PENGGUNAAN ENERGI SURYA TERBARUKAN
DENGAN MENGGUNAKAN KOMBINASI
OFF GRID DAN GRID TIE INVERTER
D I
S U S U N
OLEH
SUBUR EKO WARDOYO
JONGGOL - BOGOR
DAFTAR ISI
Bab 1. Pendahuluan
1.1. Latar Belakang 1.2. Tujuan
1.3. Ruang Lingkup
Bab 2. Perangkat Pembangkit Listrik Tenaga Surya
2.1. Panel Surya 2.2. Inverter 2.3. Battery/Aki
2.4. Charge Controller (Cas Kontroller)
Bab 3. Perangkat Pembangkit Listrik Tenaga Surya yang digunakan
3.1. Luminous Smart Charging Hybrid Inverter 3.2. Low Voltage Disconnect (LVD)
3.3. Timer
4.3. Grid Tie Inverter (GTI) 3.5. Konfigurasi Sistem
Bab 4. Hasil dan Kesimpulan
BAB 1
Pendahuluan
1.1.Latar Belakang
Penggunaan energi terbarukan hingga saat ini sudah semakin berkembang. Peralatan pendukung serta teknologi yang digunakan semakin ringan dan efisien serta mudah untuk didapatkan. Dengan menggunakan energi terbarukan yang berasal dari matahari diharapkan penggunaan tenaga listrik yang berasal dari pembakit masal (PLN) semakin berkurang. Tenaga listrik yang yang dihasilkan dapat dimanfaatkan untuk mengurangi jumlah komsumsi listrik yang semakin hari semakin besar.
Dengan berkurangnya komsumsi listrik, secara perhitungan ekonomis jumlah pengeluaran yang terjadi semakin berkurang. Energi alternative sinar matahari ini adalah salah satu terobosan dalam pemenuhan energi untuk Negara-negara yang mengalami krisis energi.
1.2.Tujuan
Dalam proyek ini penggunaan perangkat PLTS yang terdiri dari panel surya, inverter dan battery (AKI) yang digunakan untuk mengurangi jumlah pemakian KWH listrik rumah sehingga biaya listrik menjadi berkurang.
1.3. Ruang Lingkup
BAB 2
Perangkat Pembangkit Listrik Tenaga Surya
2.1. Panel Surya
Sel surya merupakan sebuah perangkat yang mengubah energi sinar matahari menjadi energi listrik dengan proses efek photovoltaic, karenanya dinamakan juga sel photovoltaic (Photovoltaic cell - disingkat PV).
Tegangan listrik yang dihasilkan oleh sebuah sel surya sangat kecil, sekitar 0,6 V tanpa beban (open circuit) atau 0,45 V dengan beban. Untuk mendapatkan tegangan listrik yang besar sesuai keinginan diperlukan beberapa sel surya yang tersusun secara seri. Jika 36 keping sel surya tersusun seri, akan menghasilkan tegangan nominalsekitar 16 V. Tegangan ini cukup untuk digunakan mengecas aki 12 V.
Jenis-jenis Sel Surya
Untuk polycristalline efiensinya berkisar antara 13-16%. Walaupun efisiensinya kurang tetapi dalam keadaan cuaca yang tidak bersahabat panel surya jenis ini masih mampu menghasilkan energi listrik jika dibandingkan dengan monocristalline
Untuk jenis kedua yaitu Thin Film adalah panel surya yang menggunakan lapisan film tipis sehingga sangat ringan. Penggunaan bahan2 seperti cadmium, Indium menentukan effisiensi panel surya ini. Panel jenis ini mempunyai efisiensi relative kecil hanya antara 6-12%. Bisasanya digunakan untuk peralatan elektronik yang membutuhkan daya listrik yang kecil seperti kalkulator, mainan dll
2.2. Inverter
Rangkaian Inverter Sederhana
Inverter adalah sebuah rangkaian elektronika yang digunakan untuk mengubah energi listrik arus searah menjadi energi listrik arus bolak-balik. Jenis inverter yang dikenal ada beberapa
1. Stand-Alone Inverter
Betuk Tegangan dan Arus Inverter
Untuk pure sineware maka bentuk gelombang output adalah murni sinus yang menyerupai dengan tenaga listrikyang dihasilkan oleh perusahaan listrik. Bentuk gelombang ini yang paling sesuai dengan semua peralatan listrik. Untuk bentuk gelombang modified sine wave peralatan yang digunakan haruslah bersifat resitif murni. Bila menggunakan beban yang bersifat induktif seperti motor listrik maka peralatan tersebut tidak akan bisa bekerja.
2. Grid-Tie Inverter
Konfigurasi Grid-Tie Inverter
Perangkat GTI ini sudah banyak dipasarkan di Indonesia. Beragam bentuk dan daya yang dihasilkannya bisa diperoleh ditoko online atau dipusat-pusat perdagangan perangkat listrik. GTI yang dipasarkan biasanya sudah disematkan teknologi MPPT. Teknologi ini akan mengoptimalkan penggunakan daya yang dihasilkan pada panel surya jika dihubungkan lansung kepanel surya sebagai sumber energinya.
Beragam Grid-Tie Inverter
Sebagaimana diketahui, energi listrik arus bolak-balik (ABB) merupakan jenis energi listrik yang memiliki persamaan tegangan dan arus yang berbentuk sinusoidal. Dalam melakukan pengukuran ABB tidaklah sama dengan Arus Searah (Direct Current). Tegangan dan arus akan selalu berubah-ubah mengikuti gelombang sinusoidal dengan frekuensi 50Hz. Akibatnya tegangan akan selalu berubah sebanyak 50 kali dalam 1 detik. Untuk mengukur tegangan dan arus digunakan persamaan rata-rata kuadrat (root mean squared) untuk mendapatkan nilai pengukuran sesaat.
Pengukuran daya ABB terdiri dari 3(tiga) buah komponen, yakni: Daya Apparent (KVA), Daya Real (KWh) dan Daya Reaktif (KVar). Pengukuran daya tersebut mengikuti hubungan segitiga siku-siku sebagaimana gambar berikut.
Hubungan antara KVA, KWh dan KVar
Pelanggan listrik secara umum mendapatkan sumber listrik yang berasal dari jaringan listrik (power grid) menggunakan perangkat distribusi menuju peralatan-peralatan yang membutuhkan energi listrik. Peralatan atau yang sering disebut beban akan menyerap energi listrik sesuai dengan sifat dari beban yang ada. Bila beban bersifat resistif maka daya nyata akan timbul, sebaliknya bila ada sifat reaktif beban maka akan membutuhkan juga daya reaktif.
Penyaluran Energi Listrik
Penggunaan Grid-Tie Inverter
GTI juga mempunyai beberapa fitur yang ditanamkan dalam modul antara lain 1. Islanding
Fitur ini berfungsi untuk memberhentikan kerja GTI bila listirk dari sumbernya padam. Dengan berhentikan kerja GTI maka listrik yang dihasilkan juga ikut berhenti 2. MPPT
Maximum Power Point Tracking (MPPT) adalah fitur yang digunakan untuk memaksimumkan penggunaan sumber listrik MPPT yang berasal dari Panel Surya. Panel surya memliki karakteristik yang khusus sehingga pemanfaatan fitur ini membuat daya yang digunakan optimal.
2.3.Battery/Aki
Seperti diketahui, penggunaan AKI sangat membantuk hidup kita sehari-hari. Dengan AKI kita bisa menyalakan kendaraan, menghidupkan lampu cadangan dan lain sebagainya. Ternyata jenis aki yang dikenal terdiri dari AKI Starter dan Aki Deep Cycle.
Jenis-Jenis Aki
Aki Starter
AKI Deep Cycle adalah AKI yang digunakan untuk menghasilkan arus yang stabil dengan waktu yang lebih lama. Konstruksi plat yang digunakan lebih tebal jika dibandingkan dengan AKI Starter. Jenis aki ini biasanya digunakan untuk peralatan yang menggunakan motor listrik seperti kursi roda, mobil golf, forklift ataupun digunakan untuk menyimpan energi listrik pada proyek energi alternatif
Selain pembagian secara fungsi dikenal juga berdasarkan teknologi yang digunakan dalam menghasilkan energi listrik.
Flooded Lead Acid Battery (FLA) / Wet cells merupakan jenis aki yang sering disebut sebagai aki basah. Jenis ini paling banyak ada dipasaran. Ada lubang pengisian air aki (aquadest) bila tinggi cairan pada aki mengalami pengurangan akrena penguapan
Valve-Regulated Lead Acid Battery (VLRA) merupakan jenis aki yang dikenal sebagai aki kering. Jenis ini tidak memiliki lubang pengisian air aki (aquadest). Jenis aki ini memiliki katup ventilasi yang hanya terbuka jika tekanan didalam aki tinggi. Karena penguapan yang terjadi sangat kecil sekali maka jenis aki ini sering disebut sebagai aki kering.
Teknologi gel yang disematkan pada jenis aki gel memungkinkan penggunaan aki dengan cairan elektrolit yang berbentuk seperti gel. Gel ini dibentuk dengan menambahkan cairan elektrolit dengan pasir silika. Jenis aki ini sudah memiliki seft discharge yang kecil sehingga aki jenis ini akan sangat efisien dalam menyimpan energi listrik yang diperolehnya
Absorbent Glass Mat Battery (AGM) adalah jenis aki yang menggunakan pemisah yang terbuat dari fiberglass. Elektrolit yang terserap akan aman didalam aki. Jenis aki ini dapat ditempatkan dalam posisi terbalik sekalipun tanpa mengurangi kinerja aki yang bersangkutan
2.4.Charge Controller (Cas Kontroller)
Charge Controller PWM dan MPPT
Jenis controller terdiri dari PWM dan MPPT. PWM (Pulse-Width Modulation) adalah jenis charge controller sederhana dan yang paling murah. Controller ini bekerja dengan mengubah besarnya Duty Cycle (DC) dari beban. Perubahan DC ini disesuaikan dengan tegangan dan arus yang keluar dari controller sehingga beban (aki/inverter) mendapatkan tegangan dan arus kerja yang optimal.
Maximum Power Point Tracking (MPPT) bekerja berdasarkan kurva karakteristik Panel Surya. Karakteristik panel surya seperti terlihat dibawah ini
Kurva Karakteristik Panel Surya
BAB 3
Perangkat Pembangkit Listrik Tenaga Surya yang digunakan
3.1. Luminous Smart Charging Hybrid Inverter
Pada proyek ini digunakan Luminous Smart Charging Hybrid Inverter 850VA - 12V adalah sebuah inverter yang didalamnya sudah menggunakan charge controller PWM dengan daya maksimum 400Wp
Luminous Inverter Pure Sine Wave
Inverter ini menghasilkan gelombang murni sinus sehingga semua peralatan elektronik dirumah masih dapat digunakan bila alat ini dihidupkan. Tipe ini akan membackup daya sebesar 850 VA atau sekitar 680 watt.
Beberapa pengaturan yang perlu diatur dengan alat ini terkait jenis aki yang digunakan (tubular, flat plate atau local) serta setting intelligent charge (on atau off).
Panel Belakang Luminous Inverter Pure Sine Wave
Alat ini hanya bekerja disiang hari, mengingat panel surya akan bekerja ketika matahari bersinar. Tetapi malam hari bila menggunakan lampu DC 12V sistem ini bisa digunakan.
Sumber lampu DC berasal dari terminal load Luminous yang mengeluarkan tegangan 12V (sesuai Aki). Terminal ini akan mengeluarkan daya yang tersimpan dalam aki hingga tegangan 11.5V. Bila aki pada Luminous ini mencapat tegangan sebesar 11.5V maka secara otomatis aki akan diisi oleh alat ini agar tegangan battery tidak sampai drop lebih bawah lagi. Tegangan yang drop berlebihan dapat merusak aki.
3.2. Low Voltage Disconnect (LVD)
Adalah sebuah rangkaian elektronika yang berfungsi untuk memutus arus dari suatu sumber listrik (biasanya aki) bila tegangan yang diberikan lebih rendah dari tegangan batas terendah yang sudah ditentukan. Selain itu LVD akan menyambungkan kembali arus bila tegangan telah melewati tegangan atas tertentu (threshold)
Rangkaian sederhana LVD menggunakan IC 555 sebagai pengendali utama. 4 buah resistor digunakan untuk menetapkan tengangan terendah dan tertinggi LVD dengan menggunakan prinsip-prinsip hukum ohm. Relay digunakan untuk menyambungkan atau memutuskan arus kepada beban.
LVD ini dapat dibuat dengan menggunakan PCB yang sudah terdapat lubang untuk merekatkan komponenya dengan menggunakan timah patri. Sebuah rangkaian LVD yang sudah jadi dapat dilihat sebagai berikut
Rangkaian LVD yang sudah dirakit
3.3. Timer
Timer Sinotimer
Sinotimer 12V dalam mengatur waktu menyalanya Grid Tie Inverter. Grid tie ini akan bekerja hanya dimalam hari saja.
3.4. Grid Tie Inverter (GTI)
Grid Tie Inverter Modul
Grid Tie Inverter (GTI) adalah peralatan yang digunakan untuk menginjeksi tegangan listrik PLN sehingga penggunaan listrik PLN menjadi lebih rendah. GTI ini digunakan pada malam hari dengan menggunakan energi yang berasal dari aki yang sudah diisi panel surya.
3.5. Konfigurasi Sistem
Konfigurasi sistem yang digunakan seperti gambar diatas. Luminous akan bekerja seperti UPS sehingga memerlukan input tegangan dari PLN (AC input) dan keluar menuju perangkat elektronik (AC output). Selain itu dibutuhkan aki/battery untuk menyimpan energi listrik yang diperoleh dari panel surya.
Ouput (DC Load) digunakan untuk menghiduupkan GTI harus melewati timer dan LVD. Seperti yang dijelaskan sebelumnya timer digunakan untuk menastikan jam kerja GTI hanya di malam hari. Dengan melakukan setting jam hidup yang mati antara pukul 18.00 – 05.30 dipastikan GTI akan bekerja dengan rentang waktu tersebut.
Konfigurasi Sistem AC output
BAB 4
Hasil dan Kesimpulan
4.1. Hasil
Berdasarkan meter listrik didapatkan data dari bulan Agustus hingga Desember 2016 sebagai berikut:
Bulan Stand Awal Stand Akhir Jumlah Rata2/Hari
2016-08 25.869 26.225 356 0.12
2016-09 26.225 26.587 362 0.12
2016-10 26.587 26.950 363 0.12
2016-11 26.950 27.263 313 0.10
2016-12 27.263 27.589 326 0.11
Dari table diatas didapatkan penurunan penurunan penggunaan energi listrik sebesar 313/363 x 100% = 86.22%, atau jadi penurunan penggunaan listrik sebesar 13.78%. energi listrik yang dihasilkan sangat dipengaruhi dengan intensitas cahaya yang didapatkan dari sinar matahari.
Persentase hasil energi listrik ini didapatkan dengan konfigurasi 400W Panel Surya polycrystalline dengan Battery/Aki sebesar 200AH dengan kondisi cuaca bulanan yang relatif cerah.
4.2. Kesimpulan
Penggunaan energi surya merupakan alternatif untuk menggurangi pemakaian energi listrik konvensional. Penggunaan energi ini memerlukan peralatan yang saat ini sudah semakin beragam berdasarkan teknologi yang digunakan.
Besarnya energi yang dihasilkan sangat dipengaruhi dengan besarnya daya perangkat yang dipergunakan. Perangkat yang dipergunakan tersebut antara lain adalah Battery dan panel surya.
REFERENSI
http://www.renewableenergyworld.com/articles/print/pvw/volume-1/issue-4/solar-energy/how-pv-grid-tie-inverters-can-zap-utility-power-factor.html
http://sanfordlegenda.blogspot.co.id/2013/09/Lead-Acid-Battery-Mengenal-jenis-jenis-aki.html
