Perhitungan dan Analisis dengan Metode Integrasi

III. ANALISIS TEKNIK DAN EKONOMI

3.1 Analisis Teknik

3.1.2 Perhitungan dan Analisis dengan Metode Integrasi

• Material Penerangan Jalan Tol Solar Cell

Adapun material-material pada PJU solar cell adalah tiang PJU, lampu LED, panel sel surya, baterai, solar charge controller, serta box baterai dan solar charge controller.

Dalam perhitungan panel surya yang dibutuhkan, perlu diketahui potensi dari radiasi matahari (nilai iradiasi matahari) pada daerah proyek. Dengan merujuk pada pveducation.org (perhitungan terdapat pada lampiran 1), maka diperoleh nilai iradiasi surya pada tiga waktu yang berbeda yaitu:

• Nilai iradiasi pada pukul 09.00 = 989 W/m²

• Nilai iradiasi pada pukul 12.00 = 1047 W/m²

• Nilai iradiasi pada pukul 03.00 = 917 W/m²

Maka dari nilai tersebut, dapat diperoleh persamaan polinomial melalui grafik yaitu:

y = -31.746x²+ 759.5x - 3380.6

23 Maka nilai radiasi total selama sehari dapat diestimasikan dengan cara integral sebagai berikut:

𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑖𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = [−7,53𝑥³ + 270,22𝑥²− 2116,6𝑥]₅¹⁹ 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑖𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = 10.441,03 𝑊ℎ/𝑚²

Sehingga total iradiasi pada jangka waktu sehari dari pukul 5 hingga 7 yaitu 10.441,03 Wh/m². Untuk menghitung berapa banyak modul yang diperlukan dalam satu sistem maka dapat dianggap kita menggunakan modul PV dengan kapasitas 50 Wp, maka setelah dilakukan perhitungan nantinya kita dapat mengetahui apakah 1 modul ini cukup ataupun tidak untuk memenuhi kebutuhan daya lampu. Jika tidak mencukupi maka dapat digunakan modul PV dengan kapasitas yang lebih besar maupun menambah jumlah modul dengan konsekuensi biaya investasi akan lebih besar pula.

➢ Anggap kita menggunakan 50 Wp PV Module dengan ukuran 660 x 670 x 25 mm, maka luas area pv modul sebesar 0,442 m² dengan efisiensi 12%, sehingga dalam sehari pv dapat memproduksi energi listrik sebesar:

𝑃𝑉_{𝑝𝑜𝑤𝑒𝑟} = 𝐼_𝑠𝑢𝑛𝑥 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑥 𝐸𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑦 𝑃𝑉_{𝑝𝑜𝑤𝑒𝑟} = 10.441,03^𝑊ℎ

𝑚²𝑥0,442 𝑚²𝑥14% = 646,09 𝑊ℎ

Sehingga total pv modul yang dibutuhkan dalam satu tiang yaitu:

𝑛_𝑚𝑖𝑛 = 𝑃_{𝑙𝑜𝑎𝑑}𝑥𝑡

𝑃𝑉_{𝑝𝑜𝑤𝑒𝑟} 𝑥 𝜂_𝑚𝑖𝑛 = 516

646,09 𝑥 90%= 0,887 ≈ 1 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑟𝑦𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑖𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = ∫ −22,596𝑥²+ 540,44𝑥 − 2116,6

19

5

24

• Baterai

Data baterai yang dipakai pada PJU adalah :

Tabel 10. Spesifikasi baterai yang digunakan

Syarat baterai bekerja secara normal adalah, arus tersimpan di baterai tidakboleh terkuras lebih dari 25%, sehingga DOD (deep of discharge) = 100% - 25% = 75%. Cadangan beban adalah cadangan daya untuk beban (lampu) apabila panel surya tidak dapat menerima sinar matahari atau dalam satu hari cuaca dalam keadaan mendung, biasanya dibuat cadangan untuk beban dalam satu hari.

𝑐𝑎𝑑𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 1 ℎ𝑎𝑟𝑖 = 𝐸_{𝑙𝑜𝑎𝑑}

𝑉 = 516

12 = 43 𝐴ℎ Maka untuk mencari kapasitas baterai PJU solar cell adalah :

𝑖_𝑏 =

(𝐸_{𝑚𝑎𝑘𝑠}

𝑉_𝑏 + 𝑐𝑎𝑑𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑠𝑒ℎ𝑎𝑟𝑖 (𝐴ℎ)) 𝐷𝑂𝐷𝑥 𝜂_{𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖}

𝑖_𝑏 =(2𝑥344

12 + 43)

0,75𝑥 0,9 = 148,67 𝐴ℎ

Sehingga minimal kapasitas arus baterai 148,67 Ah, dan diambil baterai yang berkapasitas 150 Ah.

Gambar 10. Baterai dengan kapasitas 150 AH 12 V

25

• Solar Charge Controller

Berikut data solar charge controller yang dipakai pada PJU solar cell:

Tabel 11. Spesifikasi solar charge controller yang digunakan

Tipe solar charge controller ini bisa diprogram mempunyai kemampuan dual load atau dimmable load output. Tipe pengisian Pulse Width Modulation (PWM), mempunyai 4 stage of charge: main, float, boost dan Equalization.

Gambar 11. Solar Charge Controller

Ukuran atau rating untuk alat pengontrol aliran masuk dan keluar dari aki dalam satuan Ampere:

𝑖_𝑐𝑐 = 𝑃_{𝑚𝑎𝑘𝑠}

𝐹𝐹𝑥𝑉_𝑜𝑐𝑥(100% + 𝜂 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖) 𝑖_𝑐𝑐 = 2𝑥80

0,72𝑥22𝑥(100% + 90%) 𝑖_𝑐𝑐 = 19,19 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 ≈ 20 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒

Setelah dilakukan perhitungan dan mempertimbangkan beberapa aspek teknis dalam membangun PJUTS ini, maka desain final dari sistem standart yang telah dirancang yaitu:

26 Dalam projek ini, kami menawarkan teknologi terbaru dari sistem PJUTS yang telah ada yaitu All in One Integrated Solar Street Lighting System. Dimana sistem ini nantinya akan bekerja dengan nilai kriteria desain yang telah dihitung sebelumnya namun memiliki beberapa keunggulan diantaranya:

1. Solar panel, lampu LED, baterai dan controller berada pada satu modul (all in one design)

27 2. Mudah dan murah dalam instalasi

3. Dapat menyala dan padam secara otomatis bergantung pada sensor cahaya, sehingga pada saat siang hari dimana terdapat banyak cahaya maka lampu akan padam dan pv akan mulai bekerja menghasilkan listrik yang disimpan pada baterai, begitupun sebaliknya. Pada malam hari lampu akan menyala dengan menggunakan listrik yang berasal dari baterai yang telah di charge selama seharian.

4. Tersedia sensor gerakan yang dapat mengatur intensitas pencahayaan yang dipancarkan oleh lampu LED. Pada saat terdapat banyak pengguna jalan yang melintas, maka intensitas lampu akan disetsebesar 100%, namun saat tidak ada pengendara yang melintas maka lampu akan redup dengan intensitas 30%. Pengaturan ini bertujuan untuk menghemat energi yang digunakan.

5. Lebih murah dan mudah dalam transportasi 6. Anti badai dan desain lebih sederhana dan aman.

➢ Dengan intensitas pencahayaan yang kuran lebih sama dengan sistem sebelumnya, kami menawarkan desain teknis dari all in one integrated solar street lighting system dengan spesifikasi komponen yang hampir sama dengan hasil perhitungan namun lebih compact dalam perancangannya, yaitu:

a. Spesifikasi modul pv

28 b. Spesifikasi baterai

c. Spesifikasi LED

desain keseluruhan all in one integrated solar street lighting:

29 3.2 Analisis Ekonomi

PJU (Penerangan Jalan Umum) Tenaga Surya atau PJUTS adalah penerangan jalan umum dimana daya listrik untuk lampu disuplai oleh sistem mandiri yang diperoleh dari energi matahari.

PJUTS mempunya biaya operasi dan perawatan yang rendah dikarenakan PJUTS tidak memerlukan bahan bakar dalam pengoperasiannya. PJUTS memiliki biaya investasi yang sangat besar.

Hasil dari Analisis Teknik PJUTS untuk jalan bebas hambatan atau jalan tol Probolinggo-Banyuwangi sepanjang 60 km. Jarak antar tiang PJUTS adalah 40 m maka jumlah PJUTS yang dibutuhkan 1500 tiang.

Analisis Ekonomi yang ditawarkan terdiri dari 3 pilihan, 1. PJUTS dengan membeli komponen terpisah

2. PJUTS yang sudah jadi satu paket – Solar Street Light 3. Integrated All in One Solar Street Lighting

• PJUTS dengan membeli komponen terpisah

No Komponen Jumlah Harga

30

• PJUTS yang sudah jadi satu paket – Solar Street Light

No Komponen Jumlah Harga

Acuan harga dari PT. SEI Indotama

• Integrated All in One Solar Street N

o Komponen Juml

ah

Harga

Satuan Kurs Total

1 Integrated All in One Solar

Street Lighting 1500 $

Dari ketiga analisis ekonomi biaya termurah adalah menggunakan Integrated All in One Solar Street Lighting dengan biaya per tiang IDR 7,588,950 dibandingkan dengan membeli komponen terpisah IDR 11,120,000 per tiang dan Solar Street Light IDR 24,254,000.

31 DAFTAR PUSTAKA

1. Raymond Simanjorang.Merencanakan PJU Tenaga Surya.PT Hexamitra Daya Prima 2. Engga Kusumayogo, dkk. Analisis Teknis dan Ekonomis Penerapan Penerangan Jalan

Umum Solar Cell untuk Kebutuhan Penerangan di Jalan Tol Darmo Surabaya. Malang : Jurusan Teknik Elektro Universitas Brawijaya

3. Direktorat Jenderal Bina Marga. 1992. Spesifikasi Lampu Penerangan Jalan Perkotaan Jakarta

4. Daniel Bimbingan Limbong. Perbandingan Teknis dan Ekonomis Penggunaan Penerangan Jalan Umum Solar Cell Dengan Penerangan Jalan Umum Konvensional. 2014. Medan : Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera UtaraSNI 7391:2008 tentang Spesifikasi penerangan jalan di kawasan perkotaan

5. PERMEN PU No16 /PRT/M/2014 tentang Standar Pelayanan Minimal Jalan Tol 6. http://alpensteel.com

7. http://solarsuryaindonesia.com 8. TMLEnergy.com

9. www.bisnis.com/amp/read/20170930/45/694507/ini-rencana-lelang-pengoperasian-tol-probolinggo-banyuwangi

10. Undang-undang Nomor 26 tahun 1985.

11. SNI 7391:2008 tentang Spesifikasi penerangan jalan di kawasan perkotaan.

12. PERMEN PU No16 /PRT/M/2014 tentang Standar Pelayanan Minimal Jalan Tol.

32 LAMPIRAN

PERHITUNGAN GLOBAL IRRADIATION DATA :

Lokasi : Kabupaten Probolinggo, Jawa Timur

Kabupaten Probolinggo Latitude -7,602 Longitude 112,78

Gsc 1,367 kW/m2

Zona Waktu Waktu Indonesia Barat

ΔT GMT +7.00 jam

Tanggal 7 Februari 2017

Jam (Local Time) 09.00 , 12.00 dan 15.00 WIB ASUMSI :

1. Kondisi clear sky ( pengaruh shading, awan, dan cuaca diabaikan) 2. Radiasi matahari yang sampai di bumi 70%

3. Diffuse irradiation diasumsikan sebesar 10% dari beam irradiation 4. Horizontal surface (slope diabaikan)

5. Ketinggian lokasi pada saat perhitungan beam radiation diabaikan PERHITUNGAN :

33 a. Menentukan Local Standart Time Meridien (LSTM)

LSTM merupakan referensi yang digunakan untuk zona waktu tertentu terhadap GMT

b. Menghitung Equation of Time (EoT)

EoT adalah persamaan empiris yang mengoreksi kemiringan orbit bumi dan sumbu bumi.

Eot = 9,87 sin (2B) – 7,53 cos (B) – 1,5 sin (B) Dimana,

c. Menghitung Time Correction Factor (TC)

TC merupakan total dari faktor koreksi yang terdiri dari LSTM dan EoT, pada persamaan angkat 4 diperoleh dari fakta bahwa bumi berotasi 1o tiap 4 menit.

d. Menghitung Local Solar Time (LST)

e. Menghitung Hour Angle (HRA)

Perhitungan HRA bertujuan untuk mengkonversi local solar time (LST) ke dalam nilai derajat dimana matahari bergerak melintasi langit. Yang artinya, HRA = 0o saat tengah hari. Karena bumi berputar sebesar 15o per jam, maka satu jam dari sebelum atau lewat dari tengah hari sama dengan suatu gerakan sudut matahari di langit sebesar 15o. Pada pagi hari, nilai HRA adalah negatif dan sore hari nilai HRA adalah negatif.

34 f. Menghitung Declination Angle (δ)

Sudut deklinasi bervariasi musiman karena kemiringan bumi pada porosnya dan rotasi bumi mengelilingi matahari. Jika bumi tidak miring pada poros rotasi, maka sudut deklinasi akan selalu 0 °. Namun, Bumi memiliki kemiringan 23,45 ° dan sudut deklinasi bervariasi plus atau minus dalam rentang tersebut. Sudut deklinasi sama dengan 0o hanya pada saat musim semi dan musim gugur ekuinoks.

g. Menghitung Elevation Angle

Elevation angle atau sudut elevasi adalah tinggi sudut matahari di langit diukur dari horisontal.

Ketinggian sudut elevasi adalah 0^o saat matahari terbit dan 90^o ketika matahari tepat diatas kepala.

Sudut elevasi bervariasi sepanjang hari, hal ini tergantung pada garis lintang dari lokasi tertentu dan hari dalam setahun. Sudut elevasi dapat dihitung dengan rumus:

35 h. Menghitung Zenith Angle (θ)

Zenith angle adalah sudut antara matahari dengan garis vertikal yaitu sudut dari beam radiation pada permukaan horizontal.

i. Menghitung Air Mass (AM)

Air mass adalah rasio dari jarak yang ditempuh oleh beam radiation saat matahari terletak pada zenith.

j. Menghitung Beam Radiation (IB)

Beam radiation adalah radiasi yang diterima secara langsung dari matahari tanpa adanya pembauran di atmosfer. beam radiation dapat dihitung melalui persamaan berikut :

Dimana 1,367 kW/m2 merupakan nilai solar constant dan angka 0,7 diperoleh dari jumlah radiasi matahari yang sampai ke bumi. Sedangkan 0,678 merupakan ketetapan empiris yang diperoleh melalui percobaan dengan memperhitungkan ketidak-seragaman dalam lapisan atmosfer.

36 k. Menghitung Diffuse Radiation (IB)

Diffuse radiation adalah radiasi surya yang diterima dari matahari setelah mengalami pembauran di atmosfer. meskipun saat hari cerah (clear day), diffuse radiation masih sekitar 10% dari beam radiation. Sehingga persamaan sederhana untuk diffuse radiation adalah:

Sehingga,

ID saat pukul 09.00 = 0,0899 kW/m² ID saat pukul 12.00 = 0,0952 kW/m² ID saat pukul 15.00 = 0,0834 kW/m²

l. Menghitung Global Irradiation (IG)

Global irradiation adalah total dari beam radiation dan diffuse radiation pada permukaan bumi, sehingga :

IGlobal = IBeam + IDiffuse

maka,

- Global irradiation pada daerah Probolinggo pada pukul 09.00 WIB sebesar 0,989 kW/m² - Global irradiation pada daerah Probolinggo pada pukul 12.00 WIB sebesar 1,047 kW/m² - Global irradiation pada daerah Probolinggo pada pukul 15.00 WIB sebesar 0,917 kW/m²