SKRIPSI
STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA PADA KOMPLEK PERUMAHAN ROYAL GARDENIA MEDAN
Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi
Oleh
ROMARIO HUTAHAEAN NIM : 120402054
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2018
ABSTRAK
Sistem pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) sangat menjanjikan secara khusus di kawasan Indonesia bagian Barat untuk dapat memenuhi kebutuhan energi listrik yang tinggi bahkan sebagai energi alternatif guna mencukupi konsumsi listrik pada perumahan. Penelitian ini membahas suatu perencanaan PLTS berdasarkan kebutuhan energi listrik komplek perumahan Royal Gardenia, Medan dengan mempertimbangkan sisi ekonomisnya. Salah satu hal terpenting dalam metode penelitian ini adalah dengan melakukan pengujian panel surya sebagai sampel untuk mengetahui potensi energi sel surya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ada 60 rumah dengan dibagi ke dalam 3 tipe yaitu rumah Gardenia 100, Royal 120, dan ruko dengan energi yang akan dihasilkan masing- masing secara berturut-turut adalah 8,39 kWh, 12,083 kWh, dan 21,482 kWh.
Tingginya biaya investasi awal menyebabkan sistem PLTS membutuhkan waktu yang relatif lama dalam rangka menutupi anggaran yang telah dikeluarkan untuk membangunnya walaupun bisa disiasati dengan melakukan pembangunan secara bertahap yaitu per bagian sesuai yang telah dikelompokkan sebelumnya. Kendati demikian, dengan rata-rata intensitas cahaya matahari yang diperoleh dalam satu hari sekitar 6,024 kWh/m2 tetap menjadikan PLTS salah satu pemanfaatan energi terbarukan yang paling efektif dalam jangka panjang. Selain itu, setiap atap rumah cukup menampung semua jumlah panel yang akan diterapkan sehingga tidak memerlukan lahan khusus dan biaya yang jauh lebih besar. Hal itu membuat studi kasus ini patut pertimbangkan.
Kata Kunci : PLTS, energi listrik, panel surya, intensitas cahaya
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul “STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA PADA KOMPLEK PERUMAHAN ROYAL GARDENIA MEDAN”. Skripsi ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Selama menjalani pendidikan di kampus hingga menyelesaikan skripsi ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak.
Untuk itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada:
1. Firman Hutahaean dan Renti Siagian sebagai orang tua saya
2. Seluruh keluarga saya yaitu namboru, abang, kakak, adik yang selalu memberikan semangat, motivasi dan doa.
3. Bapak Ir.Surya Tarmizi Kasim,M.Si sebagai Dosen Pembimbing skripsi 4. Seluruh Dosen dan Pegawai Departemen Teknik Elektro
5. Seluruh teman yang telah membantu dalam pengerjaan skripsi ini
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dari pembaca untuk perbaikan. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, 23 Oktober 2017 Penulis,
Romario Hutahaean
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR GAMBAR ... iv
DAFTAR TABEL ... v
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 2
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan Penulisan ... 2
1.5 Manfaat Penelitian ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Energi Matahari ... 4
2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Surya ... 7
2.2.1 Sistem PLTS ... 7
2.2.2 Perhitungan jumlah Energi PLTS ... 9
2.3 Panel Surya ... 12
2.3.1 Prinsip Kerja Panel Surya ... 14
2.3.2 Komponen Panel Surya ... 17
2.3.3 Jenis – Jenis Panel Surya ... 20
2.3.4 Faktor Pengoperasian Panel Surya ... 22
BAB III METODE PENELITIAN ... 24
3.1 Tempat dan Waktu ... 24
3.2 Bahan dan Peralatan ... 24
3.3 Variabel yang Diamati ... 26
3.4 Prosedur Penelitian ... 27
3.5 Pelaksanaan Penelitian ... 28
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 29
4.1 Perumahan Royal Gardenia Medan ... 29
4.1.1 Profil Perumahan Royal Gardenia Medan ... 29
4.1.2 Sistem Kelistrikan Perumahan Royal Gardenia Medan ... 32
4.2 Rancangan Pemasangan PLTS ... 34
4.2.1 Perhitungan Rencana Area dan Jumlah Array PLTS ... 34
4.2.2 Perhitungan Energi PLTS ... 41
4.3 Sistem PLTS pada komplek perumahan Royal Gardenia, Medan... 42
4.4 Pengolahan Data Biaya Sistem PLTS ... 45
4.4.1 Investasi Awal Sistem PLTS ... 45
4.4.2 Hasil Pendapatan dari Energi yang Dihasilkan PLTS ... 46
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 47
5.1 Kesimpulan ... 47
5.2 Saran ... 48
DAFTAR PUSTAKA ... 49
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sumber Energi Terbarukan pada Kapasitas Kelistrikan Dunia ... 4
Gambar 2.2 Komponen Radiasi Matahari ... 5
Gambar 2.3 Pyranometer ... 5
Gambar 2.4 Sistem PLTS ... 8
Gambar 2.5 Konfigurasi Panel Surya ... 11
Gambar 2.6 Kondisi Struktur Silikon dan Konduktivitas Intrinsik Elektron .... 15
Gambar 2.7 Konduksi Ekstrinsik di Dalam Silikon dengan Doping p dan n .... 15
Gambar 2.8 Daerah Ruang Muatan Sambungan Panel ... 16
Gambar 3.1 Peralatan Penelitian ... 24
Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian ... 27
Gambar 4.1 Layout Komplek Perumahan Royal Gardenia Medan ... 29
Gambar 4.2 Tipe Rumah Gardenia 100 ... 30
Gambar 4.3 Tipe Rumah Royal 120 ... 31
Gambar 4.4 Tipe Ruko ... 31
Gambar 4.5 Konfigurasi Panel Surya pada Tipe Rumah Gardenia 100 ... 38
Gambar 4.6 Konfigurasi Panel Surya pada Tipe Rumah Royal 120 ... 38
Gambar 4.7 Konfigurasi Panel Surya pada Tipe Ruko ... 38
Gambar 4.8 Blok diagram sistem PLTS pada komplek perumahan Royal Gardenia Medan ... 44 .
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Spesifikasi Panel Surya Material Silikon ... 25
Tabel 3.2 Spesifikasi Baterai ... 25
Tabel 3.3 Spesifikasi Inverter ... 25
Tabel 3.4 Spesifikasi Controller ... 26
Tabel 4.1 Rata-rata pemakaian energi listrik tipe rumah Gardenia 100 per hari . 33 Tabel 4.2 Rata-rata pemakaian energi listrik tipe rumah Royal 120 per hari ... 33
Tabel 4.3 Rata-rata pemakaian energi listrik tipe ruko ... 34
Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Panel Surya Senin 24 Juli 2017 ... 35
Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian Panel Surya Selasa 25 Juli 2017 ... 35
Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Panel Surya Rabu 26 Juli 2017 ... 36
Tabel 4.7 Data Hasil Pengujian Panel Surya Kamis 27 Juli 2017 ... 37
Tabel 4.8 Data Hasil Pengujian Panel Surya Jumat 27 Juli 2017 ... 37
Tabel 4.9 Harga Komponen Sistem PLTS ... 45
BAB I
PENDAHULUA
N 1.1 Latar BelakangKelistrikan di rumah tinggal rata-rata disuplai oleh PLN, agar kelistrikan di rumah tinggal dapat mempunyai listrik mandiri dibutuhkan suplai pembangkit energi terbarukan sebagai energi alternatif untuk membantu pasokan listrik.
Pembangkit energi terbarukan yang cocok dengan keadaan geografis Indonesia adalah pembangkit listrik tenaga surya (PLTS). Potensi pengembangan PLTS di Indonesia sangat menjanjikan dilihat dari letak geografis Indonesia yang berada pada garis khatulistiwa[1]. Skema pembangkit listrik terbarukan digunakan untuk membantu sistem kelistrikan di rumah tinggal yaitu dengan cara membangun sistem PLTS untuk mengurangi penggunaan listrik produksi PLN di rumah tinggal.
Tenaga surya atau panel surya merupakan salah satu sumber yang cukup menjanjikan di Indonesia. Saat ini efisiensi modul sel surya komersial berkisar antara 5% - 20% tergantung material penyusunnya. Selain itu, berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, radiasi surya dapat diklasifikasikan berturut-turut sebagai berikut: untuk kawasan Barat dan Timur Indonesia dengan distribusi penyinaran sekitar 6,5 kWh/m2 setiap hari dengan variasi bulanan sekitar 9%.
Salah satu pemanfaatan sistem energi sel surya yang dapat digunakan adalah sistem individual sel surya di rumah. Sistem ini juga sering disebut dengan istilah Solar Home System. Aplikasi sel surya jenis ini dapat menghasilkan energi listrik dari cahaya matahari untuk konsumsi listrik sendiri. Solar home system (SHS) adalah sistem PLTS mandiri yang dapat dikombinasikan dengan sumber backup cadangan seperti PLN/genset dengan sistem switching sederhana sampai otomatis[2]. Solar home system kemudian dikembangkan untuk kapasitas yang lebih besar lagi contohnya pada beberapa perumahan dan suatu kawasan pedesaan terpencil tertentu bahkan juga bisa diterapkan pada wilayah komplek perumahan di daerah perkotaan.
Kebutuhan listrik yang tinggi pada wilayah perumahan di daerah perkotaan menjadi alasan penulis memilih objek penelitian perumahan Royal Gardenia yang beralamat di Jalan Jamin Ginting Simpang Simalingkar, Medan sebagai tempat rencana pemasangan PLTS. Selain dari itu, perumahan ini juga masih tergolong baru dan masih banyak rumah yang belum dihuni sehingga kemungkinan membangun PLTS dapat ditawarkan kepada pelanggan atau pemilik perumahan. Dalam penelitian ini tidak memerlukan lahan khusus untuk tempat pembangkitannya karena langsung diletakkan pada atap-atap rumah.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan antara lain:
1. Bagaimana konsep perencanaan PLTS untuk melayani kebutuhan listrik komplek perumahan.
2. Apakah PLTS cocok diterapkan pada komplek perumahan di daerah perkotaan.
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan pada skripsi ini adalah:
1. Menentukan sistem dan kapasitas panel surya yang akan diaplikasikan di komplek perumahan.
2. Mengetahui analisis keekonomian dari sebuah perencanaan PLTS.
1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :
1. Penelitian dilakukan pada komplek perumahan Royal Gardenia, Medan Sumatera Utara.
2. Penelitian dilakukan di gedung Departemen Teknik Elektro USU lantai 4 dengan data intensitas cahaya yang diambil dari pengukuran setiap 5 menit dalam kurun waktu 2 jam selama 5 hari.
3. Panel surya yang digunakan dengan materi sel penyusun bahan
semikonduktor silikon.
4. Perencanaan hanya mengacu pada pemenuhan kebutuhan listrik komplek perumahan Royal Gardenia, Medan Sumatera Utara.
5. Tidak membahas biaya perawatan dan biaya operasional pembangkit listrik tenaga surya.
6. Tidak membahas secara mendetail perencanaan teknis pembangunan pembangkit listrik tenaga surya termasuk sudut orientasi matahari dan instalasi kabel-kabel dan peralatan listrik lainnya.
7. Penulis telah menentukan terlebih dahulu jenis panel surya yang akan digunakan dan komponen utama lainnya seperti baterai, controller dan inverter.
1.5 Manfaat Penelitian
Dari penulisan skripsi ini diharapkan sebagai referensi atau bahan acuan pemanfaatan energi terbarukan terutama PLTS yang menjadi solusi efektif dan efisien dalam rangka mengatasi kelangkaaan sumber daya energi listrik.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Energi Matahari
Indonesia memiliki intensitas energi matahari yang sangat besar. Hampir di setiap pelosok Indonesia, matahari menyinari sepanjang pagi sampai sore.
Energi matahari yang dipancarkan dapat diubah menjadi energi listrik dengan menggunakan panel surya. Matahari adalah salah satu contoh dari energi terbarukan (renewable energy) dan merupakan salah satu energi yang penting dalam kehidupan manusia.
Gambar 2.1 Sumber energi terbarukan pada kapasitas kelistrikan dunia 2011
Dalam Gambar 2.1 memperlihatkan jumlah energi dari matahari sebesar 1.4% dari total sumber energi terbarukan pada tahun 2011. Jumlah tertinggi yaitu pada sumber energi dari air (hidro) sebesar 78%.Matahari menghasilkan energi dalam bentuk radiasi. Energi dihasilkan dalam inti matahari melalui proses perpaduan antara atom hidrogen dan helium[1]. Bagian dari massa hidrogen dikonversi menjadi energi. Dengan kata lain, matahari adalah reaktor fusi nuklir yang sangat besar dengan masa hidup (umur) sekitar 4,5 x 109 tahun.
Dengan kata lain, matahari adalah reaktor fusi nuklir yang sangat besar dengan masa hidup (umur) sekitar 4,5 x 109 tahun. Karena matahari jauh dari bumi, maka hanya sebagian kecil radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi. Ada beberapa jenis radiasi matahari yaitu radiasi langsung (direct radiation), radiasi tersebar (diffuse radiation), radiasi pantulan (albedo), dan radiasi total (total radiation).
Gambar 2.2 Komponen radiasi matahari
Dalam Gambar 2.2 memperlihatkan tentang peristiwa radiasi dan jenis radiasi matahari. Intensitas radiasi matahari dari atmosfer bumi tergantung pada jarak antara matahari dan bumi. Dalam setahun variasi jarak ini antara 1,47 x 108 km dan 1,52 x 108 km. Sebagai hasilnya, fluktuasi intensitas radiasi matahari antara 1325W/m2 dan 1412W/m2. Nilai rata-rata yang dibuat sebagai ketetapan intensitas radiasi matahari yaitu 1367W/m2. Tingkat intensitas tersebut tidak tercapai pada permukaan bumi. Atmosfer bumi mengurangi tingkat intensitas tersebut melalui refleksi (pemantulan), penyerapan (oleh ozon, uap air,oksigen dan karbon dioksida) dan penyebaran (disebabkan oleh molekul udara, partikel debu atau polusi). Pada saat cuaca yang baik di tengah hari, tingkat intensitas radiasi matahari dapat mencapai 1000 W/m2 pada permukaan bumi. Nilai tersebut relatif tergantung pada lokasi.Tingkat intensitas radiasi matahari maksimum terjadi pada saat cuaca berawan sebagian dan hari yang cerah.Radiasi matahari secara langsung dapat diukur menggunakan Pyranometer.
Gambar 2.3 Pyranometer
Dalam Gambar 2.3 memperlihatkan bentuk alat ukur pyranometer.
Pyranometer adalah sensor dengan presisi tinggi yang digunakan untuk mengukur radiasi matahari. Pada Pyranometer, terdapat pelat logam hitam sebagai permukaan penyerap dan di bawahnya terdapat elemen panas dan logam putih.
Radiasi matahari adalah energi yang berasal dari proses thermonuklir yang terjadi di matahari. Bila densitas energi diintegrasikan sepanjang seluruh panjang gelombang, maka energi total yang dipancarkan sebanding dengan pangkat empat suhu absolut atau sesuai dengan hukum Stefan-Boltzmann:
...(2.1)
Dimana G adalah energi yang diradiasikan persatuan waktu dan persatuan luas (Watt/m2), dan adalah konstanta Stefan-Boltzmann yang nilainya ( ) = 5,669 x 10-8 W/m2.K4. Penukaran panas netto secara radiasi termal adalah:
Watt...(2.2)
Dimana adalah konstanta Stefan-Boltzmann yang nilainya ( ) = 5,669 x 10-8 W/m2.K4. A adalah luas permukaan (m2) dan T adalah temperatur derajat kelvin pangkat empat (K4). Radiasi yang dipancarkan oleh permukaan matahari (Gs) adalah sama dengan hasil perkalian konstanta Stefan-Boltzmann ( ) dengan pangkat empat temperatur permukaan absolut (Ts4) dan dengan luas permukaan (πds2
) atau dengan persamaan:
Gs = πds2
Ts4
Watt...(2.3)
Dimana adalah konstanta Stefan-Boltzmann yang nilainya 5,67 x 10-8 W/(m2.K4), Ts adalah temperatur permukaan dalam satuan Kelvin, dan ds adalah diameter matahari dalam satuan meter. Pada radiasi ke semua arah, energi yang diradiasikan mencapai luas permukaan bola dengan matahari sebagai titik tengahnya. Jari-jari (R) sama dengan jarak rata-rata antara matahari dan bumi.
Luas permukaan bola adalah 4πR2, dan fluks radiasi pada satu satuan luas dari permukaan bola tersebut yang dinamakan iradiansi, menjadi sebagai berikut:
G
π π ...(2.4)
G
...(2.5)
G
...(2.6)
2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Surya
2.2.1 Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Pembangkit listrik tenaga surya adalah ramah lingkungan, dan sangat menjanjikan. Sebagai salah satu alternatif untuk menggantikan pembangkit listrik menggunakan uap (dengan minyak dan batubara). Perkembangan teknologi dalam membuat panel surya yang lebih baik dari tingkat efisiensi, pembuatan aki yang tahan lama, pembuatan alat elektronik yang dapat menggunakan Direct Current, adalah sangat menguntungkan dari segi pemanfaatan energi surya[2].
Kendati demikian sistem pembangkit listrik tenaga surya saat ini memiliki kelebihan dan kekurangan dalam penggunaannya. Kelebihan penggunaan listrik tenaga surya[3]:
a. Energi yang terbarukan/tidak pernah habis (berkelanjutan dan diperbaharui terus menerus).
b. Bersih, ramah lingkungan.
c. Tidak membutuhkan bahan bakar/energi matahari relatif mudah didapat dimana saja.
d. Umur panel surya investasi jangka panjang e. Praktis, tidak memerlukan perawatan.
f. Sangat cocok untuk daerah tropis seperti Indonesia.
Sedangkan kekurangannya adalah:
a. Harga pemasangan/pembuatan panel surya relatif mahal.
b. Pada malam hari atau saat radiasi matahari berkurang, panel surya sedikit tidak berfungsi.
c. Membutuhkan perangkat tambahan dalam pemakaiannya.
Panel surya sebagai komponen penting pembangkit listrik tenaga surya, mendapatkan tenaga listrik pada pagi sampai sore hari sepanjang ada sinar matahari. Umumnya kita menghitung maksimun sinar matahari yang diubah menjadi tenaga listrik sepanjang hari adalah 12 jam. Tenaga listrik pada pagi - sore disimpan dalam baterai, sehingga listrik dapat digunakan pada malam hari, dimana tanpa sinar matahari.
Karena pembangkit listrik tenaga surya sangat tergantung kepada sinar matahari, maka perencanaan yang baik sangat diperlukan[4] . Perencanaan terdiri dari:
a. Jumlah daya yang dibutuhkan dalam pemakaian sehari-hari (Watt).
b. Berapa besar daya yang dihasilkan panel surya (dalam Watt hour), dalam hal ini memperhitungkan berapa jumlah panel surya yang harus dipasang.
c. Berapa unit baterai yang diperlukan untuk kapasitas yang diinginkan dan pertimbangan penggunaan tanpa sinar matahari. (Ampere hour).
Gambar 2.4 Sistem PLTS
Dalam Gambar 2.4 menunjukkan bahwa sistem PLTS yang dirancang beroperasi dengan menggabungkan jaringan listrik lainnya yaitu PLN dalam memenuhi kebutuhan beban listrik pada suatu tempat. Maka dibutuhkan switching untuk menghubungkan beban dengan PLTS atau memutuskannya ketika panel surya sedang tidak beroperasi atau dengan kata lain energi matahari yang dihasilkan sangat sedikit. Komponen yang paling berperan penting ialah inverter yaitu untuk mengubah arus DC yang dihasilkan panel surya yang harus disesuaikan dengan persyaratan jaringan listrik yang terhubung kepada sistem dan juga beban-beban yang dilayani.
2.2.2 Perhitungan jumlah energi PLTS
Kapasitas energi listrik yang dihasilkan oleh sistem PLTS adalah gabungan dari setiap komponen yang ada pada sistem tersebut. Daya maksimum (wattpeak) yang dapat dibangkitkan oleh sebuah sistem PLTS dapat dihitung dengan persamaan[3]:
PV Area.(2.7) Keterangan:
= pemakaian energi (kWH/hari)
= intensitas cahaya matahari (kWH/m2
= efisiensi panel surya = faktor koreksi suhu
= efisiensi keseluruhan sistem panel surya (baterai,inverter,controller)
PV Area = area panel surya ( )
Suhu standar untuk panel surya dapat bekerja secara optimal berada pada titik 25 . Jadi akan ada pengurangan daya yang dihasilkan saat suhu naik. Nilai TCF atau nilai faktor perubahan temperatur dapat dihitung dari rumus-rumus berikut:
TCF
=
...(2.8)
= Daya yang dihasilkan saat suhu naik dari 25 (W)
= Daya maksimum panel surya (W)
= - ( 0,5% / x x kenaikan suhu ) Efisiensi keseluruhan sistem panel surya diperoleh dari rumus:
= x x
...(2.9)= efisiensi baterai = efisiensi inverter
= efisiensi controller
Dari perhitungan PV area di atas, maka besar daya yang dibangkitkan PLTS(wattpeak) dapat dihitung dengan rumus:
= PVArea x PSI x ...(2.10)
Keterangan:
= daya yang dibangkitkan (wattpeak) = peak solar insolation(1000W/
Untuk memperoleh besar tegangan, arus dan daya yang sesuai dengan kebutuhan, maka panel-panel surya tersebut harus dikombinasikan sedemikian rupa dalam pemasangannya baik secara seri maupun secara paralel[4]. Adapun ketenteuannya adalah sebagai berikut:
a. Untuk memperoleh tegangan yang keluar dari panel menjadi lebih besar maka dua buah atau lebih panel surya harus dihubungkan secara seri.
b. Untuk memperoleh arus yang keluar dari panel menjadi lebih besar maka dua buah atau lebih panel surya harus dihubungkan secara paralel.
c. Untuk memperoleh daya yang keluar dari panel menjadi lebih maksimal dan dalam tegangan yang konstan maka panel-panel surya harus dibungkan secara seri dan secara paralel.
Gambar 2.5 Konfigurasi panel surya
Dalam Gambar 2.5 diatas mengilustrasikan bahwa panel surya yang diparalelkan mendapat arus yang lebih besar namun dengan kapasitas yang berbeda satu sama lain,hanya saja level tegangan adalah sama, sebaliknya jika diserikan akan mendapatkan tegangan yang jauh lebih besar namun arus keluaran yang sama. Adapun kombinasi keduanya pada gambar menunjukkan penyusunan yang ideal untuk memperoleh kapasitas yang lebih besar tanpa mengeluarkan biaya. Tetapi sebagai catatan yang perlu diperhatikan yakni :
1. Tipe panel surya harus sama.
2. Sambungan kabel pastikan aman.
3. Pemasangan dioda jangan terbalik dan usahakan dekat dengan panel.
4. Gunakan terminal sambungan untuk mendapatkan hasil yang lebih maksimal.
.
2.3 Panel Surya
Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya matahari menjadi listrik. Matahari merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat dimanfaatkan. Panel surya sering kali disebut sel fotovoltaik. Sel surya atau sel PV bergantung pada efek fotovoltaik untuk menyerap energi matahari dan menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang berlawanan. Panel surya merupakan alat yang sangat penting dalam pembangkit listrik tenaga surya, yang berfungsi untuk mengubah energi surya (matahari) menjadi energi listrik.
Dalam sebuah panel surya ini ada sel surya yang mempunyai peranan penting dalam panel surya untuk memaksimalkan cahaya matahari.
Berikut adalah beberapa keunggulan dan kelemahan menggunakan panel surya yang perlu diketahui[5]:
Keunggulan Panel Surya:
- Panel surya ramah lingkungan dan tidak memberikan kontribusi terhadap perubahan iklim seperti pada kasus penggunaan bahan bakar fosil karena panel surya tidak memancarkan gas rumah kaca yang berbahaya seperti karbon dioksida.
- Panel surya memanfaatkan energi matahari sebagai bentuk energi paling berlimpah yang tersedia di planet bumi.
- Panel surya mudah dipasang dan memiliki biaya pemeliharaan yang sangat rendah karena tidak ada bagian yang bergerak.
- Panel surya tidak memberikan kontribusi terhadap polusi suara dan bekerja dengan sangat diam.
- Tidak diharuskan membeli semua panel surya yang diperlukan dalam waktu yang sama, tetapi dapat dibeli secara bertahap yang berarti tidak perlu melakukan investasi besar secara instan.
- Panel surya tidak kehilangan banyak efisiensi dalam masa pakai mereka yang mencapai 20 tahun. Masa pakai relatif lama yakni mencapai 25-30 tahun, akan menghemat biaya energi dalam jangka panjang.
Kelemahan Panel Surya:
- Panel surya masih relatif mahal, bahkan meskipun setelah banyak mengalami penurunan harga.
- Panel surya masih perlu meningkatkan efisiensi secara signifikan karena banyak sinar matahari terbuang sia-sia dan berubah menjadi panas. Rata-rata panel surya saat ini mencapai efisiensi kurang dari 20%. Jika tidak terpasang dengan baik dapat terjadi over- heating pada panel surya.
- Panel surya terbuat dari beberapa bahan yang tidak ramah lingkungan.
Daur ulang panel surya yang tak terpakai lagi dapat menyebabkan kerusakan lingkungan jika tidak dilakukan dengan hati-hati.
Kendala yang dihadapi dalam pengembangan panel surya di indonesia adalah ketersediaan teknologi untuk produksi. Indonesia masih baru memiliki industri perakitan sel surya. Bahan baku yang dibutuhkan masih impor dari negara-negara lain sehingga harga sel surya di Indonesia masih cenderung mahal.
Namun melihat dari sisi sumber energi matahari yang berlimpah sebagai negara khatulistiwa, sel surya juga merupakan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan dan tahan lama[6]. Umur sel surya yang dapat diaplikasikan saat ini berkisar di angka 25 tahun.
Selain itu, berdasarkan data penyinaran yag dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, radiasi surya di Indonesia dapat diklasifikasikan berturut-turut sebagai berikut: untuk kawasan barat dan timur Indonesia dengan distribusi penyinaran di Kawasan Barat Indonesia(KBI) sekitar 6,5 kWh/m kuadrat seiap hari dengan variasi bulanan sekitar 10%, dan Kawasan Timur Indonesia (KTI) sekitar 7,1kwh/m2 setip hari dengan variasi bulanan sekitar 9%. Karena alasan inilah maka Indonesia memiliki potensi energi surya yang cukup besar.
2.3.1 Prinsip kerja panel surya
Sel surya atau juga sering diebut fotovoltaik adalah peralatan yang mampu mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya memiliki peran utama untuk memaksimalkan potensi yang sangat besar energi matahari yang
sampai ke bumi, walaupun selain dipergunakan melalui radiasinya juga dapat dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar termal.
Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction,yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar.
Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron(muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole(muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom posfor. Ilustrasi di bawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Peran dari p- n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron dan hole bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik.
Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik ketika cahaya matahari mengenai susunan sambungan p-n maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar di bawah.
Gambar 2.6 kondisi struktur kristal silikon dan konduktivitas intrinsik elektron
Konduktivitas intrinsik tidak dapat digunakan untuk menghasilkan listrik.
Agar material silikon dapat digunakan untuk menghasilkan energi, pengotoran (doping) sengaja dilakukan ke dalam kisi kristal[7]. Ini dikenal sebagai atom doping. Atom-atom ini memiliki satu elektron lebih (fosfor) atau satu elektron kurang (boron) dari silikon di kulit elektron terluarnya. Dengan demikian, atom doping menghasilkan 'atom pengotor' dalam kisi kristal.
Gambar 2.7 Konduksi ekstrinsik di dalam silikon dengan doping p dan n Dalam Gambar 2.11 memperlihatkan konduksi ekstrinsik di dalam silikon dengan doping p dan n. Pada kondisi fosfor sebagai doping n, maka ada kelebihan elektron untuk setiap atom fosfor di kisi. Elektron ini dapat bergerak dengan bebas di dalam kristal dan oleh karena itu mengangkut muatan listrik. Dengan boron sebagai doping p, maka ada lubang (ikatan elektron yang hilang) untuk setiap atom boron dalam kisi. Elektron dari atom silikon tetangga (terdekat) dapat mengisi lubang ini, menciptakan sebuah lubang (hole) baru di tempat lain. Metode konduksi berdasarkan atom doping dikenal sebagai konduksi pengotor atau konduksi ekstrinsik. Dengan mempertimbangkan material doping p atau n, muatan bebas tidak memiliki arah yang untuk pergerakan mereka.
Jika lapisan semikonduktor dengan doping p dan n dibawa bersama, sebuah sambungan p-n (positif-negatif) terbentuk. Pada sambungan (junction) ini, elektron yang berlebih dari semikonduktor n berdifusi ke dalam lapisan semikonduktor p. Hal ini menciptakan suatu daerah dengan beberapa pembawa muatan bebas. Wilayah ini dikenal sebagai daerah muatan ruang. Atom doping bermuatan positif tetap di wilayah n dan atom doping bermuatan negatif tetap di
wilayah p dalam periode transisi. Medan listrik yang diciptakan berlawanan dengan gerakan pembawa muatan, akibatnya difusi tidak berlanjut terus menerus.
Gambar 2.8 Daerah ruang muatan sambungan p-n
Dalam Gambar 2.12 memperlihatkan bentuk daerah ruang muatan pada sambungan p-n. Jika semikonduktor p-n (sel surya) terkena cahaya, foton diserap oleh elektron. Energi yang masuk tersebut memecah ikatan elektron sehingga elektron yang terlepas ditarik melalui medan listrik ke wilayah n. Lubang yang terbentuk bermigrasi dalam arah yang berlawanan ke wilayah p. Proses ini secara keseluruhan disebut efek fotovoltaik. Penyebaran pembawa muatan ke kontak listrik menyebabkan tegangan timbul pada sel surya. Pada keadaan tanpa beban, tegangan rangkaian terbuka (Voc) timbul pada sel surya. Jika rangkaian listrik tertutup, maka arus listrik akan mengalir.
2.3.2 Komponen panel surya
Untuk dapat mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik diperlukan suatu alat atau beberapa alat yang disebut komponen. Komponen-komponen ini sangat berbeda dengan yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik pada pembangkit tenaga listrik pada umumnya. Komponen listrik tenaga surya ini membentuk satu kesatuan yang terorganisasi sedemikian rupa sehingga dapat bekerja secara maksimal[9]. Satu saja komponen tersebut rusak atau tidak dapat digunakan, maka proses perubahan energi cahaya menjadi energi listrik dapat terganggu. Berikut ini adalah komponen-komponen utama dari panel surya:
1. Panel Sel Surya
Komponen utama sistem surya PV adalah panel surya yang merupakan unit rakitan beberapa sel surya PV. Energi matahari itu dapat berubah menjadi arus listrik searah yaitu dengan menggunakan silikon yang tipis. Sel surya tersusun dari dua lapisan semikonduktor dengan muatan yang berbeda. Lapisan atas sel surya itu bermuatan negatif sedangkan lapisan bawahnya bermuatan positif. Sel-sel Si itu dipasang dengan posisi sejajar dan seri dalam sebuah panel yang terbuat dari aluminium atau baja anti karat dan dilindungi oleh kaca atau plastik.
Kemudian pada tiap-tiap sambungan sel itu diberi sambungan listrik.
Bila sel-sel itu terkena sinar matahari (energi foton) maka beberapa foton diserap oleh atom Si yang merupakan semikonduktor dapat membebaskan elektron dari katan atomnya sehingga akan menjadi elektron yang bergerak bebas. Pergerakan elektron itulah yang menjadikan adanya arus listrik searah (DC) dan pada sambungan akan mengalir arus listrik.
Besarnya arus atau tenaga listrik itu tergantung pada jumlah energi cahaya matahari yang mencapai silikon dan luas permukaan sel tersebut.
Sebuah panel surya umumnya terdiri dari beberapa sel surya yang dihubungkan secara seri maupun paralel yang teridiri dari 32-40 sel surya, tergantung ukuran panel surya yang ingin dibuat. Gabungan dari panel- panel surya akan membentuk suatu array sel surya. Panel surya atau modul surya adalah unit rangkaian lengkap yang dilapisi bahan kedap air dan tahan terhadap perubahan cuaca. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan tegangan dari arus yang dihasilkan sehingga cukup untuk pemakaian sistem catu daya beban. Kemudian bila beban seperti lampu dipasang diantara terminal negatif dan terminal positif dari sel surya maka elektron- elektron akan mengalir sebagai arus listrik searah yang dapat menghidupkan lampu tersebut. Semakin besar radiasi matahari yang mengenai sel surya, maka semakin besar pula arus yang dihasilkan oleh sel surya tersebut. Oleh karenanya sel surya tidak akan pernah habis atau rusak dalam membangkitkan listik. Biasanya kerusakan terjadi disebabkan karena sel surya tersebut pecah atau karena faktor lain,
sehingga bila sel surya dilindungi dengan baik, maka usianya bisa mencapai 20 tahun.
2. Baterai
Komponen yang berfungsi untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan dari penyerapan sinar matahari oleh panel surya adalah baterai.
Energi listrik yang disimpan di dalam baterai dapat berguna untuk tetap menyediakan energi listrik saat cahaya matahari tidak terpancarkan secara maksimal seperti saat langit mendung atau hujan dan di malam hari.
Baterai yang digunakan untuk PLTS mengalami proses siklus pengisian atau charging dan pengosongan atau discharging tergantung pada ada atau tidaknya sinar matahari. Selama ada sinar matahari maka panel surya akan menghasilkan energi listrik. Apabila energi listrik yang dihasilkan oleh panel surya melebihi kebutuhan energi listrik maka akan disimpan dalam baterai. Sebaliknya, saat kebutuhan energi listrik melebihi dari energi listrik yang dihasilkan oleh panel surya maka cadangan energi dari baterai dapat diberikan untuk memenuhi kekurangan energi listrik.
Ada dua jenis baterai isi ulang yang bisa digunakan dalam sistem PLTS yaitu baterai alam timbal dan baterai nikel kadmium. Baterai jenis nikel kadmium ini lebih sedikit digunakan dalam sistem PLTS karena baterai jenis ini memiliki efisiensi yang rendah dan biaya yang lebih tinggi. Sedangkan untuk baterai jenis asam timbal lebih banyak digunakan dalam sistem PLTS karena baterai jenis ini memiliki efisiensi tinggi dan biayanya lebih murah. Baterai jenis asam timbal akan menjadi perangkat penyimpanan dalam sistem PLTS yang diperkirakan masih digunakan untuk sistem PLTS ukuran menengah dan besar.
Umumnya kapasitas baterai itu dinyatakan dalam ampere-hour(Ah).
Nilai Ah pada baterai menunjukkan arus yang dapat dilepaskan dikalikan dengan nilai waktu untuk pelepasan arus tersebut. Selain itu penting untuk memperhatikan ukuran hari-hari otonomi dalam mendesain kapasitas baterai yang ingin digunakan dalam sistem PLTS.
3. Inverter
Inverter adalah komponen elektronika pendukung panel PV untuk mengubah arus searah (direct current, DC) menjadi arus bolak balik (alternating current, AC) yang umumnya peralatan listrik butuhkan.
Pemilihan inverter yang tepat untuk aplikasi tertentu tergantung kepada kebutuhan beban dan juga kepada sistem itu sendiri ; apakah sistem yang terhubung ke jaringan listrik (grid connected) atau sistem yang berdiri sendiri (stand alone system). Efisiensi inverter pada saat pengoperasian adalah sekitar 90%.
Ada 3 kategori inverter,yaitu: grid-tied, grid tied dengan baterai cadangan, dan stand alone. Kedua jenis inverter yang pertama adalah inverter line-tied, yang digunakan dengan sistem panel surya utility- connected. Jenis yang ketiga adalah stand alone atau inverter off-grid, diciptakan untuk berdiri sendiri(tidak bergantung). Jika dilihat dari segi gelombangnya ,inverter dapat dikategorikan menjadi 2 jenis inverter yaitu jenis inverter gelombang sinus (sine wave) dan gelombang kotak(square wave). Pada inverter jenis gelombang sinus, pemakaian listrik akan lebih hemat dibandingkan dengan inverter jenis gelombang kotak terkhusus saat mengerakkan alat listrik dengan menggunakan motor. Dalam perkembangannya di pasaran juga beredar modified sine wave inverter yang merupakan kombinasi anatara square wave dan sine wave.
Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan inverter:
a. Harus diusahakan memilih inverter yang beban kerjanya mendekati dengan beban yang kita butuhkan agar efisiensi kerjanya maksimal.
b. Input DC 12 volt atau 24 volt c. Gelombang output AC
Rugi-rugi/losses yang terjadi pada inverter biasanya berupa disipasi daya dalam bentuk panas. Efisiensi tertinggi dimiliki oleh grid tie inverter dan bisa mencapai 95%-97% bila beban outputnya hampir mendekati rated bebannya. Kapasitas sebuah inverter menentukan jumlah daya AC yang bisa disediakan terus menerus. Satuan ukuran inverter adalah Watt.
Selain itu sebagai proteksi inverter juga dilengkapi toleransi lonjakan arus
listrik yang menyatakan bahwa dalam selang waktu tertentu sejumlah daya dapat disuplai oleh inverter sebelum gangguan diputuskan demi melindungi inverter tersebut.
4. Controller
Controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan yang diambil dari baterai ke beban. Controller akan melindungi baterai dari overcharging sehingga lifetime baterai menjadi lebih lama. Alat ini juga mempunyai kemampuan untuk mendeteksi kapasitas baterai. Cara alat ini untuk mendeteksi adalah melalui monitor level tegangan baterai. Controller dapat mengisi baterai sampai pada level tegangan tertentu kemudian saat mencapai titik terendah akan dapat diisi kembali sehingga dapat sebagai indikator bagi pengguna PLTS dalam mengendalikan konsumsi ketersediaan listrik yang terdapat dalam baterai.
2.3.3 Jenis - jenis panel surya
Jenis panel surya dikelompokkan berdasarkan material sel surya yang menyusunnya. Secara umum ada 3 jenis panel surya,yaitu:
1. Monocrystalline silicon (mono-Si)
Dibuat dari silikon kristal tunggal yang didapat dari peleburan silikon dalam bentuk bujur, biasanya memiliki tebal 200 mikron dengan nilai efisiensi sekitar 16-25 %. Secara fisik, panel surya Monocrystalline dapat diketahui dari warna sel hitam gelap dengan model terpotong tiap sudutnya. Pada dasarnya dibuat menggunakan crystall silicon murni yang sudah diiris tipis sehingga membentuk segi empat dengan irisan di keempat sudutnya. Selain dari harganya yang relatif lebih mahal,efisiensinya juga akan turun drastis dalam cuaca berawan.
2. Polycristalline silicon (poly-Si)
Dibuat dari peleburan silikon dalam tungku keramik,kemudian pendinginan perlahan untuk mendapatkan bahan campuran silikon yang akan timbul di atas lapisan silikon. Harganya lebih murah
dikarenakan efisiensinya sekitar 14-18 %. Secara fisik, panel surya jenis ini dapat diketahui dari warna sel yang cenderung biru dengan bentuk persegi. Polycristalline silicon dihasilkan dari proses metalurgi grade silicon dengan pemurnian kimia,yaitu dicairkan dan dituangkan serta didinginkan dalam cetakan persegi secara sempurna. Untuk menghasilkan daya listrik yang sama memerlukan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan jenis monocristalline silicon, akan tetapi dapat menghasilkan listrik pada saat mendung.
3. Thin Film
Panel surya Thin Film menggunakan banyak lapisan material sebagai bahan material penyusunnya. Sebenarnya panel ini belum jadi setiap kristal ,masih seperti lapisan tipis silikon yang diendapkan pada bahan substrat atau dasar seperti logam atau kaca. Meskipun mempunyai kinerja yang lebih rendah dibandingkan panel surya berbahan silikon namun memiliki kemampuan energi yang dihasilkan mudah disimpan. Jenis panel surya ini memiliki kerapatan atom yang rendah, sehingga mudah dibentuk dan dikembangkan ke berbagai macam ukuran dan potongan yang dapat diproduksi dengan biaya yang lebih murah. Dengan ketebalan yang sangat tipis, hal tersebut memungkinkan menjadi fleksibel dan memiliki berat yang lebih rendah. Beberapa tipe panel surya thin film yang ada di pasaran, yaitu:
1. Cadmium telluride (CdTe)
Panel surya CdTe merupakan jenis panel surya yang memiliki tingkat efisiensi paling baik di kelasnya yakni sekitar 9-11%.
Terbentuk dari bahan materi thin film dan ploycrystalline secara deposit dan evaporasi tingkat tinggi
2. Copper Indiu Diselenide (CuInSe2)
Merupakan bahan dari film tipis polycrystalline dengan nilai efisiensi berkisar 10-12 %.
3. Amorphous thin-film silicon (a-Si,TF-Si)
Panel surya amorphous memiliki efisiensi terendah dengan 6-8% dan mengandung bahan yang tidak aman dalam materialnya. Banyak dipakai sebagai pengganti tinted glass yang semi transparan dan dikembangkan untuk sistem bangunan terpadu.
2.3.4 Faktor Pengoperasian panel surya
Pengoperasian maksimum panel surya sangat tergantung pada[8]:
a. Ambient air temperature
Sebuah panel surya dapat beroperasi secara maksimum jika temperatur panel tetap normal pada temperatur 25 , kenaikan temperatur lebih tinggi dari temperatur normal pada PV sel akan melemahkan voltage (Voc). Setiap kenaikan temperatur panel surya 1 (dari 25 ) akan berkurang sekitar 0.5% pada total daya yang dihasilkan atau akan melemah 2 kali lipat untuk kenaikkan temperatur panel surya per 10 .
b. Radiasi solar matahari (insolation)
Radiasi solar matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariasi, dan sangat tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Insolation solar matahari akan banyak berpengaruh pada arus dan tegangan keluaran.
c. Kecepatan angin bertiup
Kecepatan tiup angin disekitar lokasi PV array dapat membantu mendinginkan permukaan temperatur kaca-kaca PV array.
d. Keadaan atmosfir bumi
Keadaan atmosfir bumi berawan, mendung, jenis partikel debu udara, asap, uap air udara (Rh), kabut dan polusi sangat menentukan hasil maksimum arus listrik dari deretan PV.
e. Orientasi panel atau array PV
Orientasi dari rangkaian/deretan PV (array) ke arah matahari secara optimum adalah penting agar panel/deretan PV dapat menghasilkan energi maksimum. Selain arah orientasi, sudut orientasi (tilt angle) dari panel/deretan PV juga sangat mempengaruhi hasil
energi maksimum. Sebagai contoh: untuk lokasi yang terletak di belahan Utara, maka panel/deretan PV sebaiknya diorientasikan ke Selatan, walaupun juga orientasi ke Timur atau ke Barat dapat menghasilkan sejumlah energi dari panel- panel/deretan PV, tetapi tidak akan mendapatkan energi matahari optimum.
f. Posisi letak sel surya (array) terhadap sudut orientasi matahari (Tilt Angle)
Mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan panel PV secara tegak lurus akan mendapatkan energi maksimum 1000 W/m2 atau 1 kW/m2 .
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu
Penelitian dilakukan untuk panel surya jenis silikon di gedung Departemen Teknik Elektro USU lantai 4 sebagai sampel untuk menangkap sinar matahari dengan perolehan intensitas cahaya yang diperoleh dari tanggal 24 Juli 2017 sampai dengan 28 Juli 2017.
3.2 Bahan dan Peralatan
Adapun bahan-bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah panel surya silikon polikristal tipe RPV 100 P 10, data sheet panel surya dan komponen lainnya, data intensitas cahaya dari laboratorium sustainable energy Teknik Mesin USU, data pemakaian energi listrik komplek perumahan.
Gambar 3.1 Peralatan penelitian
Tabel 3.1 Spesifikasi panel surya material silikon ROYAL PV TYPE: RPV-100-P10
PHOTOVOLTAIC MODULE
Model panel PUL – 100 – P10
Daya maksimum 100 W
Tegangan rangkaian terbuka / Voc (DC) 22.54 V Arus hubung singkat / Isc ((DC) 5.79 A Tegangan pada daya maksimum / Vmpp (DC) 18.90 V
Arus pada daya maksimum / Impp (DC) 5.33 A
Toleransi output 0 – (+ 3%)
Temperatur nominal kerja (-40) – 850C
Berat 8.8 KG
Tegangan sistem maksimum (DC) 1000 V
Arus fuse maksimum 15 A
Teknologi sel Poly – Si
Dimensi 0.674 m x 1.063 m
Tabel 3.2 Spesifikasi baterai BATERAI RB-S2-1180 AGM
Model baterai RB-S2-1180 AGM
Kapasitas baterai 100 Ah
Tegangan nominal 24 V
Arus fuse maksimum 25 A
Toleransi output 0 – (+ 3%)
Tegangan sistem maksimum (DC) 230 V
Efisiensi 93%
Dimensi 0.579 m x 0,545 m
Tabel 3.3 Spesifikasi inverter INVERTER SUNNY BOY 5000 TL
Model inverter SUNNY BOY 5000 TL
Rating Tegangan 24 Vdc/ 220 Vac
Daya maksimum 18 kW
Efisiensi 97%
Dimensi 0.47 m x 0,445 m
Tabel 3.4 Spesifikasi controller CONTROLLER SUNNY BACK UP 2200
Model baterai SUNNY BACK UP 2200
Daya maksimum 18 kW
Efisiensi 93%
Dimensi 0.47 m x 0,445 m
3.3 Variabel yang Diamati
Variabel-variabel yang diamati dalam penelitian ini meliputi:
1. Energi listrik yang dibutuhkan perumahan 2. Intensitas Cahaya
3. Daya keluaran panel surya
3.4 Prosedur Penelitian
Adapun prosedur penelitian akan tergambarkan melalui flowchart di bawah ini :
Tidak
Ya
Gambar 3.2 Diagram alir penelitian
Mulai
Menghitung luas panel yang dibutuhkan untuk membuat PLTS di perumahan Royal
Gardenia,Medan
Nilai
Apakah hasil perbandingan biaya yang dikeluarkan oleh perumahan dengan pendapatan yang diperoleh dari sistem PLTS sesuai dengan yang diharapkan?
Melakukan pengujian sampel panel surya
Menghitung energi yang akan dihasilkan PLTS
Nilai Tegangan, Arus, Daya keluaran, Waktu
Melakukan analisis biaya
Selesai
3.5 Pelaksanaan Penelitian
1. Melakukan analisis perhitungan konsumsi listrik pada komplek perumahan.
2. Data intensitas cahaya kemudian diimplementasikan untuk meninjau potensi panel surya yang akan mencukupi kebutuhan listrik tersebut.
3. Melaksanakan pengukuran efisiensi panel surya.
4. Selanjutnya langsung dilakukan pengevaluasian terhadap seluruh perhitungan sekaligus memulai perancangan pemasangan yang ideal dari panel surya di atap rumah-rumah.
5. Menganalisis biaya yang dibutuhkan untuk perencanaan sistem PLTS dan menyesuaikannya dengan penjualan energi listrik yang dihasilkan oleh sistem PLTS.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Perumahan Royal Gardenia Medan 4.1.1 Profil perumahan Royal Gardenia Medan
Gambar 4.1 Layout komplek perumahan Royal Gardenia Medan
Perumahan Royal Gardenia ini masih tergolong baru dan masih ada beberapa bangunan yang belum dihuni. Perumahan ini memiliki luas area 11.700 dan terdiri dari 60 bangunan rumah, 3 taman, lampu jalan di setiap depan rumah dan 1 pos pengamanan di depan gerbang. Ada 3 jenis rumah yaitu tipe ruko dengan ukuran 4x16 m, tipe gardenia 100 dengan ukuran 6x14 m, dan tipe royal 120 dengan ukuran 6x16 m. Luas atap bangunan rumah tipe gardenia dan tipe royal adalah sama yaitu 54 , sedangkan terkhusus bangunan ruko luas atapnya 36 . Hal ini berhubungan nantinya untuk rencana pemasangan panel surya yang akan diletakkan pada atap rumah atau bangunan.
Gambar 4.2 Tipe rumah royal Gardenia 100
Gambar 4.3 Tipe rumah Royal 120
Gambar 4.4 Tipe ruko
4.1.2 Sistem Kelistrikan perumahan Royal Gardenia Medan
Semua rumah dalam komplek mempunyai daya listrik yang sama yaitu 2200 watt. Namun dalam pemakaian energi listriknya tentu berbeda tergantung dari konsumsi listrik setiap harinya. Dalam hal ini penulis mengelompokkan rata- rata pemakaian energi listrik sesuai dengan tipe rumah. Berdasarkan keterangan dari penghuni yang tinggal bahwa setiap rumah menggunakan listrik pra bayar dengan rincian biaya token listrik per bulannya sebagai berikut:
a. Tipe rumah Gardenia 100 memiliki kebutuhan listrik berkisar Rp.
500.000,- / bulan
b. Tipe rumah Royal 120 memiliki kebutuhan listrik berkisar Rp.
600.000,- / bulan
c. Tipe rumah Ruko memiliki kebutuhan listrik berkisar Rp. 700.000,- / bulan
Setelah mengetahui pemakaian energi listrik setiap bulannya, maka dapat dilanjutkan untuk menghitung pemakaian rata-rata energi listrik setiap harinya pada perumahan. Jika mengikuti tarif listrik 12 golongan tarif listrik nonsubsidi per 1 Januari 2017 untuk kota Medan, maka tarifnya sebesar Rp1.467,28/kWh.
Apabila dilihat dari jenis tipe rumah seperti yang sudah dibagi sebelumnya maka hasil perhitungan rata-rata penggunaan energi listrik setiap harinya adalah sebagai berikut:
a. Tipe rumah Gardenia 100 : 11,36 kWh b. Tipe rumah Royal 120 : 13,63 kWh
c. Tipe ruko : 15,9 kWh
Hasil perhitungan energi listrik jika ditinjau dari analisis beban terpasang pada tiap-tiap rumah juga tidak jauh berbeda dengan hasil di atas sebagaimana yang tertera pada tabel-tabel di bawah ini:
Tabel 4.1 Rata-rata pemakaian energi listrik tipe rumah Gardenia 100 per hari
No. Nama
Peralatan Listrik
Jumlah (buah)
Lama Pemakaian (jam)
Daya(
watt)
Energi yang dibutuhkan(Wh)
1 Lampu 12 8 25 2400
2 Dispenser 1 2 250 500
3 Televisi 2 4 120 960
4 Kulkas 1 24 135 3240
5 Mesin cuci 1 1 450 450
6 Pompa 1 - 280 280
7 Kipas angin 1 3 45 135
8 AC 1 8 540 365
9 Setrika 1 1 300 300
10 Rice cooker 1 24 350 2140
11 Perangkat lain - - - 400
Total 11170
Tabel 4.2 Rata-rata pemakaian energi listrik tipe ruko per hari
No. Nama Peralatan Listrik
Jumlah (buah)
Lama Pemakaian (jam)
Daya(
watt)
Energi yang dibutuhkan(Wh)
1 Lampu 20 8 25 4000
2 Dispenser 1 3 250 750
3 Televisi 1 3 120 360
4 Kulkas 4 16 135 8640
5 Pompa 1 - 280 280
6 Kipas angin 1 5 45 225
7 AC 4 6 540 1460
8 Perangkat lain - - - 200
Total 15915
Tabel 4.3 Rata-rata pemakaian energi listrik tipe rumah Royal 120 per hari No. Nama Peralatan
Listrik
Jumlah (buah)
Lama Pemakaian (jam)
Daya(
watt)
Energi yang dibutuhkan(Wh)
1 Lampu 15 8 30 3600
2 Dispenser 1 3 250 750
3 Televisi 2 4 120 960
4 Kulkas 1 24 135 3240
5 Mesin cuci 1 1 450 450
6 Pompa 1 - 280 280
7 Kipas angin 2 3 45 270
8 AC 2 8 540 730
9 Setrika 1 1 300 300
10 Rice cooker 1 24 350 2140
11 Perangkat lain - - - 500
Total 13220
Pembagian ini berguna nantinya untk menghitung berapa energi listrik rata-rata tiap hari yang dibutuhkan dan energi yang akan dihasilkan dari pemasangan panel surya di setiap jenis rumah.
4.2 Rancangan pemasangan PLTS
4.2.1 Perhitungan rencana area dan jumlah array PLTS
Sistem pembangkit listrik tenaga surya akan ditempatkan pada bagian atap rumah, sehingga perlu untuk mengetahui luas atap dari setiap jenis tipe rumah.
Sesuai dengan Gambar 4.1 untuk bagian atap tipe rumah Gardenia 100 dan Royal 120 memiliki luas yang sama yakni 54 dengan panjang 9 m dan lebar 6 m , sedangkan untuk bagian atap tipe ruko memiliki luas 36 dengan panjang 9 meter dan lebar 4 meter.
Untuk mendapatkan luas panel surya yang dibutuhkan dilakukan perhitungan dengan menggunakan Persamaan (2.7). Nilai diperoleh dari hasil
pengukuran intensitas cahaya dengan menghitung nilai rata-rata insolasi cahaya harian dalam kurun waktu 2 jam selama 5 hari dengan pertimbangan waktu paling efektif panel surya mendapatkan radiasi matahari yang cukup maksimal tiap harinya. Efisiensi panel surya ( ) juga diperoleh dari hasil pengukuran tersebut dengan membuat rata-rata efisiensi berdasarkan tabel di bawah ini:
Tabel 4.4 Data hasil pengujian panel surya senin 24 Juli 2017
N o
Wakt u (WIB
)
Radiasi Mataha
ri (W/m2)
Temperatu r Panel
(ᵒC)
Arus Hubun
g Singka
t (A)
Tegangan Rangkaia
n Terbuka
(V)
Daya Keluara
n (W)
Luas Pane
l (m2)
Daya Masuka
n (W)
Efisien si (%)
1 11.45 610.60 44.20 4.44 20.10 89.24 0.72 439.63 20.30 2 11.50 590.60 54.10 4.82 19.70 94.95 0.72 425.23 22.33 3 11.55 684.40 59.30 5.45 19.50 106.28 0.72 492.77 21.57 4 12.00 764.40 63.40 6.16 19.30 118.89 0.72 550.37 21.60 5 12.05 758.10 66.20 6.05 19.00 114.95 0.72 545.83 21.06 6 12.10 505.60 63.40 3.73 18.60 69.38 0.72 364.03 19.06 7 12.15 631.90 54.00 5.35 19.40 103.79 0.72 454.97 22.81 8 12.20 564.40 57.90 4.52 19.00 85.88 0.72 406.37 21.13 9 12.25 505.60 56.40 4.07 18.90 76.92 0.72 364.03 21.13 10 12.30 435.60 57.80 3.60 18.80 67.68 0.72 313.63 21.58 11 12.35 346.90 52.20 2.75 18.70 51.43 0.72 249.77 20.59 12 12.40 370.60 51.80 2.94 19.00 55.86 0.72 266.83 20.93 13 12.45 419.40 49.90 2.88 19.10 55.01 0.72 301.97 18.22 14 12.50 435.60 50.30 3.21 19.10 61.31 0.72 313.63 19.55 15 12.55 543.10 49.20 4.06 19.30 78.36 0.72 391.03 20.04 16 13.00 550.60 53.90 4.52 19.20 86.78 0.72 396.43 21.89 17 13.05 496.90 57.00 4.02 18.90 75.98 0.72 357.77 21.24 18 13.10 664.40 52.40 4.59 19.20 88.13 0.72 478.37 18.42 19 13.15 624.40 51.50 5.70 19.10 108.87 0.72 449.57 24.22 20 13.20 595.60 55.50 4.83 18.90 91.29 0.72 428.83 21.29 21 13.25 613.10 55.10 4.06 18.80 76.33 0.72 441.43 17.29 22 13.30 581.90 57.00 4.85 19.00 92.15 0.72 418.97 21.99 23 13.35 363.10 62.30 4.20 18.70 78.54 0.72 261.43 30.04 24 13.40 349.40 54.40 3.04 18.80 57.15 0.72 251.57 22.72 25 13.45 316.90 50.10 2.35 18.80 44.18 0.72 228.17 19.36
Tabel 4.5 Data hasil pengujian panel surya selasa 25 juli 2017
N o
Wakt u (WIB
)
Radiasi Mataha
ri (W/m2)
Temperatu r Panel
(ᵒC)
Arus Hubun
g Singka
t (A)
Tegangan Rangkaia
n Terbuka
(V)
Daya Keluara
n (W)
Luas Pane
l (m2)
Daya Masuka
n (W)
Efisiens i (%)
1 11.45 480.60 53.10 3.73 19.50 72.74 0.72 346.03 21.02 2 11.50 488.10 51.20 3.79 19.40 73.53 0.72 351.43 20.92 3 11.55 500.60 50.00 3.90 19.50 76.05 0.72 360.43 21.10 4 12.00 509.40 50.50 3.97 19.40 77.02 0.72 366.77 21.00 5 12.05 455.60 52.00 3.75 19.20 72.00 0.72 328.03 21.95
