RANCANG BANGUN PROTOTYPE SISTEM PEMBANGKITAN ENERGI TERBARUKAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS) YANG TERINTEGRASI DENGAN JARINGAN PLN

ABSTRAK

RANCANG BANGUN

PROTOTYPE SISTEM PEMBANGKITAN ENERGI TERBARUKAN

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS) YANG TERINTEGRASI DENGAN JARINGAN PLN

Oleh: Riady Amartha

Salah satu masalah yang akan timbul pada panjangnya saluran listrik adalah Voltage Drop. Oleh karena itu, perlu adanya usaha untuk memperbaiki Voltage Drop tersebut, seperti dibangunnya pembangkit-pembangkit kecil di sepanjang saluran.

Sebuah prototype Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang terintegrasi dengan jaringan Perusahaan Listrik Negara (PLN) dibuat dengan harapan mampu memberikan gambaran solusi tentang perbaikanVoltage Droptersebut.

Spesifikasi alat yang dibuat adalah berupa satu unit panel surya dengan kapasitas daya 20 Wp, Battery Control Regulator (BCR), baterai/aki sealed maintenance free (aki kering) dengan kapasitas 3,5 Ah, dan inverter 12Vdc-220Vac. Spesifikasi alat lain yang digunakan untuk proses sinkronisasi adalah dioda bridge 15V 2A, kapasitor 1mF, IC regulator 7815 dan 7915, indikator led, transformator, VCB, dan kabel.

Dari hasil pengujian diperoleh bahwa prototype PLTS yang terintegrasi dengan PLN mampu memperbaiki Voltage Drop dengan waktu pengisian baterai lebih cepat dan lama pemakaiannya lebih lama, jika dibanding dengan sistem pembangkitan yang tidak terintegrasi (PLN saja atau PLTS saja).

ABSTRACT

PROTOTYPE DESIGN AND RENEWABLE ENERGY GENERATION SISTEMS OF SOLAR POWER PLANT WITH INTEGRATED NETWORK

STATE ELECTRITY COMPANY (PLN) From :

Riady Amartha

One of big problems that may occur during the long electricity transmission is voltage drop. An attempt to overcome that problem is necessary such as building small generators through out the line.

A prototype of solar electricity generator that integrated with the national electricity company made in hope to be able to give solution about fixing the voltage drop issue.

The tools that are being used are one unit of solar panel that has 20 Wp of capacity, battery control regulator (BCR), sealed maintenance free (accumulator) with 30 Ah capacity, and an inverter that works within 12Vdc-220Vac. Anothers tools that are being used are bridge diode 15V 2A, 1 mF capacitor, 7815 IC (Regulator IC) and 7915, LED indicator, transformator, PCB, and cables.

From the testing result,conclude that the PLTS prototype which integrated with PLN can fix voltage drop issue, with faster battery recharging and last longer operating time, compared with un-integrated generating system (PLN or PLTS only).

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Penulis dilahirkan di Desa Sukanegara, Kecamatan Bulok Kabupaten Tanggamus, Provinsi Lampung pada tanggal 18 Maret 1989, sebagai anak pertama dari empat bersaudara, dari Bapak Zalmuhai dan Ibu Daiyana, S.Pd.

Penulis memasuki dunia pendidikan Taman Kanak-kanak di TK Aisyah Bustanul Athfal, Sekolah Dasar (SD) di SD Negeri 1 Sukamara, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama (SLTP) di SLTP Negeri 1 Pardasuka, Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA Negeri 7 Bandar Lampung, lulus tahun 2007.

Tahun 2008, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung Melalui Jalur SNMPTN (Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri). Setelah semester lima, penulis mengambil konsentrasi Sistem Energi Elektrik (SEE) sebagai pilihan konsentrasi pada jurusan.

Penulis melakukan Kuliah Kerja Nyata pada semester enam di Rt Sidodadi, Desa Pesawaran Indah, Kecamatan Padang Cermin, Kabupaten Pesawaran, dengan tema “Rumah Pengering” selama 40 hari terhitung sejak 2 juni 2011 hingga 12 juli 2011.

LEMBAR PERSEMBAHAN

Skripsi ini kupersembahkan untuk :

1. Ayah dan Ibu tercinta yang tak henti-hentinya mendukungku baik moril maupun materil serta memberikan doa dan semangat kepadaku sehingga aku dapat menyelesaikan kuliahku di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.

2. Adik-adikku Okta Miyartha, S.Pd., Deza Arnamitha dan Aulia Novitha yang telah memberikan doa dan dukungannya yang membuatku semangat dalam menyelesaikan skripsi ini.

3. Istriku terkasih Yuni Latifa S.Pd yang tak pernah lelah selalu mendoakan dan membantu dalam penyelesaian laporan skripsi ini.

4. Seluruh rekan-rekan teknik elektro yang membanggakan khususnya angkatan 2008 atas kerjasama dan bantuannya yang telah diberikan kepadaku dalam segala hal.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan skripsi ini. Laporan skripsi ini disusun guna memenuhi salah satu persyaratan kelulusan pada jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung.

Penulisan laporan skripsi ini tidak dapat berjalan tanpa dukungan dan bimbingan dari semua pihak, melalui kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya dan penghargaan yang setinggi-tingginya atas bimbingannya selama ini kepada:

1. Ibu Dr. Eng. Dikpride Despa, S.T., M.T. Selaku Pembimbing I. 2. Ibu Nining Purwasih, S.T., M.T. Selaku pembimbing II.

3. Ibu Dr. Eng. Endah Komalasari, S.T., M.T. Selaku penguji. Melalui kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada:

4. Bapak Prof. Dr. Ir. Sugeng P. Harianto, M.S, Selaku Rektor Universitas Lampung.

5. Bapak Prof. Dr. Suharno, M.Sc., Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.

6. Bapak Agus Trisanto, Ph.D., Selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro

7. Ibu Herlinawati, S.T., M.T., Selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro

Universitas Lampung.

8. Bapak Dr. Eng Lukmanul Hakim, S.T., M.Sc. Selaku Pembimbing Akademik.

9. Bapak Charles Ronald Harahap, S.T., M.T., Selaku Pembimbing Akademik.

10. Ayahanda Zalmuhai dan Ibunda Daiyana, S.Pd. tercinta yang selalu mendoakan dan mendukungku agar senantiasa tetap terus berikhtiar dan bertawakal.

11. Adik-adikku tersayang Okta Miyartha, S.Pd, Deza Arna Mitha, Aulia Novitha, yang selalu mendoakan dan mendukungku.

12. Istri terkasih Yuni Latifa, S.Pd yang selalu mendoakan dan mendukung dalam menyelesaikan penulisan laporan tugas akhir ini.

13. Keluarga besar Sepakat (Alm), yang senantiasa kebersamaan dan kekeluargaan yang luar biasa tak terhingga sehingga memberikan motivasi yang begitu besar kepada saya.

14. Teman seperjuanganku, M. Cahyadi, Andrie Dwi Setyawan, Herdiawan Yudistira, Jeni Achmat Rinaldi, S.T., dan Felix Manahan A.N yang selalu ada dalam kebersamaan selama awal perkuliahan sampai dengan selesainya penulisan laporan ini.

15. Sahabat-sahabatku satu angkatan 2008 yang sangat aku hargai dan aku banggakan.

17. Seluruh teman-teman di Teknik Elektro Universitas Lampung, baik angkatan 2006, 2007, 2009, 2010 yang telah membantu hingga penulisan skripsi ini selesai.

18. Keluarga Bapak Wawan Karnawan dan Ibu Puji di Gedong Air yang ikut serta memberikan motivasi dan doa.

19. Keluarga Mas Agus di Kemiling yang ikut serta memberikan motivasi dan doa.

20. Keluarga Bapak Yazid di Langkapura yang juga ikut serta memberikan motivasi dan doa.

Bandar Lampung, 4 September 2014

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

ABSTRAK ... iv

KATA PENGANTAR ... v

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR TABEL... xii

DAFTAR GRAFIK ... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Tujuan Penelitian ... 2

1.3 Manfaat Penelitian ... 3

1.4 Rumusan Masalah ... 3

1.5 Batasan Masalah ... 4

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Spesifikasi Sel Surya... 6

2.1.1 Karakteristik Sel Surya ... 6

2.1.2 Sistem Kerja PLTS... 8

2.1.3 Komponen Sistem PLTS... 10

a. Modul Surya ... 10

b. Baterai/Aki ... 11

c.Battery Control Regulator... 13

d. Inverter ... 14

e. Komponen Pendukung ... 15

2.2 Jaringan PLN (Perusahaan Listrik Negara) ... 15

2.3 Sinkronisasi pada Sistem Tenaga ... 18

2.3.1 Syarat-Syarat Proses Sinkonisasi ... 19

viii

Generator Tidak Terpenuhi ... 23

2.3.4 Jenis-Jenis Sinkronisasi... 27

BAB III METODE PENELITIAN ... 29

3.1 Waktu dan Tempat ... 29

3.2 Alat dan Bahan ... 29

3.3 Metode Penelitian ... 31

3.3.1 Studi Literatur ... 31

3.3.2 Pengambilan Data ... 31

3.3.3 Spesifikasi Perancangan... 32

3.3.4 Analisa ... 34

3.4 Diagram Alir Penelitian ... 34

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN... 36

4.1 Cara dan Proses Rancang BangunPrototypeSistem Energi Terbarukan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Skala Praktikum 36 4.1.1 Menentukan Alat-Alat yang Akan Digunakan... 36

4.1.2 Merancang dan Merangkai Alat-Alat padaPrototype... 39

4.1.3 Proses Sinkronisasi Jaringan PLN Terhadap Pembangkitan PLTS ... 43

4.2 Data Pengukuran ... 46

4.2.1 Sistem Pembangkitan ... 46

4.2.2 Sistem Distribusi ... 49

4.2.3 Sistem Beban ... 49

4.3 PengujianPrototypeDengan Pembangkitan ... 50

a. Pengujianprototypepembangkitan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) tanpa beban ... 50

b. Pengujianprototypepembangkitan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) terhadap beban ... 50

c. Pengujianprototypepembangkitan dengan jaringan PLN tanpa beban ... 50

d. Pengujianprototypepembangkitan dengan jaringan PLN terhadap beban ... 50

e. Pengujianprototypepembangkitan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang terinterkoneksi dengan jaringan PLN, tanpa beban... 50

f. Pengujianprototypepembangkitan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang terinterkoneksi dengan jaringan PLN, terhadap beban ... 50

4.4 Hasil Penelitian... 53

V. SIMPULAN DAN SARAN ... 56

5.1 Simpulan ... 56

ix

DAFTAR PUSTAKA... 58

LAMPIRAN... 59

1. Foto-Foto ... 59

a. Peralatan Pembangkitan ... 59

b. Peralatan Distribusi ... 61

c. Peralatan Beban ... 62

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1 Spesifikasi Alat yang Digunakan pada Sistem Pembangkitan ... 36

Tabel 4.2 Spesifikasi Komponen-Komponen yang Digunakan pada Alat Sinkronisasi Kedua Pembagkitan (PLTS dan PLN)... 37

Tabel 4.3 Spesifikasi Alat yang digunakan pada Sistem Jaringan Distribusi ... 39

Tabel 4.4 Data Pengukuran pada Pembangkitan PLTS ... 46

Tabel 4.5 Data Pengukuran Pada Sistem Distribusi Jaringan ... 49

Tabel 4.6 Data Pengukuran Pada Sistem Beban ... 50

Tabel 4.7 Data PengujianPrototypePembangkitan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Tanpa Beban ... 50

Tabel 4.8 Data PengujianPrototypePembangkitan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Terhadap Beban ... 51

Tabel 4.9 Data PengujianPrototypePembangkitan dengan Jaringan PLN Tanpa Beban ... 51

Tabel 4.10 Data PengujianPrototypePembangkitan dengan Jaringan PLN Terhadap Beban ... 51

Tabel 4.11 Data PengujianPrototypePembangkitan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang Terkoneksi dengan Jaringan PLN Tanpa Beban ... 51

DAFTAR GRAFIK

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Skema Sel Surya ... 6

Gambar 2.2 Kurva Karakteristik Sel Surya... 7

Gambar 2.3 Sistem Kerja Sel Surya ... 10

Gambar 2.4 Panel Surya... 11

Gambar 2.5 Baterai/Aki ... 12

Gambar 2.6Battery Control Regulator(BCR) ... 14

Gambar 2.7 Inverter ... 15

Gambar 2.8 Tarif Dasar PLN ... 16

Gambar 3.1 Diagram Alir Sistem PLTS Hingga ke Beban PadaPrototype .... 35

Gambar 4.1 Skema Pembangkitan Beban dengan Pembangkitan PLTS ... 41

Gambar 4.2 Skema Pembangkitan Beban dengan Pembangkitan Jaringan PLN ... 42

Gambar 4.3 Skema Sinkronisasi Pembangkitan Sistem Pembangkitan PLTS Terhadap Jaringan PLN... 44

Gambar 4.4 Rangkaian Ekivalen Hasil Dari Sinkronisasi PadaPrototype Pembangkitan Sistem Pembangkitan PLTS Terhadap Jaringan PLN... 45

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perusahaan Listrik Negara (PLN) merupakan penyuplai listrik di Indonesia dan sebuah Badan Usaha Milik Negara (BUMN) yang bergerak di bidang industri kelistrikan.

Indonesia merupakan negara yang luas dan memiliki goegrafis yang bervariatif, seperti dataran tinggi, perbukitan, lembah, dan dataran rendah. Oleh sebab itu, diperlukan saluran yang panjang dari pembangkit untuk sampai ke beban.. Salah satu masalah yang akan timbul pada panjangnya saluran listrik adalahVoltage Drop(Jatuh tegangan). Karenanya perlu adanya usaha untuk memperbaiki Voltage Drop yang disebabkan oleh rugi-rugi disepanjang saluran dengan cara membangun pembangkit-pembangkit kecil di sepanjang saluran. Tujuannyaadalah untuk memperbaikiVoltage Drop.

2

Pemilihan PLTS sebagai pembangkit alternatif adalah karena PLTS menggunakan sumber energi terbarukan yang memanfaatkan energi surya matahari (photovoltaic).

Selain merupakan energi terbarukan, PLTS juga merupakan sistem pembangkitan yang ramah lingkungan dan juga praktis serta flexible untuk memenuhi kebutuhan listrik dengan kemudahan pemakaian yang dapat digunakan dimana dan kapan saja.

Komponen sistem rangkaian dari PLTS ini merupakan komponen sistem yang umumnya terdiri dari rangkaian sel surya yang membentuk modul surya (PV Panel) dan beberapa komponen pendukung, seperti baterai, inverter, sistem kontrol, dan lain-lain.

Pada proses penggabungan kedua pembangkitan, maka masalah yang akan dihadapi adalah proses sinkronisasi. Proses sinkronisasi antar pembangkitan sistem akan berhasil jika memiliki kesamaan pada tegangan kerja, urutan phase, frekuensi kerja, dan sudut phase.

Dengan konsep ini, maka diharapkan sistem energi listrik terbarukan PLTS yang terintegrasi dengan jaringan PLN pada sebuahprototypedapat dijadikan model sebagai upaya dalam memperkecilVoltage Drop.

1.2 Tujuan

Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:

3

terbarukan PLTS terhadap beban dan terhadap beban yang terintegrasi dengan Jaringan PLN.

2. Menganalisis tegangan, arus dan daya pada sistemprototype.

1.3 Manfaat

Manfaat yang diharapkan agar tercapainya penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Dengan berhasilnya pembuatan prototype sistem pembangkitan energi terbarukan PLTS yang terintegrasi dengan jaringan PLN dapat dijadikan model sebagai usaha untuk memperbaikiVoltage Drop.

2. Dapat menjadi motivasi agar dapat terciptanya sistem pembangkitan energi terbarukan dan ramah lingkungan yang lain, bagi mahasiswa yang akan mengerjakan tugas akhir.

1.4 Rumusan Masalah

4

1.5 Batasan Masalah

Beberapa hal yang membatasi masalah dalam pembahasan tugas akhir ini adalah:

1. Sistem pembangkitan energi terbarukan PLTS. 2. Perhitungan daya, arus, dan beban padaprototype. 3. Spesifikasi alat pada rangkaian PLTS.

4. Perancangan skala pembangkitan hingga pendistribusian.

1.6 Sistematika Penulisan

BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini menjelaskan tugas akhir secara umum, yang berisi latar belakang, tujuan, manfaat penelitian, batasan masalah, rumusan masalah, hipotesis, dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini menjelaskan secara umum tentang teori dasar yang berhubungan materi dan peralatan yang akan dibuat, serta hal-hal yang berhubungan dengan aplikasi alat.

BAB III METODE PENELITIAN

5

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Berisi tentang hasil pengambilan data terukur, hasil pengujian terhitung dan terukur, serta analisa hasil perhitungan dan pengukuran yang diuji.

BAB V SIMPULAN DAN SARAN

Berisi tentang simpulan dari hasil penelitian yang dilakukan dan saran-saran untuk pengembangan penelitian lebih lanjut.

DAFTAR PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Spesifikasi Sel Surya

2.1.1 Karakteristik Sel Surya

Skema sel surya secara sederhana yang terhubung pada tegangan ditunjukkan pada Gambar 2.1. Sedangkan, arus dan kurva karakteristik sel surya ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.1 Skema Sel Surya[5]

7

dan arus diubah terlebih dahulu oleh inverter dari sebelumnya tegangan dan arusnya (12Vdc) menjadi (220Vac).

Gambar 2.2 Kurva Karakteristik Sel Surya[5]

Pada grafik di atas, menggambarkan keadaan sebuah sel surya beroperasi secara normal. Sel surya akan menghasilkan energi maksimum, jika nilai Vm dan Im juga maksimum. Sedangkan Isc adalah arus listrik maksimum pada nilai volt = nol; Isc berbanding langsung dengan tersedianya sinar matahari. Voc adalah volt maksimum pada nilai arus nol; Voc naik secara logaritma dengan peningkatan sinar matahari. Karakter ini yang memungkinkan sel surya untuk mengisi aki.

8

a. Short circuit current(ISC)

Arus maksimum pada tegangan nol, yaitu = 0, = dalam hal ini ISC berbanding langsung terhadap cahaya matahari yang tersedia.

b. Open circuit voltage(VOC)

Tegangan maksimum pada saat arus nol, nilai VOC meningkat secara logaritmik terhadap peningkatan cahaya matahari. Bila sel surya tak berbeban, maka akan terjadi arus hubung singkat (Isc). Dengan mengatur beban sampai harga tertentu, maka akan didapatkan kurva karakteristik arus dan tegangan sel surya. Bila bebannya sangat besar, maka tidak ada arus yang melewatinya. Kondisi ini sama dengan memutus penghubung pada amperemeter dan hasil penunjukan voltmeter merupakan tegangan tanpa beban (Voc). Pada keadaan tanpa penyinaran kondisi sel surya seperti dioda penyearah dan bila mendapat penyearah akan mengalir arus yang berlawanan dengan arah arus pada dioda. Grafik karakteristik antara tegangan dan arus dari sel surya pada kondisi gelap dan penyinaran terlihat seperti Gambar 2.2. Dari gambar karakteristik sel surya yang disinari terdapat tiga titik beban (Voc), arus hubung singkat (Isc), dan titik daya maksimum yang merupakan perkalian antara arus dan tegangan yang menghasilkan daya maksimum.

2.1.2 Sistem Kerja PLTS

9

10

Gambar 2.3 Sistem Kerja Sel Surya[5]

2.1.3 Komponen Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)

Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) secara umum terdiri dari beberapa komponen, yaitu:

a. Modul Surya

11

radiasi surya yang diterima. Daya keluaran modul surya juga dipengaruhi oleh faktor lingkungan, bayangan, sudut kemiringan instalasi, dan kebersihan permukaan panel surya.

Contoh panel surya dapat ditunjukkan pada Gambar 2.4 berikut,

Gambar 2.4 Panel Surya[9]

Modul surya menghasilkan listrik dan arus DC. Listrik DC ini dapat digunakan langsung pada beban-beban DC atau dapat juga untuk mengisi aki/baterai. Listrik dari modul surya ini juga dapat digunakan pada peralatan listrik AC dengan menggunakan inverter untuk mengubah arus DC menjadi AC.

b. Baterai/Aki

12

sistem PLTS karena Fluktuasi pemakaian (discharge) yang terjadi dalam sistem PV. Jenis baterai/aki yang bisa digunakan adalah:

1. Bateraideep cycle lead acidatau yang biasa digunakan pada mobil golf.

2. Baterai yang biasa digunakan pada kapal selam (dapat digunakan kurang lebih 2—3 tahun).

Contoh baterai/aki dapat ditunjukkan pada Gambar 2.5 berikut:

Gambar 2.5 Baterai/Aki[9]

Menentukan ukuran baterai/aki dengan langkah ini hanya dilakukan apabila menggunakan baterai dalam sistem PV yang akan dirancang, dapat dihitung dengan cara[4]:

13

= × 2

=

12 / 100

2. Kebutuhan baterai (dengan pertimbangan dapat melayani kebutuan 3 hari tanpa sinar matahari).

= × 3 × 2

=

12 / 100

Adanya faktor pengali 3 (tiga) pada persamaan yang menghitung kebutuhan baterai adalah untuk mengantisipasi bila hujan atau mendung terus-menerus selama 3 (tiga) hari berturut-turut atau tanpa adanya sinar matahari. Sedangkan, faktor pengali 2 (dua) disebabkan baterai tidak boleh 50% kehilangan kapasitasnya bila ingin baterainya tahan lama, terutama untuk baterai kering seperti gel dan AGM (Absorbent Glaas Mad). Dengan kata lain, diusahakan agar Depth of Diodary (DOD) tidak melampaui 50% karena sangat mempengaruhi lifetime dari baterai itu sendiri.

14

c. Baterry Control Regulator (BCR)

[image:31.595.177.487.361.523.2]

Komponen ini diperlukan untuk mengatur lalu lintas listrik dari modul surya ke baterai/aki dan dari baterai/aki ke beban. Saat baterai/aki sudah penuh, maka regulator akan memberhentikan proses pengisian listrik dari modul surya ke baterai, dan akan mengisi kembali setelah baterai/aki berkurang lebih dari atau sama dengan 5% dari kapasitas maksimum. begitu sebaliknya. Saat listrik di dalam baterai tinggal 20-30% regulator akan memutus aliran listrik dari baterai ke beban, contoh dari BCR dapat dilihat pada Gambar 2.6 berikut,

Gambar 2.6Battery Control Regulator(BCR)[9]

d. Inverter

15

[image:32.595.223.407.140.269.2]

250 Watt hingga 8000 Watt. Contoh inverter dapat ditunjukkan pada Gambar 2.7 berikut,

Gambar 2.7 Inverter[9]

e. Komponen Pendukung

Selain komponen-komponen utama, sistem PV juga memiliki beberapa aksesoris dan komponen pendukung lainnya, seperti pengkabelan, aksesoris lain bergantung jenis aplikasinya, yang terdiri dari modul, baterai atau sekelompok baterai, battery control regulator, kabel penghubung, dan peralatan rumah tangga.

2.2 Jaringan Perusahaan Listrik Negara (PLN)

PLN merupakan sebuah Badan Usaha Milik Negara (BUMN) yang bergerak dibidang industri kelisrikan didirikan pada 27 Oktober 1945 dan satu-satunya penyuplai listrik terbesar di indonesia dengan berbagai pembangkitan untuk memenuhi kebutuhan listrik pada masyarakat luas.

16

3. PLTG (Pembangkit Listrik Tenaga Gas);

4. PLTD (Pembangkit Listrik Tenaga Disel), dan lainnya.

[image:33.595.177.467.318.550.2]

Hingga saat ini pada dasarnya PLN masih menggunakan energi fosil yaitu berupa batu bara dan minyak bumi sebagai energi pembangkitan yang merupakan energi yang akan berkurang dan habis, jika terus-menerus digunakan. Hal ini secara tidak langsung memengaruhi perekonomian pengguna listrik karena dapat kita lihat bahwa Tarif Dasar Listrik (TDL) setiap tahunnya meningkat.

Gambar 2.8 Tarif Dasar PLN

(http://bisnis.liputan6.com/read/478646/cek-disini-berapa-besar-kenaikan-biaya-listrik-rumah-anda)

17

akan membutuhkan banyak energi berupa batu bara sebagai energi pemutar turbin agar generator mampu menghasilkan daya yang dibutuhkan oleh beban.

PT persero Perusahaan Listrik Negara (PLN) menyatakan pada sebuah media VIVANEWS.COM pada hari Kamis tanggal 3 April 2014 “Kami kesulitan melakukan penyambungan pembangkit listrik energi terbarukan berkapasitas di bawah 10 MW ke sistem distribusi PLN. Kesulitan penyambungan pembangkit listrik energi terbarukan berkapasitas kecil adalah karena belum adanya pedoman standar terkait teknis dan prosedur”. Direktur Operasi Jawa Bali Sumatera PLN Ngurah Adnyana mengatakan akibat belum adanya pedoman yang standar, pihaknya kesulitan menyerap pasokan listrik dari pembangkit-pembangkit kecil. Padahal, listrik dari pembangkit jenis ini (energi terbarukan) sangat dibutuhkan PLN guna mengurangi beban

pembelian BBM sebagai bahan baku.“Tahun ini kami menargetkan porsi

BBM sebagai bahan baku pembangkit turun 4% dibanding tahun lalu atau menjadi 9,3% saja. Karena itu, penyerapan energi listrik dari pembangkit kecil tersebut perlu ditingkatkan,” ungkapnya, Kamis (3/4/2014) pada media “vivanews.com”

18

perseroan terhadap energi listrik dari pembangkit kecil ini mencapai 300 MW. Sementara potensi yang ada mencapai 2.400 MW.

2.3 Sinkronisasi Pada Interkoneksi Sistem Tenaga

Pembangkitan dalam sistem interkoneksi adalah suatu sistem tenaga listrik yang terdiri dari beberapa pusat listrik (pembangkit) dan beberapa Gardu Induk (GI) yang saling terhubung (terinterkoneksi) antara satu dengan yang lain melalui sebuah saluran transmisi dan melayani beban yang ada pada semua gardu induk yang terhubung. Adanya sistem interkoneksi menyebabkan :

1. Keandalan sistem yang semakin tinggi

2. Efisiensi pembangkitan tenaga listrik dalam sistem meningkat 3. Mempermudah penjadwalan pembangkitan

Tujuan utama dari operasi sistem tenaga listrik memenuhi kebutuhan daya (demand) dengan biaya yang minimum, dimana sistem harus aman dengan dampak terhadap lingkungan di bawah standar, mempunyai keandalan yang memenuhi standar dan dapat melayani permintaan secaracontinuesepanjang waktu.

19

memenuhi kebutuhan (beban) secara otomatis dan terus menerus dengan aman.

2.3.1 Syarat-Syarat Proses Sinkronisasi

Sinkronisasi atau menghubungkan paralel atau sejajar perlu dipenuhi tiga syarat untuk tegangan sistem-sistem yang akan diparalelkan yaitu:

a. Memiliki Tegangan Kerja yang Sama

Dengan power faktor satu berarti tegangan antara dua sumber tegangan itu berasal dari dua sumber yang sifatnya statis, misal daribattery atau transformator, maka tidak akan ada arus antara keduanya. Namun, apabila dua sumber merupakan sumber tegangan yang dinamis (generator), maka power faktornya akan terjadi deviasi naik dan turun secara periodik bergantian dan berlawanan. Hal ini terjadi karena adanya sedikit perbedaan sudut phase yang sesekali bergeser karena faktor gerak dinamis dari penggerak.

20

faktor yang berbeda dengan selisih tidak terlalu akibatnya, salah satu generator yang memiliki nilai power faktor rendah akan memiliki nilai arus yang sedikit lebih tinggi. Hal yang harus diperhatikan adalah tidak melebihi arus nominal dan daya nominal dari generator. Pada generator yang akan diparalel biasanya di dalam alternatornya ditambahkan peralatan yang dinamakan “droop kit”. Droop kit ini berupa current transformer yang dipasang. Di sebagian lilitan dan outputnya disambungkan ke AVR. Droop kit ini berfungsi untuk mengatur power faktor berdasarkan besarnya arus beban. Sehingga pembagian beban KVAR diharapkan sama pada KW yang sama.

b. Memiliki Urutan Phase yang Sama

Yang dimaksud urutan phase adalah arah putaran dari ketiga phase. Arah urutan ini dalam dunia industri dikenal dengan nama CW (Clock Wise) yang artinya searah jarum jam dan CCW (Counter Clock Wise) yang artinya berlawanan dengan jarum jam. Hal ini dapat diukur dengan alatPhase Sequencetipe jarum. Jika pada saat mengukur jarum bergerak berputar ke kanan dinamakan CW dan jika berputar kekiri dinamakan CCW. Disamping itu, dikenal juga urutan phase ABC dan CBA. ABC identik dengan CW, sedangkan CBA identik dengan CCW.

c. Memiliki Frekuensi Kerja yang Sama

21

Pada jaringan distribusi dipasang alat pembatas frekuensi yang membatasi frekuensi pada minimal 48,5 Hz dan maksimal 51,5 Hz. Namun pada generator pabrik over frekuensi dibatasi sampai 55 Hz sebagai overspeed.Pada saat hendak paralel, dua buah generator tentu tidak memiliki frekuensi yang sama persis. Jika memiliki frekuensi yang sama persis, maka generator tidak akan bisa paralel karena sudut phasanya belum sesuai. Salah satu harus dikurang sedikit atau dilebihi sedikit untuk mendapatkan sudut phasa yang tepat. Setelah dapat disinkron dan berhasil sinkron, maka kedua generator memiliki frekuensi yang sama persis.

d. Memiliki Sudut Phase yang Sama

22

sinkron generator, yaitu Load sharing, Synchronizing,Dependent start stop, dan lain lain.

Apabila salah satu syarat di atas tidak dipenuhi, maka antara kedua sistem yang diparalelkan akan terjadi selisih tegangan yang dapat menyebabkan arus yang cukup besar sehingga dapat menimbulkan kerusakan pada mesin. Dalam praktik ada suatu alat yang dapat mengecek ketiga syarat tersebut diatas yaitu yang disebut sinkronoskop. Selain sinkronoskop, dapat digunakan juga seperti sinkronoskop lampu, pengukur volt nol, dan osilograf elektron yang dapat dipergunakan sebagai sinkronoskop.

2.3.2 Proses Sinkronisasi

Prosedur untuk melakukan proses sinkronisasi dapat diuraikan sebagai berikut:

1. Menghidupkan Sychronizing Switch untuk memulai proses paralel • Untuk proses paralel secara manual, Synchronizing Switch

diposisikan pada posisi manual.

• Untuk proses Paralel secara otomatis, Synchronizing Switch

diposisikan pada posisi auto.

2. Mengatur Voltage Adjuster untuk menyamakan tegangan Line dengan generator sambil mengatur Diff Voltage meter.

23

• Jika dilakukan dengan manual, maka pada saat jarum Syncron

berada pada posisi 5 s/d 10° sebelum mencapai titik puncak (posisi jam 12) dengan menggerakkan tuas CB pada posisi ON untuk melakukan paralel.

• Jika dilakukan secara otomatis, maka proses sinkronisasi (paralel)

akan bekerja sendiri.

2.3.3 Pengaruh yang Ditimbulkan Bila Ketentuan Sinkronisasi Generator Tidak Dipenuhi

24

2. Jika urutan phase tidak sama yaitu sistem ABC di paralel dengan sistem CBA, maka akan terjadi selisih tegangan sebesar 2 kali tegangan nominal. Hal itu bisa dideteksi dengan diukur secara manual menggunakan voltmeter, pada saat synchronoscope menunjuk 0 derajat, terdapat selisih sebesar 2 x 400 V.

3. Jika frekuensi tidak sama diparalelkan, maka akan terjadi beberapa kemungkinan yaitu dari yang paling ringan sampai yang paling berat. Sebagai contoh generator 1 memiliki frekuensi 49 hz, sedangkan generator 2 memiliki frekuensi 50 hz. Dengan melihat Synchronoscope, maka jarum akan berputar dengan kecepatan sudut 2 phi r/detik atau 1 putaran/ detik. Jika pada saat masuk pas pada sudut nol, maka generator yang memiliki frekuensi lebih rendah akan mengalami reverse power pada saat terhubung sinkron fekuensi ada pada 49,5 Hz dan proteksireverse powerakan bekerja mengamankan, namun jika pada saat masuk sinkron pas posisi Synchronoscope di sudut 180 derajat itu berarti terjadi selisih tegangan yang sangat besar disamping kemungkinan reverse juga terjadi kerusakan yang fatal terhadap generator, pada Breaker akan muncul arus yang besar dan menimbulkan percikan api yang besar dan pada Engine akan terjadi huntingsesaat. Hal itu bisa mengakibatkan kerusakan mekanis sampai patah padaCransaft, karena tekanan beban besar yang tiba-tiba.

25

reverse power Namun juga sangat berbahaya, jika berbeda sudutnya terlalu besar,Engineakan mengalami tekanan sesaat hinggahunting.

Power Factor Correction

Perbaikan power factor yaitu suatu usaha atau langkah-langkah untuk dapat mencapai sistem kelistrikan yang optimal. Power factor yang buruk dapat merugikan suatu sistem kelistrikan. Adapun kerugian yang dapat ditimbulkan dengan adanyapower factoryang buruk atau rendah adalah :

1. Daya terpasang listrik PLN (KVA) tidak dapat optimal. Jika beban yang ada sudah mencapai batas arus yang diijinkan, maka tidak dapat menambah beban listrik lagi. Sedangkan, kw yang terpakai masih dibawah daya terpasang.

2. Dengan power factor yang rendah akan dikenakan penalty/denda dari PLN yang nilai rupiah/kvarh nya cukup tinggi. Hal ini karena sudah melebihi ketentuan yang distandarkan dari PLN yaitu sebesar 0,85. (Sumber :http://pln.co.id)

3. Dengan power factor yang rendah, maka arus menjadi lebih tinggi. Dengan arus yang tinggi ini akan menjadikan kabel lebih panas karena energi yang terbuang karena arus, maka dengan tahanan kabel yang tetap dan arus yang melewati kabel berbanding lurus dengan panas yang dikeluarkan.

26

Tegangan jatuh berbanding lurus dengan arus yang melewati penghantar.

Dengan keempat kerugian yang ditimbulkan oleh karena power factor yang rendah, maka diupayakan memperbaikinya dengan memasang kapasitor bank. Konsep dasar sehingga dengan pemasangan kapasitor bank dapat memperbaiki power factor dari suatu sistem kelistrikan dapat dijelaskan sebagai berikut :

a. Beban-beban yang memiliki kecenderungan memiliki cosphi kurang dari satu tertinggal (leaging) adalah beban beban listrik yang memiliki unsur lilitan dan inti besi. misalnya lampu tabung dengan ballastnya, motor-motor listrik, las listrik, dan transformator regulator.

27

2.3.4 Jenis-Jenis Sinkronisasi

Berdasarkan jenisnya, sinkronisasi tegangan dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu:

1. Sinkronisasi Tegangan AC—AC

Pada sinkronisasi tegangan arus bolak-balik (VAC) dapat dilihat pada aplikasi nyata yaitu berupa sinkronisasi dua atau lebih generator AC pada pembangkitan. Pada dasarnya tegangan, frekuensi, fasa, dan sudut fasa dari kedua pembangkitan akan berbeda. Output dari proses sinkronisasi keduanya adalah bagaimana menyamakan tegangan, frekuensi, fasa, dan sudut fasa dari kedua pembangkiatan tersebut.

2. Sinkronisasi Tegangan AC—DC

Pada proses sinkronisasi jenis tegangan arus bolak-balik (AC) terhadap tegangan arus searah (DC) memiliki tujuan yang sama yaitu menyamakan tegangan, frekuensi, fasa, dan sudut fasa dari kedua pembangkiatan. Namun pada prosesnya berbeda, harus ada yang diubah jenis tegangan salah satunya. Apakah tegangan arus AC yang akan diubah menjadi tegangan arus DC atau sebaliknya. Pada kehidupan sehari-hari dapat dijumpai pada pemakaian laptop, yaitu tegangan diturunkan oleh adaptor dan diubah arusnya menjadi arus DC, kemudian menghidupkan laptop dengan kedua sumber tersebut (batterydan jaringan PLN) atau dengan salah satunya saja.

28

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Penelitian dan perancangan serta penyelesaian penulisan laporan tugas akhir “Rancang Bangun ProttypeSistem Pembangkitan Energi Terbarukan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang Terintegrasi Dengan Jaringan PLN”dilakukan di Laboratorium Terpadu Teknik Elektro Universitas Lampung terhitung mulai dari awal Juli 2013 hingga akhir Mei 2014.

3.2 Alat dan Bahan

Peralatan yang akan digunakan, yaitu:

1. Satu unit PC dengan spesifikasicore i3dengan system operasi windows7 2. Perlengkapan padaprototype,antara lain:

a) Rangkaian pembangkitan PLTS, meliputi: 1. PV module

2. Baterai/aki 3. Inverter 4. Kabel b) Jaringan PLN

30

PLTS, meliputi:

1. TransformatorStep-DownAC 2. Diode Bridge

3. Kapasitor

4. IC Regulator 7815 5. IC Regulator 7915 6. Resistor

7. VCB

8. Indikator LED 9. Kabel

d) Rangkaian transmisi, meliputi: 1. Inverter

2. Transformator step-upAC 3. Transformator step-downAC 4. Kabel penghubung

e) Rangkaian beban, meliputi: 1. Beban resistif

f) Perlengkapanprototype, meliputi: 1. Kaca akrilik

31

7. Cat semprot 8. Lem

9. Aksesoris lainnya

3.3 Metode Penelitian

Pada penyelesaian tugas akhir ini ada beberapa langkah kerja yang dilakukan antara lain:

3.3.1 Studi Literatur

Dalam studi literatur dilakukan pencarian informasi baik dari buku, jurnal, bahan dari internet maupun sumber-sumber lain yang berkaitan dengan penelitian ini, di antaranya adalah:

a. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS); b. Jaringan PLN

c. Sinkronisasi dua pembangkitan; d. Konverter AC-DC

e. Sistem jaringan pembangkitan; f. Sistem energi terbarukan; g. Prototypepembangkitan; dan h. Perancangan sistem pembangkitan.

3.3.2 Pengambilan Data

32

Elektro Universitas Lampung. Pada penelitian ini, data yang akan diambil dan diukur adalah tegangan keluaran dari panel surya dan jaringan PLN, daya yang dihasilkan,arus yang mengalir pada sistem, besarnya beban pada prototype, dan pengaruh terhadap kedua pembangkitan terhadap sistem.

3.3.3 Spesifikasi Perancangan

Perancangan sistem PLTS yang terintegrasi dengan jaringan PLN yaitu memilih dan menentukan ukuran komponen yang diperlukan sesuai dengan kebutuhan beban. Langkah-langkah dalam proses perancangan dan pembuatan prototype dengan system pembangkitan dengan energi terbarukan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang terintegrasi dengan jaringan PLN,yaitu:

a) Menghitung total beban padaprototype, antara lain:

1. Membuat daftar semua peralatan dan beban yang akan digunakan pada prototype

2. Menghitung keluaran pada panel surya 3. Sinkronisasi dua pembangkitan

b) Menghitung jumlah modul surya yang dibutuhkan:

= ( )

( ) × ( )

c) Menghitung keluaran dari sistem PLTS 1. Keluaran Maksimum

33

2. Keluaran Minimum

= % Min ×

3. Keluaran Rata-Rata

= +

2

d) Menentukan Ukuran Baterai/Aki

Baterai yang digunakan dalam sistem PLTS yang akan dirancang, dapat dihitung dengan cara :

Kapasitas Baterai Harian =

e) Menentukan ukuran dan jumlah baterai/aki

Kebutuhan baterai minimun (baterai hanya digunakan 50% untuk pemenuhan kebutuhan listrik), dengan demikian kebutuhan daya dikalikan 2 x lipat :

= × 2

=

12 / 100

Kebutuhan baterai (dengan pertimbangan dapat melayani kebutuhan 3 hari tanpa sinar matahari) :

= × 3 × 2

=

34

3.3.4 Analisa

Pada tahapan ini akan dilakukan analisa hasil dan pembahasan dari sistem yang telah dirancang. Dari hasil ujicoba dapat dilihat apakah telah berjalan dengan baik yaitu dengan adanya pembangkitan energi terbarukan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) terhadap sistem pada beban diprototype.

3.4 Diagram Alir

[image:52.595.183.439.87.641.2]

35

BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

5.1 Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian berupa perhitungan dan pengukuran pada “Prototype Sistem Pembangkitan Energi Terbarukan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang Terintegrasi Dengan Jaringan PLN”, maka dapat disimpulkan : a. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) merupakan sistem pembangkitan

yang ramah lingkungan, hemat untuk pemakaian jangka waktu yang lama, fleksibel untuk penempatannya, dan awet tanpa perawatan.

b. Sinkronisasi pembangkit dilakukan dengan mengubah tegangan dan arus pada jaringan PLN dari 220 Vac menjadi 12 Vdc adalah lebih aman dan mudah karena dapat menghindari dari beda frekuensi yang ditimbulkan dari kedua pembangkitan.

57

jam untuk pembangkitan PLTS dan 3,5 jam untuk pembangkitan jaringan PLN. Untuk pemakaian saat diberi beban sebesar 30 Watt, sistem ini juga lebih lama masa pakai baterainya yaitu selama 12 jam 30 menit. Sedangkan jika menggunakan salah satu pembangkitan saja terhitung lebih cepat habis masa pakai baterainya yaitu 2,69 jam untuk PLTS dan 2,33 jam untuk pembangkitan PLN.

5.2 Saran

Berdasarkan hasil penelitian dari Tugas Akhir ini, disarankan :

a. Untuk mengimplementasikan Sistem Pembangkit Listrik Tenga Surya (PLTS) dalam kehidupan sehari-hari.

b. Penelitian pada Tugas Akhir ini selanjutnya dikembangkan berupa Sistem Pembangkit Listrik Tenga Surya (PLTS) yang lebih kompleks, dengan menambahkan jenis beban selain beban resistif (R) dan dapat melakukan sinkronisasi dengan pembangkitan lain selain dengan jaringan PLN

DAFTAR PUSTAKA

[1] Kadir, Abdul. 2000. Distribusi dan Utilisasi Tenaga Listrik. Penerbit Universitas Indonesia. Jakarta

[2]. Gonen, Turan. 1986,Electrical Power Distibution System Engineering, McGraw-HillBook company

[3]. Marsudi, Djiteng. 2005.Operasi Sistem Tenaga Listrik. Graha Ilmu. Jakarta

[4]. Zeman, Miro. 2009.Solar Cell. Delft University of Technology. Netherlands.

[5]. Kadir, Abdul.1995. Sistem Pengumpulan Sel Surya. Penerbit Universitas Indonesia. Jakarta

[6]. Lubis, Abubakar. Sudrajat, Adjat. 2006. Listrik Tenaga Surya fotovoltaik. Jakarta : BPPT PRESS

[7]. Dadan Hamdani, Sudrajat, Daniel T, M. Thamrin. Pengujian Stand Alone Photovoltaic System (SAPS) Untuk Aplikasi Kelistrikan Daerah Terpencil, 3.hamdani.dadan@yahoo.co.id.

[8]. Faizal, Muhammad, Adjat Sudradjat, Dedi Setiabudidaya. Photovoltaic Hybrid System in The University of Sriwijaya, South Sumatra, Indonesia. setiabudidaya@hotmail.com

[9]. Dharma Arindra Dangkua, Syarifuddin Mahmudsyah, Teguh Yuwono.Studi PLT Hibrid Angin-Matahari-Diesel Untuk Penghematan Biaya Aerasi Tambak Di Muara Gembong-Bekasi, 3,4,16602-2208100554