BAB IV HASIL DAN ANALISIS
4.4 Analisis Kebutuhan Teknis Sistem PLTS
4.4.3 Analisis kebutuhan teknis sistem PLTS secara hybrid
Sistem PLTS secara hybrid pada SD INTIS School Balikpapan merupakan sistem kelistrikan yang terhubung dengan jaringan PLN dengan tambahan baterai sebagai sistem penyimpan energi. Baterai yang digunakan akan berfungsi sebagai energi cadangan ketika tidak terdapat suplai energi dari panel surya ataupun jaringan PLN. Kapasitas serta harga komponen pada PLTS secara hybrid dapat dilihat pada Tabel 4.8.
Tabel 4.8 Daftar Kapasitas Serta Harga Komponen Sistem PLTS Hybrid
Komponen Kapasitas
Total
Jumlah
Total Harga satuan Harga Total
Inverter 3.000 W 1 Rp 12.808.874,- Rp 12.808.874,- Baterai 38.400 Wh 16 Rp 4.250.000 Rp 68.000.000 Panel Surya 5.720 Wp (28,23 m2) 13 Rp 2.500.000 Rp 32.500.000 Solar Charge Controller 3.200 W 1 Rp 7.500.000,- Rp 7.500.000,-
Daya listrik pada sistem PLTS secara Hybrid akan disuplai dari panel surya dan jaringan PLN. Panel surya yang digunakan pada sistem hybrid di SD INTIS School Balikpapan sebesar 5.720 Wp. Panel surya yang digunakan sebesar 5.720 Wp sudah dapat mensuplai kebutuhan energi selama satu hari penuh dalam kondisi STC. Dari panel surya sebesar 5.720 Wp akan langsung dialirkan menuju MPPT pada inverter sebesar 3.080 Wp dan SCC sebesar 2.640 Wp seperti pada Gambar 4.22. Inverter yang digunakan memiliki kapasitas daya 3 kW yang dapat mengirimkan energi sekaligus ke beban serta ke jaring PLN. Kapasitas inverter yang digunakan sudah berada diatas daya puncak beban dan dibawah batas maksimal kapasitas daya terpasang pada PLN. Dengan kapasitas inverter yang sudah sesuai standar pemasangan panel surya atap, energi berlebih yang dihasilkan dapat dijual langsung pada jaringan PLN. Selain kapasitas energi yang berlebih dijual ke jaring PLN, energi yang berlebih akan disimpan pula kedalam baterai sebagai sumber energi cadangan. Kapasitas
Universitas Pertamina - 33 baterai sebesar 38.400 Wh ditentukan berdasarkan kebutuhan energi selama jam operasional kegiatan sekolah berlangsung. Dengan adanya baterai, kegiatan operasional sekolah tetap akan dapat berjalan lancar selama satu hari ketika terjadi gangguan terhadap jaring PLN maupun panel surya. Pada Gambar 4.21 dapat terlihat bahwa terdapat kondisi dimana energi pada baterai digunakan untuk kebutuhan beban. Ketika beban menerima energi dari baterai, maka konsumsi energi dari PLN dapat dikurangi pemakaiannya. Pada kondisi tanggal 8 Januari, kapasitas energi baterai berkurang ketika daya dari panel surya tidak cukup untuk mensuplai beban. Sementara pada kondisi tanggal 12 Januari, dimana daya panel surya tidak dapat memenuhi kebutuhan beban selama satu hari penuh, mayoritas energi untuk kebutuhan beban disuplai dari jaring PLN. Ketika terdapat kondisi daya panel surya lebih tinggi dari daya yang dibutuhkan beban seperti pada tanggal 13 Januari, energi yang dihasilkan oleh panel surya dapat dijual langsung pada jaring listrik PLN. Dengan dapat dilakukannya ekspor-impor energi serta baterai yang dapat digunakan pada kondisi tidak terdapat sinar matahari yang cukuip, menjadikan sistem PLTS secara hybrid dapat berpotensi mendapatkan penghematan dan mengatasi gangguan suplai energi ketika terdapat gangguan pada panel surya ataupun jaring PLN.
Gambar 4. 21 Grafik Daya Beban Terhadap Output Panel Surya Serta Kapasitas Baterai (Atas) dan Grafik Daya Ekspor-Impor Energy (Bawah)
Universitas Pertamina - 34 SCC INVERTER Panel Listrik Utama Beban Listrik Baterai 48V DC 800 Ah PLN Net Metering Panel Surya 3.080 Wp 220V AC 50 Hz 48V DC 48V DC 220V AC50 Hz 220V AC 50 Hz 48V DC Panel Surya 2.640 Wp
Gambar 4.22 Diagram Skematik Sistem PLTS Hybrid
4.4.3.1 Kebutuhan inverter
Kebutuhan inverter pada sistem PLTS secara hybrid di SD INTIS School Balikpapan minimal memiliki kapasitas output daya yang dapat mensuplai beban puncak sebesar 2.881 Watt. Inverter yang akan digunakan pada sistem PLTS secara hybrid di SD INTIS School Balikpapan harus dapat memiliki fitur sinkronisasi jaringan PLN dan pengecasan baterai. Inverter yang memiliki fitur hybrid adalah SOFAR HYD 3000-ES yang memiliki kapasitas daya output sebesar 3.000 W dengan efisiensi 97,6%. Inverter dengan merk SOFAR HYD 3000-ES memiliki spesifikasi seperti pada Tabel 4.9. Spesifikasi pada Tabel 4.9 akan dimodelkan pada software PVsyst untuk mensimulasikan sistem secara teknis.
Tabel 4.9 Spesifikasi SOFAR HYD 3000-ES SOFAR
Model : HYD 3000-ES
Input PV
Daya Maksimal PV 3.500 W
Daya Maksimal Setiap MPPT 2.000 W
Tegangan Maksimal DC 600 V
Tegangan Nominal 360 V
Tegangan Operasional MPPT 90-580
Universitas Pertamina - 35
Arus Input Maksimal per MPPT 11 A
Arus ISC Maksimal PV per MPPT 13,2 A
Parameter Baterai
Jenis Baterai Li-Ion, Lead Acid
Tegangan Nomimal Baterai 48 V
Kisaran Tegangan Baterai 42-58
Daya Charging dan Discharging 3.000 W Arus Maksimal Charging dan Discharging 60 A
Output AC
Daya Output 3 kW
Tegangan Output 220V/230V/240V
Arus Output 13,7 A
Frekuensi Output 50/60Hz
Gelombang Output Satu Fasa
Power Factor 0.8 lead ~ 0,8 lag
Efisiensi 97.6%
Dimensi 532x360x173 mm
Harga Rp 12.808.874,-
Komponen inverter dengan spesifikasi seperti pada Tabel 4.9, memiliki 2 input DC yaitu input panel surya dan baterai. Dengan input panel surya serta baterai, inverter dapat menghasilkan tegangan AC yang bersumber dari panel surya dan baterai. Dengan fitur inverter hybrid, SOFAR HYD 3000-ES dapat bekerja sebagai inverter on-grid dan off-grid dalam waktu yang bersamaan.
Dengan memiliki fitur off-grid, maka inverter hybrid dapat melakukan pengecasan baterai layaknya SCC. Fitur pengecasan baterai pada SOFAR HYD 3000-ES memiliki arus maksimal sebesar 60 A pada tegangan 48 V. Dengan fitur pengecasan baterai yang terdapat pada komponen
inverter, penggunaan SCC untuk pengecasan baterai dapat dihemat sebesar 2.880 Watt.
4.4.3.2 Kebutuhan baterai
Kapasitas baterai yang digunakan pada sistem PLTS secara hybrid diasumsikan dapat mensuplai energi yang dibutuhkan selama waktu operasional sekolah. Baterai yang digunakan pada PLTS hybrid befungsi sebagai energi cadangan pada sistem agar dapat memenuhi kebutuhan listrik ketika terdapat gangguan suplai energi dari PLN ataupun panel surya. Berdasarkan data beban perjam pada Gambar 4.1, konsumsi energi operasional pada SD INTIS School Balikpapan terdapat pada hari kerja dari pukul 07:00-15:00 sebesar 20,595 kWh/hari. Dengan menggunakan persamaan 2.1, kapasitas baterai yang dibutuhkan sebesar:
Universitas Pertamina - 36 Batt.Cap = 1
60%20,595 𝑘𝑊ℎ = 34,33 kWh
Kapasitas baterai sebesar 34,33 kWh akan disuplai menggunakan baterai dengan merk LUMINOUS VRLA 12V 200Ah yang memiliki kapasitas 2,4 kWh perunitnya dengan spesifikasi seperti pada tabel 4.2. Berdasarkan teganan input inverter pada Tabel 4.9, baterai akan disusun seri sebanyak 4 buah hingga menjadi 48 V. Dengan satu string baterai bertegangan 48 V memiliki kapasitas 9,6 kWh, maka diperlukan 4 string baterai untuk mencapai kapasitas yang dibutuhkan.
Dengan menggunakan susunan baterai yang terdiri atas 4 seri dan 4 pararel, rangkaian sistem baterai akan memiliki nilai tegangan sebesar 48 V dan kapasitas total sebesar 38,4 kWh. Rangkaian sistem baterai 4 seri dan 4 pararel dapat terlihat seperti pada Gambar 4.23
+
-Gambar 4.23 Rangkaian Baterai Sistem PLTS Hybrid
4.4.3.3 Kebutuhan panel surya
Kebutuhan panel surya dalam sistem hybrid dipengaruhi oleh radiasi rata-rata matahari dan total energi yang dibutuhkan. Merujuk pada Gambar 4.3 dengan rata-rata radiasi matahari tiap bulan 4,57 kWh/m2, serta kebutuhan energi perhari sebesar 25,64 kWh, maka kapasitas minimum panel surya dapat dihitung menggunakan persamaan 2.2 dan 2.3
PSH =4,57 kWh m 2 ⁄ 1000 W m⁄ 2 = 4,57 h PVcap= 25,64 kWh 4,57 h = 5,61 kWp
Universitas Pertamina - 37 Modul panel surya yang digunakan pada sistem hybrid adalah tipe monocrystalline dengan merk JA Solar JAM78S10-440/MR yang memiliki spesifikasi seperti pada Tabel 4.4. JA Solar JAM78S10-440/MR merupakan panel surya dan tipe sel monocrystalline yang lebih tahan terhadap gangguan shading serta memiliki efisiensi lebih besar dari tipe sel lainnya. Dengan menggunakan JA Solar JAM78S10-440/MR, rangkaian panel surya akan disesuaikan lebih lanjut setelah didapatkan kapasitas SCC yang akan digunakan.
4.4.3.4 Kebutuhan SCC
Kebutuhan SCC pada sistem PLTS hybrid dipengaruhi oleh kapasitas panel surya dan sistem tegangan baterai. Perhitungan kapasitas SCC dapat menggunakan persamaan 2.4
ISCC =5,61 kWp 48 V = 116,875 A
Kapasitas minimum SCC yang akan digunakan untuk mensuplai sistem PLTS secara hybrid adalah sebesar 116,875 A. Dengan kapasitas arus hingga 116,875 A pada tegangan 48V, akan digunakan SCC dengan merk EPEVER IT6415ND dan fitur pengecasan baterai pada inverter SOFAR HYD 3000-ES yang keduanya dapat mengalirkan arus ke baterai masing-masing sebesar 60A. Spesifikasi EPEVER IT6415ND dapat terlihat pada Tabel 4.10. Spesifikasi pada Tabel 4.10 akan dimodelkan pada software PVsyst untuk mensimulasikan sistem secara teknis.
Tabel 4.10 Spesifikasi EPEVER IT6415ND EPEVER Model : IT6415ND
Tegangan Maksimal Voc 138 V (25℃)
Rating Arus Pengecasan 60 A
Maksimal Daya Pengecasan
800 W/12 V 1.600 W/ 24 V
2.400 W/36 V 3.200 W/48 V Tegangan Input Baterai 8V ~ 68 V
Tegangan Operasi MPPT Tegangan Baterai + 2 V ~ 108 V
Efisiensi 97,6%
Dimensi 440x231x110 mm
Harga Rp 7.500.000,-
Dengan spesifikasi SCC pada Tabel 4.10, pada level tegangan 48V dapat menyerap daya maksimal dari panel surya sebesar 3.200 W. Dengan total kapasitas arus SCC yang dibuthkan sebesar 116,875 A, maka sisa kapasitas arus SCC yang dibutuhkan sebesar 56,875 A setelah dikurangi fitur
Universitas Pertamina - 38 pengecasan baterai pada inverter sebesar 60A. Dengan kapasitas arus SCC yang dibutukan sebesar 56,875 A, maka jumlah SCC yang akan digunakan dapat dihitung menggunakan persamaan 2.5 SCCunit=56,875 A
60 A
= 0,95 Unit ~ 1 Unit
Dari hasil perhitungan persamaan 2.5 didapatkan jumlah SCC sebanyak 0,95 Unit yang akan dibulatkan menjadi 1 Unit. Kapasitas panel surya sebesar 5,61 kWp akan dibagi ke setiap SCC secara merata dengan daya input perunit SCC sebesar 2.805 Wp. SCC yang akan digunakan akan memakai 1 buah EPEVER IT6415ND dan 1 buah fitur SCC yang terdapat pada inverter SOFAR HYD 3000-ES. Dengan spesifikasi pada Tabel 4.9 dan 4.10, pengujian rangkaian panel surya terhadap fitur MPPT pada inverter SOFAR HYD 3000-ES dan SCC EPEVER IT6415ND akan disimulasikan menggunakan software PVsyst dengan keterangan seperti pada Gambar 4.24 dan 4.25.
Universitas Pertamina - 39 Gambar 4.25 Simulasi Rangkaian Panel Surya Terhadap SCC pada Sistem Hybrid
. Berdasarkan Gambar 4.24 rangkaian panel surya yang terhubung pada inverter
tersusun secara seri sebanyak 7 unit. Rangkaian panel surya PLTS sistem hybrid yang
terhubung pada inverter dapat terlihat pada Gambar 4.30. Dengan rangkaian panel surya
yang terhubung secara seri sebanyak 7 unit, akan menghasilkan total daya sebesar 2,8 kW
pada puncak radiasi matahari dan suhu 50
oC. Total daya panel surya yang dihasilkan masih
dibawah kapasitas maksimal daya input inverter sebesar 3.500 W yang tertera pada Tabel
4.6. Nilai operasional tegangan panel surya yang terhubung masih berada didalam batas
operasional MPPT pada inverter. Terlihat pada Gambar 4.24 bahwa nilai V
OCpada panel
surya sebesar 415 V berada dibawah rating tegangan input maksimal pada inverter sebesar
600 V.
Selain terhubung dengan MPPT pada inverter, rangkaian panel surya pada sistem
hybrid terhubung pula dengan SCC. Berdasarkan Gambar 4.25 rangkaian panel surya yang
terhubung pada SCC tersusun secara 2 seri dan 3 pararel. Rangkaian panel surya 2 seri dan
3 pararel dapat dilihat pada Gambar 4.27. Dengan rangkaian panel surya sebanyak 2 seri dan
3 pararel menghasilkan total daya sebesar 2,4 kW pada puncak radiasi matahari dan suhu
50
oC. Total daya panel surya yang dihasilkan masih dibawah kapasitas maksimal SCC. Oleh
karena itu, keterangan SCC pada simulasi menggunakan PVsyst memberi peringatan bahwa
daya SCC sedikit lebih besar dari daya panel surya yang masuk. Daya panel surya yang lebih
rendah dari pada kapasitas maksimal SCC, tidak akan merusak komponen SCC yang
digunakan. Nilai operasional tegangan input panel surya masih berada didalam batas
Universitas Pertamina - 40
operasional MPPT pada SCC. Terlihat pada Gambar 4.25 bahwa nilai V
OCpada panel surya
sebesar 119 V berada dibawah rating tegangan input maksimal pada SCC sebesar 150 V.
+
-Gambar 4.26 Rangkaian String Panel Surya terhadap SCC pada Sistem Hybrid
SPD SPD SPD Fuse 10 A Combiner Box
SCC #1
EPEVER
IT6415ND
PV In Batt OutString #1
2 x 440 Wp
String #2
2 x 440 Wp
String #3
2 x 440 Wp
Gambar 4.27 Rangkaian Panel Surya Terhadap SCC pada sistem Hybrid
+
Universitas Pertamina - 41
+
-Gambar 4.29 Rangkaian String Panel Surya terhadap MPPT B Inverter pada Sistem Hybrid
Fuse 10 A
Inverter
SOFAR HYD 3000-ES AC OutString #1
4 x 440 Wp
SPDString #1
3 x 440 Wp
SPD MPPT A PV In MPPT BGambar 4.30 Rangkaian String Panel Surya Terhadap SCC
Berdasarkan Gambar 4.27 dan 4.30, jumlah total panel surya yang terhubung dengan pada SCC serta inverter berjumlah 13 unit. Dengan total panel surya sebanyak 13 unit, maka total kapasitas daya yang dibangkitkan dengan menggunakan JA Solar JAM78S10-440/MR sebesar 5.720 W. Total panel surya sebanyak 8 buah akan membutuhkan area instalasi seluas 28,23 m2