ANALISIS KINERJA DAN BIAYA DAMPAK LAMPU LED PADA SISTEM
RUMAH BERPANEL SURYA
Muhammad Bagus Indrajati , Eko Adhi Setiawan
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Indonesia
Kampus UI Depok, Jawa Barat-‐ 16424 Indonesia
Bagus.indrajati@gmail.com
ABSTRACT - LED lamps have greater saving power consumption as compared to other types of lamps. Therefore, LED lamps suit to be used in solar power plant. But nowadays many manufacturers that emit an LED lamp product which its specifications do not match with the specifications provided. The well-use of LED lamps will affect the investment cost in making solar home system. The research was conducted by means of measuring the power consumption of the LED lamp using source from PLN and inverter. From the experiment results it was found that the LED lamps circulating in the market have a difference with the experiment results namely -0.37 W for LED lamp A, -5 W for LED lamp B, -0.33 W for LED lamp C, -0.69 W for LED lamp D and +0.665 W for LED lamp E. The investment cost in making solar home system using five LED lamps B will be more inefficient 694.70%, using five LED lamps C 550.13%, using five LED lamps D 0.27% and using five LED lamps E 259.42% compared to the investment cost in making solar home system using 5 five LED lamps A IDR 17.950.000.
Keywords : LED, PLN, inverter, solar home system, cost
I. PENDAHULUAN
Energi listrik yang dihasilkan oleh sel surya biasanya banyak digunakan untuk penerangan. Saat ini telah berkembang lampu dengan teknologi LED atau Light
Emitting Diode . Lampu dengan teknologi LED ini
memiliki konsumsi energi yang lebih hemat dibandingkan dengan lampu lainnya karena itu lampu LED sangat cocok digunakan pada beban beban pembangkit listrik tenaga matahari. Namun saat ini banyak merek yang mengeluarkan produk lampu LED yang spesifikasinya tidak sesuai dengan spesifikasi yang tertera. Selain itu lampu LED juga harus diteliti lebih lanjut agar diketahui apakah semua lampu LED yang beredar dipasaran sesuai untuk digunakan pada sistem sel surya serta mengetahui dampak penggunaan lampu LED terhadap biaya pembuatan sistem rumah berpanel surya dengan beban lampu LED.
II. LIGHT EMITTING DIODE Light Emmiting Diode atau biasa disebut LED adalah
komponen sambungan p-n dua terminal yang dibentuk dari penumbuhan, pencampuran, difusi dan epiktasial. LED memiliki dua kaki yang terbuat dari sejenis kawat. Kawat yang panjang adalah anoda, sedangkan kawat yang pendek adalah katoda. Anoda adalah elektroda, bisa berupa logam maupun penghantar listrik lainnya pada sel elektrokimia yang terpolarisasi jika arus mengalir ke dalamnya. Arus listrik mengalir berlawanan dengan arah pergerakan elektron. Katoda merupakan kebalikan dari anoda. Katoda adalah elektroda dalam sel elektrokimia yang terpolarisasi jika arus listrik mengalir keluar darinya.
Kondisi bias maju terjadi dengan menerapkan tegangan positif pada tipe p dan tegangan negatif pada tipe n. Elektron bebas pada tipe n akan berdifusi melalui sambungan dan masuk ke bahan tipe p. Agar foton dapat dihasilkan, maka tegangan yang dihubungkan ke LED harus lebih besar dari tegangan
barrier nya.
Senyawa LED memancarkan cahaya yang berbeda dari spektrum cahaya tampak dan menghasilkan tingkat intensitas yang berbeda. Pemilihan bahan semikonduktor yang digunakan akan menentukan panjang gelombang dari emisi cahaya foton dan akan menghasilkan warna dari pancaran cahaya.
III. METODE PERHITUNGAN DAN
PERANCANGAN
Pengukuran dilakukan selama beberapa hari dengan 3 sistem rangkaian yang berbeda-beda. Pengukuran pertama adalah pengukuran lampu LED dengan sumber dari PLN. Pengukuran kedua dengan sumber dari inverter 700W dan pengukuran ketiga dengan sumber inverter 500W.
A. Sistem Pengukuran Dengan Sumber PLN Pada sistem ini beban dihubungkan langsung dengan tegangan sumber dari PLN dan diukur parameter listriknya selama 1 jam pada tiap lampu LED dengan menggunakan alat ukur. Lampu LED yang digunakan pada pengukuran ini adalah sebanyak 5 buah yang masing-masing diukur sendiri.
B. Pengukuran Lampu LED Dengan Sumber Inverter 700W.
Pada sistem ini menggunakan sumber dari baterai 5Ah yang dihubungkan ke inverter 700 W. Beban yang digunakan pada sistem ini adalah 2 lampu LED yang digunakan sendiri-sendiri. Pengukuran dilakukan selama beberapa waktu dimana setiap 30 menit sekali tegangan pada baterai dicatat hingga turun dibawah 12 V. Kemudian setelah lampu yang satu selesai beban diganti dengan lampu berikutnya dengan aki yang sudah diisi kembali.
C. Pengukuran Lampu LED Dengan Sumber Inverter 500W
Pada sistem ini menggunakan sumber dari baterai 5Ah yang dihubungkan ke inverter 500 W. Beban yang digunakan pada sistem ini adalah 3 lampu LED yang digunakan sendiri-sendiri. Pengukuran dilakukan selama beberapa waktu dimana setiap 30 menit sekali tegangan pada baterai dicatat hingga turun dibawah 12 V. Kemudian setelah lampu yang satu selesai beban diganti dengan lampu berikutnya dengan aki yang sudah diisi kembali.
D. Analisa Biaya Pembuatan Sistem Rumah
1. Profil Beban Sistem
Beban ini merupakan dasar perancangan sebuah sistem sistem stand alone PV, karena dengan diketahui total beban yang digunakan maka akan dapat diperhitungkan besar kapasitas dari PV dan baterai yang akan digunakan.
A1. Efisiensi inverter : 0,85 A2. Vbusbat : 12 Volt
A3. Vac inveter :220Volt
A4. Total Ah perhari (Itot ) :
!!"!!"#ℎ!"# =
( ! × !!"#$%× !" !"# × !!"! )!(!,! × ( ! × !!"#$% × !" !"# ×!!" !) !!"#!$%&'$( (1)
2. Desain Baterai
Baterai yang akan digunakan memiliki kapasitas 100Ah. Baterai ini dapat bertahan selama 630 cycle jika depth of discharge sebesar 50%. maka dari data tersebut dapat diketahui desain baterai dengan langkah perhitungan sebgai berikut:
B1.Autonomi baterai (!"#$!"#) : 3 hari B2. Depth of discharge (DOD) : 0,50 B3.Kapasitas baterai =!!"!!"#!!"#× !"#$!"#
!"! (2)
B4. Arus Baterai pada spec baterai (Ispecbat) : 100 Ah B5. Jumlah baterai secara paralel(Nbat.paralel)
!!"#.!"#"$!"=!"#"$%&"$ !"#$%"& !"#$ !"#$%$&'().!
!"#$%&' (3)
B6. Jumlah baterai secara seri (Nbat.seri) !!"#.!"#$=!!"#
!!"#=
!" !
!" != ! (4)
B8. Total kapasitas baterai (Ah)
!!"!.!"# !ℎ = !!"#.!"#"$!"×!!"#$%&' (6)
B9. Total kapasitas baterai (kWh)
!!"!.!"# !"ℎ =!!"!.!"#!"""!! ×!!"# (7)
3. PV Array
PV yang akan digunakan terbuat dari bahan polycrystalin dengan daya keluaran maksimum (Pmax)
sebesar 100W, tegangan daya maksimum (Vpm)
sebesar 17,1V, arus daya maksimum (Ipm) sebesar
5,84A, tegangan sirkuit terbuka (Voc) sebesar 21,2 V
dan Arus hubung singkat (Isc) sebesar 6,46A. Berikut
langkah perhitungan untuk PV Array.
C1. Menentukan Total Arus perhari (Itot perhari) C2. Efisiensi baterai : 0,8
C3. Output array perhari
!"#$"# !""!# perhari(Ah) =!!"!!"#!!"#
!"#
(8)
C4. Arus keluaran maksimum (Imax) : 5,84 A
Maka untuk mengetahui besar daya bersih yang dihasilkan oleh PV dapat diketahui dengan perhitungan
!!"#= !!"#×90% (9) C6.Lama waktu puncak matahari pada kemiringan maksimum (!!"#$ !"#) diasumsikan terjadi selama 4,8
jam dalam sehari.
C7. Arus keluaran permodul perhari
Arus keluaran permodul perhari = !!"#×!!"#$ !"# (10)
C8. Jumlah modul yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan energi.
!"#$%ℎ !"#$% =!"#$ !"#$%&%' !"#$%&'( !"#$%#& (!")!"#$"# !""!# !"#$%#&(!") (11) 4. Perincian Harga
Harga Lampu LED A : Rp. 50.000 Harga Lampu LED B : Rp. 30.000 Harga Lampu LED C : Rp. 60.000 Harga Lampu LED D : Rp. 60.000 Harga Lampu LED E : Rp. 55.000 Harga Baterai 100Ah : Rp. 3.300.000 Harga PV 100WP : Rp. 2.400.000 Harga Inverter : Rp. 300.000 Harga Controller : Rp. 300.000
IV. HASIL PENGUKURAN DAN ANALISA BIAYA
A. Hasil Pengukuran LED Sumber PLN
Hasil Pengukuran menunjukan bahwa daya yang terukur memiliki selisih perbedaan dibandingkan spesifikasinya. Lampu LED A memiliki daya sebesar 4,63W. Lampu LED B memiliki daya sebesar 0W. Lampu LED C memiliki daya sebesar 4,67W. Lampu LED D memiliki daya sebesar 4,31W. Lampu LED E memiliki daya sebesar 6,655W.
B. Hasil Pengukuran LED Sumber Inverter 700W
LED A LED B Arus Rata-rata (A) 0.043 0.34 Daya Aktif Rata-rata (W) 4.61 0 Daya Nyata Rata-rata (VA) 9.52 75.649
Daya Reaktif Rata-rata
(VAR) -8.34 -75.649
Hasil Pengukuran meninjukan bahwa lampu LED A memiliki daya sebesar 9,52 VA. Lampu LED B memiliki daya sebesar 75,649 VA yang sangat jauh lebih besar dibandingkan saat diukur dengan sumber PLN.
C. Hasil Pengukuran LED Sumber Inverter 500W
LED C LED D LED E
Arus Rata-rata (A) 0.279 0.0421 0.133 Daya Aktif Rata-rata (W) 7.655 3.8 5.095 Daya Nyata Rata-rata (VA) 62.008 9.565 30.137
Daya Reaktif Rata-rata
Dari perbandingan diatas terlihat bahwa lampu LED B memiliki daya nyata terbesar yaitu sebesar 75,49 VA. Lampu yang memiliki daya nyata terbesar kedua adalah lampu LED C yaitu sebesar 62,008 VA dikuti dengan lampu LED E sebesar 30,137 VA. Kemudian lampu LED yang memiliki daya yang kecil adalah lampu LED A dan LED D yang masing-masing sebesar 9,52 VA dan 9,565 VA. Semakin besar konsumsi daya nyata yang dikonsumsi oleh lampu LED maka menandakan bahwa lampu LED tersebut memiliki kualitas yang buruk jika digunakan pada sistem rumah berpanel surya.
D. Analisa Biaya Pembuatan Sistem Rumah Berpanel Surya Dengan Beban 5 Lampu LED 1. Desain Baterai
Jadi Jumlah baterai 100Ah yang dibutuhkan untuk sistem rumah berpanel surya yang akan digunakan selama dua belas jam perhari dengan depth of
discharge sebesar 50% dan autonomi baterai selama
3 hari dengan beban lima lampu LED A sebanyak 3 buah, lima lampu LED B sebanyak 27 buah, lima lampu LED C sebanyak 22 buah, lima lampu LED D sebanyak 3 buah dan lima lampu LED E sebanyak 11 buah. Semakin banyak jumlah baterai yang dibutuhkan maka menandakan bahwa lampu LED yang digunakan adalah lampu LED dengan kualitas buruk.
2. Desain PV
Jadi Jumlah PV yang dibutuhkan untuk sistem rumah berpanel surya dengan 5 lampu LED A sebanyak 3 buah, LED B 22 buah, LED C 18 buah, LED D 3 buah dan LED E 9 buah.
3. Biaya Investasi
Jadi biaya investasi yang dibutuhkan untuk sistem rumah berpanel surya dengan 5 lampu LED A Rp. 17.950.000, LED B Rp. 142.650.000, LED C Rp. 116.700.000, LED D Rp.18.000.000 dan LED E Rp.58.775.000. Hasil perhitungan ini menunjukan bahwa dengan memakai lampu LED dengan kualitas yang buruk maka biaya investasi pembuatan sistem rumah berpanel surya akan menjadi sangat mahal jika dibandingkan dengan pemakaian lampu LED dengan kualitas yang baik.
V. KESIMPULAN
1. Lampu LED A memiliki daya sebesar 4,63W dibanding spesifikasinya sehingga dapat dikatakan hampir sesuai dengan spesifikasinya yaitu sebesar 5 W
2. Lampu LED B memiliki daya sebesar 0W dibanding spesifikasinya sehingga dapat dikatakan sangat tidak sesuai dengan spesifikasinya yaitu sebesar 5 W
3. Lampu LED C memiliki daya sebesar 4,67W dibanding spesifikasinya sehingga dapat dikatakan hampir sesuai dengan spesifikasinya yaitu sebesar 5 W
4. Lampu LED D memiliki daya sebesar 4,31W dibanding spesifikasinya sehingga dapat dikatakan hampir sesuai dengan spesifikasinya yaitu sebesar 5 W
5. Lampu LED E memiliki daya sebesar 6,665W dibanding spesifikasinya sehingga dapat dikatakan hampir sesuai dengan spesifikasinya yaitu sebesar 6 W
6. Lampu LED yang sesuai digunakan pada sistem sel surya hanya lampu LED A dan LED D karena memiliki konsumsi arus yang kecil yaitu 0,043A dan 0,0421A sedangkan lampu LED B, lampu LED C dan LED E tidak sesuai karena memiliki konsumsi arus yang besar masing masing 0,34A, 0,279A dan 0,133A.
7. Dengan memilih lampu LED yang memiliki kualitas buruk maka biaya investasi pembuatan sistem rumah berpanel surya akan lebih boros sebesar 694,70% untuk lampu LED B, 550,13% untuk lampu LED C, 0,27% untuk lampu LED D dan 259,42% untuk lampu LED E dibandingkan dengan biaya investasi pembuatan sistem rumah berpanel surya dengan beban lampu LED A yaitu sebesar Rp.17.950.000,-
VI. DAFTAR REFERENSI
[1] Rasyid, H Muhammad.1995. Elektronika Daya : Rangkaian, Devais dan Aplikasinya. PT. Prenhallindo. Jakarta.
[2] Jansen, T.J.1995: Teknologi Rekayasa Sel
Surya,.PT Pradnya Paramita. Jakarta.
[3] Robert L, Boylestad. 2006, Electronic Device and
Circuit Theory. Ninth edition, Pearson
Education International. New Jersey.
[4] Quaschning. 2004: Renewable Energy World. Science Publisher. German.
[5] Sutrisno.1986. Elektronika : Teori dan Penerapannya,.Penerbit ITB. Bandung. [6] Anonim. 2005. Photovoltaic Fundamentals.
http://www.fsec.ucf.edu/pvt/pvbasi cs/index.htm.
[7] Mitchell, Colin. 2014. 30 LED Projects. http://www.talkingelectronics.com/projects/ 30%20LED%20Projects/30%20LED%20Pr ojects.html
[8] Storr, Wayne. 2014. The Light Emitting Diode.
http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_8.html
