	·         18.00 s/d 24.00	10 jam	200 WattH
2.	Lampu LED	4 @3watt	·         05.00 s/d 07.00 (1 lampu)	·         18.00 s/d 24.00 (4 lampu)	6 jam (4 lampu)   2 jam (1 lampu)	78 wattH
3.	Rice Cooker	1@250watt	·         05.00 s/d 06.00	·         18.00 s/d 19.00	2 jam	500 WattH
4.	Kipas angin	1@45watt 1@30watt	Ø  10.00 s/d 15.00 (1 kipas 45 watt)	Ø  19.00 s/d 22.00 (1 kipas 30 watt)	5 jam (45 watt)   3 jam (30watt)	315 WattH
5.	Kulkas	1@90watt		·         01.00 s/d 06.00	5 jam	450 WattH
Jumlah total pemakaian energi minimum						1543WH

c. Perhitungan kapasitas daya modul surya

Asumsinya modul surya yang digunakan adalah modul surya 100 WP 12 Volt dengan spesifikasi sebagai berikut: 

Tabel IV spesifikasi modul surya 100 Wp 12 Volt

Imp (A)	Isc (A)	Vmp (V)	Voc (V)	Efisiensi
6,2	6,8	17,5	22	14%

Dari spesifikasi yang ditunjukkan pada tabel IV penulis dapat menghitung fill factor dan daya maksimal yang dihasilkan modul.

    1. Menghitung fill factor (FF)

            V_mp . I_mp / V_oc . I_sc = 17.5 x 6.2 / 22 x 6.8 = 0.72

    2. Menghitung daya maksimal per modul 

            P_maks = V_oc .I_sc . FF = 22 . 6,8 . 0,72 = 107,7 Watt

- Kapasitas daya mudul surya untuk beban maksimum 

    Kapasitas daya modul surya adalah besarnya daya yang dibutuhkan untuk mensuplai kebutuhan energi. Beban daya maksimum adalah beban maksimal yang digunakan dalam sehari. Untuk mengetahui modul yang dibutuhkan untuk mensuplai energi pada beban maksimum penulis menggunakan insolasi matahari terendah yang ada pada pulau masambing, yaitu pada bulan desember sebesar 3,91 H (tabel I).

P_{modul surya} = (E_T /insolasi matahari ) x 1.1 = (5935 / 3.91 ) x 1,1 = 1669,7 watt.

Jumlah modul surya yang di butuhkan = P_{modul surya} / P_maks  = 1669,7 / 107,7 =  16 modul

- Kapasitas daya modul surya untuk beban yang disarankan

    Kapasitas daya modul surya adalah besarnya daya yang dibutuhkan untuk mensuplai kebutuhan energi. Beban daya yang disarankan adalah beban standart yang digunakan dalam sehari. Untuk mengetahui modul yang dibutuhkan untuk mensuplai energi pada beban yang disrankan penulis menggunakan insolasi matahari terendah yang ada pada pulau masambing, yaitu pada bulan desember sebesar 3,91 H (tabel I).

P_{modul surya} = (E_T /insolasi matahari ) x 1.1 = (1543 / 3.91 ) x 1,1 = 434.1 watt.

Jumlah modul surya yang di butuhkan = P_{modul surya} / P_maks  = 434.1 / 107,7 =  4 modul

d. Perhitungan kapasitas baterai 

Asumsinya penulis menggunakan baterai yang berkapasitas 100 AH / 12 Volt dengan DOD 80%.

    1. Kapasitas baterai untuk beban maksimum 

       AH = E_T / V_S  = 5935 / 12 = 494,6 AH

    Karena deaph of discharge baterai yang digunakan 80% maka kapasitas baterai yang dibutuhkan untuk memback up beban selam 1 hari:

        C_b = (AH . T_{rec )} /DOD = (494.6 x 1 ) /  80% =  618,2 A

        Jumlah baterai =  C_b / kapasitas 1 baterai =  618,2 / 100 = 6 buah baterai

    Kemampuan 6 unit baterai yang dirangkai paralel untuk memback up beban maksimum adalah

        I_{aki ­}= 600 x DOD = 480 AH

        Lama = V_aki x I_aki / P_beban = (12 x 480 ) / 480 = 12 jam

    Baterai akan habis dalam waktu 12 jam jika beban yang beroperasi 480 W. Waktu yang diperlukan untuk mengisi baterai berkapasitas 100 AH/12 Volt sebanyak 6 unit adalah

        Kapasitas baterai = 600 AH

        Input arus yang disarankan = 1/10 * 600 = 60A

        Lama = 600AH/60A = 10 H

        Baterai akan terisi 80% (baterai kosong) selama 10 jam

    2. Kapasitas baterai untuk beban yang disarankan

        AH = E_T / V_S  = 1543 / 12 = 128,7 AH

    Karena deaph of discharge baterai yang digunakan 80% maka kapasitas baterai yang dibutuhkan untuk memback up beban selam 1 hari:

        C_b = (AH . T_{rec )} /DOD = (128,7 x 1 ) /  80% = 160,875 A

       Jumlah baterai =  C_b / kapasitas 1 baterai =  160,875 / 100 = 2 buah baterai

    Kemampuan 2 unit baterai yang dirangkai paralel untuk memback up beban yang disarankan adalah

        I_{aki ­}= 200 x DOD = 160 AH

        Lama = V_aki x I_aki / P_beban = (12 x 160 ) / 160 = 12 jam

    Baterai akan habis dalam waktu 12 jam jika beban yang beroperasi 160W. Waktu yang diperlukan untuk mengisi baterai berkapasitas 100 AH/12 Volt sebanyak 2 unit adalah

        Kapasitas baterai = 200 AH

        Input arus yang disarankan = 1/10 * 200 = 20A

        Lama = 200AH/20A = 10 H

        Baterai akan terisi 80% (baterai kosong) selama 10 jam

e. Perhitungan ukuran BCR

        1. Ukuran BCR untuk beban maksimum

            I_maks =  P_maks / V_S = 1669.7 / 12 = 139.14 A

        2. Ukuran BCR untuk beban yang disarankan

            I_maks =  P_maks / V_S = 434.1 / 12 = 36,17 A

f. Perhitungan ukuran Iverter

        1. Ukuran Inverter untuk beban maksimum 

    Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh daya maksimal modul surya adalah 1669,7 watt. Maka inverter yang mesti digunakan adalah ≥ 1669,7 watt.

        2. Ukuran Inverter untuk beban yang disarankan

    Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh daya maksimal modul surya adalah 434,1 watt. Maka inverter yang mesti digunakan adalah ≥ 434,1 watt.