17
ANALISA PEMANFAATAN ENERGI SURYA SEBAGAI SUMBER ENERGI
PADA PERUMAHAN KATEGORI R1 900 VA DI PULAU BENGKALIS
Johny Custer1, Jefri Lianda2
1,2Dosen Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bengkalis,
Email : [email protected]
ABSTRAK
Krisis energi dan semakin tingginya harga sumber energi thermal menyebabkan semakin berkembangnya inovasi dalam pemanfaatan energi alternatif yang tidak menimbulkan polusi udara maupun radioaaktif. Salah satu alternatif pemanfaatan energi adalah pemanfaatan matahari (photopoltaic) sebagai sumber energi. Dalam makalah ini dilakukan analisa secara teknis dan ekonomis pemanfaatan photovoltaic untuk perumahan dengan kapasitas 900 VA. Perhitungan berdasarkan kebutuhan beban, besarnya intensitas cahaya matahari dan kapasitas panel surya yang tersedia. Hasil dari perhitungan dapat disimpulkan pemanfaatan photovoltaic relatif masih mahal namun kedepan layak untuk dikembangkan di pulau Bengkalis.
Keyword : photovoltaic, stand alone, insolasi
I. PENDAHULUAN
Konservasi energi dan produk energi yang lebih akrab terhadap lingkungan akan menjadi issu kuat yang mendasari kebijaksanaan pembangunan energi nasional. Energi surya (matahari) sabagai salah satu energi terbarukan dan lebih bersih lingkungan. Indonesia yang merupakan daerah tropis mempunyai potensi energi matahari sangat besar dangan insolasi harian rata rata 4,5 – 4,8 KWh/M2/hari [1]. Pada tahun 2001, Dirjen listrik dan pemanfaatan energi kementerian ESDM manyatakan bahwa potensi energi matahari di Indonesia sebesar 156.487 MW [2]. Dalam sekala energi mix (bauran energi) nasional, pemanfaatan energi surya terutama untuk keperluan listrik selama 25 tahun belakangan masih sangat kecil. Problem diatas merupakan tanggung jawab para stake holder untuk melakukan kajian yang sistematik tentang pemanfaatan energi surya berkelanjutan.
Pulau Bengkalis sama seperti daerah Indonesia lainnya adalah daerah tropis yang hanya mengalami dua musim, panas dan hujan. Matahari akan bersinar sepanjang tahun, meskipun pada musim hujan intensitasnya berkurang. Selain itu teknologi energi surya atau pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) sudah tersedia, tinggal kemauan untuk melaksanakannya. Marzan A. Iskandar (Kepala BPPT) [6] menyatakan meskipun potensi energi surya di Indonesia sangat besar, namun kontribusinya melalui sel surya dalam penyediaan energi nasional masih sangat
rendah. Sampai tahun 2011, tercatat total aplikasinya baru mencapai sekitar 17 MWp. Jika dibandingkan dengan kapasitas terpasang pembangkit listrik di Indonesia sebesar 33,7 GW, maka kontribusi tenaga surya untuk pembangkit listrik baru mencapai sekitar 0,05 persen.
Salah satu kendala utama dalam penerapan pembangkit listrik tenaga surya adalah harga awal atau investasi yang masih relatif mahal. Hal ini mengakibatkan pemanfaatan energi surya di Indonesia tidak berkembang dan tergolong rendah. Penelitian ini mencoba untuk menganalisa secara teknis dan ekonomis pemanfaatan energi surya dalam jangka panjang. Diharapkan penelitian ini akan menghasilkan perhitungan teknis dan ekonomis pemakaian sel surya. Hasil perhitungan akan dibandingkan dengan penggunaan listrik yang bersumber dari PLN dan pembangkit diesel.
II. TEORI PENDUKUNG
18 pengisian battery. Inverter digunakan untuk mengubah listrik DC ke AC.
.
Sistem Instalasi Mandiri (Stand Alone)
Sistem instalasi mandiri adalah instalasi PV di mana tidak dihubungkan dengan sumber listrik dari jaringan umum. Oleh karena itu, pada sistem ini pemenuhan kebutuhan beban sangat tergantung pada PV. Padahal, intensitas cahaya matahari tidak selalu sama dan fluktuatif. Baterai digunakan untuk menyimpan daya yang dikonversi oleh PV yang kemudian dihubungkan dengan beban.
Gambar 1. Sistim instalasi mandiri dengan beban AC dan DC
Sumber : http://www.azetsurya.com/info.php
Sistem Instalasi terhubung Jaringan (Grid Connected)
Sistem terhubung jaringan merupakan sistem instalasi yang dihubungakan dengan sumber listrik dari jaringan listrik umum. Di Indonesia jaringan ini disediakan oleh PLN. Pada sistem ini tidak terlalu diperlukan adanya baterai karena pada saat sistem kekurangan daya, maka untuk memenuhi kekurangan daya beban tersebut disuplai dari listrik jaringan yang ada. Sistem PV akan bekerja pada saat siang hari dengan ketersediaan intensitas surya yang memenuhi. Sedangkan kekurangan daya pada saat malam hari atau cuaca mendung, disuplai dari jaringan. Dengan demikian kapasitas beban yang terpenuhi tidak tergantung sepenuhnya pada PV.
Gambar 2. Skema photovoltaiv terhubung dengan jaringan
Penempatan dan perhitungan bagian bagian komponen PLTS seperti panel surya, battery, dan inverter merupakan tema yang banyak diminati para peneliti, Paper ini mencoba menganalisa secara teknis dan ekonomis penggunaan PLTS pada perumahaan dengan kapasitas terpasang R1 900 VA.
III. PERENCANAAN PHOTOVOLTAIC
3.1.Analisa Teknis Perhitungan Beban
Instalasi pembangkit listrik dengan tenaga surya membutuhkan perencanaan mengenai kebutuhan daya yang digunakan. Untuk menghitung besar kebutuhan energi listrik adalah dengan mengalikan besar daya beban dan waktu penyalaan.
W = P.t (Wh)
Dari perhitungan pemakaian peralatan listrik yang digunakan dikalikan dengan lama pemakaian didapatkan rata rata pemakaian kebutuhan rata rata beban perhari. Berikut ditampilkan tabel contoh kebutuhan daya rata rata perhari pada salah satu rumah dengan kapasitas 900 VA.
Tabel 1. Data Beban
No Nama Peralatan Jumlah (Watt) Daya Operasi Jam TOTAL
1 Lampu HE1
(penerangan luar) 2 10 12,5 250
2
Lampu HE2 (penerangan kamar)
3 25 8 600
3
Lampu HE3 (penerangan R.Tamu)
2 25 4 200
4
Lampu HE4 (penerangan R.Dapur)
1 40 6,5 260
5
Lampu 40 watt (penerangan R.Makan)
1 40 4 160
6
Lampu 15 watt (penerangan Kamar Mandi)
1 15 4 60
7
Lampu 25 watt (penerangan R. Belajar)
1 25 4 100
8 Televisi 21 " 1 85 10,5 892,5
9 DVD 1 15 2 30
10 Kipas Angin 1,2,3
(kamar 1,2,3) 3 50 11,5 1725
11 Mesin Cuci 1 300 1 300
12 Setrika 1 300 2 600
13 Kulkas 1 150 24 3600
14 Rice Cooker 1 350 1,5 525
19
Menentukan Sistem PLTS
Dari tabel 1 diatas diketahui bahwa pemakaian energi listrik rata-rata perhari sebesar 9302,5 Wh atau 9,3 kWh. Kebutuhan energi listrik tersebut dijumlahkan dengan asumsi kerugian (losses) pada sistem, besar asumsi losses untuk komponen sistem yang menggunakan peralatan baru menurut Mark Hankin nilainya 15%. Sehingga besarnya energi yang dibutuhkan (Et) adalah :
Et = Kebutuhan Energi Listrik + kerugian sistem
= Kebutuhan Energi Listrik + (15% x Kebutuhan Energi Listrik) = 9302,5 + (15% x 9302,5)
= 9302,5 + 1395,375
= 10697,875 atau 10,7 kWh
Menghitung Area Array
Luas area array diperhitungkan dengan menggunakan persamaan :
Besarnya daya yang berkurang pada saat temperatur disekitar panel surya mengalami kenaikan 70 C dari temperatur standarnya, maka perhitungannya menggunakan persamaan :
Psaat suhu naik 70 C = 0,5 % / 0C x PMPP x kenaikan
temperatur (0 C)
= 0,5 % / 0C x 150 W x 7 0C = 5,25 Watt
Untuk daya keluaran maksimum panel surya pada saat temperaturnya naik menjadi 320C, besaranya adalah :
PMPP saat naik t 0C = PMPP– Psaat naik 0C
PMPP saat 32 0C = 150 W – 5,25 W
= 144,75 W
Berdasarkan hasil perhitungan daya keluaran maksimum panel surya pada saat temperaturnya naik menjadi 32 0C, maka nilai TCF dapat dihitung dengan rumus berikut :
TCF = 0,965
Apabila nilai Et, Gav, PV, TCF dan
output telah diperoleh, maka nilai PV area bisa dicari berdasarkan
= 26,26 m2
Daya Yang Dibangkitkan PLTS
Dengan nilai area array sebesar 26,26 m2, PSI (Peak Sun Insolation) adalah 1000 W/m2 dan efisiensi panel surya adalah 12% maka : P watt peak = 26,26 m2 x 1000 W/m2 x 0,12
= 3151,2 Watt peak
Menghitung Jumlah Panel Surya
Panel surya yang dipergunakan sebagai acuan adalah panel surya yang terpasang atau panel surya yang ada dipasaran. Panel surya ini memiliki spesifikasi PMPP sebesar 150 W per
panel. Sehingga berdasarkan spesifikasi tersebut maka jumlah panel yang diperlukan untuk PLTS yang direncanakan dapat dihitung berdasarkan rumus berikut :
= 21 Pwatt Peak PLTS yang akan dikembangkan
dengan jumlah panel surya sebanyak 21 panel adalah sebesar :
P Watt Peak = PMPP x Jumlah Panel Surya
= 150 Watt x 21 = 3150 Watt Peak Sehingga luas area array nya adalah :
= 26,25 m
2
Sebagai acuan dalam perhitungan panel surya dipergunakan dengan spesifikasi VMPP =
34,5 V, IMPP = 4,35 A dan PMPP = 150 Watt
perpanel. Dengan spesifikasi tersebut maka besar VMPP, IMPP dan PMPP pada array dapat
diperhitungkan sebagai berikut : VMPP array
adalah 34,5 V x 7 = 241,5 V, IMPP array adalah
4,35 A x 3 = 13,05 A dan PMPP array adalah
20 kWh produksi yang dihasilkan adalah :
Waktu Tingkat Presentase Produksi (%)
Battery yang digunakan :
Besar biaya investasi PLTS adalah :
No Komponen Jumlah Harga Total Harga
1 Panel Surya (150 Wp ) 21 3.750.000 78.750.000
2 Inverter 12V DC –
220V AC 3000 W 4 2.465.000 9.860.000 3 Baterai 12 V 100 Ah 9 1.850.000 16.650.000
4 Baterai Charger
Control 1 750.000 750.000
5 Biaya Pengiriman - 2.000.000 2.000.000
6 Biaya Instalasi - 10.000.000 10.000.000
7 Biaya peralatan
pendukung - 20.000.000 25.000.000
Jumlah Total 143.010.000
Biaya pemeliharaan dan operasional ditetapkan sebesar 1% dari biaya investasi adalah Rp. 1.430.100/tahun. pemeliharaan dan operasional (MPW).
Biasanya PLTS yang digunakan berumur sekitar 25 tahun, penetapan ini merujuk kepada jaminan yang dikeluarkan oleh produsen panel surya. Besarnya tingkat bunga (i) yang dipergunakan mengacu pada tingkat bungan kredit bank per desember 2012, yaitu rata-rata sebesar 11%. Besar nilai sekarang (present value) untuk biaya pemeliharaan dan operasional PLTS selama 25 tahun dengan
Menghitung Biaya Energi PLTS
Perhitungan biaya energi PLTS (cost of energy) ditentukan oleh biaya siklus hidup (LCC), faktor pemulihan modal (CRF) dan kWh produksi tahunan. Biaya energi PLTS dihitung menggunakan persamaan berikut :
Faktor pemulihan modal untuk mengkonversikan semua arus kas biaya siklus hidup (LCC) menjadi serangkaian biaya tahunan, dihitung dengan persamaan :
21 Untuk memprediksi kebutuhan energi kWh produksi tahunan PLTS, dihitung menggunakan persamaan :
Berdasarkan hasil perhitung LCC, CRF dan kWh produksi tahunan, maka selanjutnya biaya energi (COE) untuk PLTS yang akan dikembangkan di perumahan dengan kapasitas 900 VA (kategori R1) dihitung menggunakan persamaan :
/ kWh
3.3.Analisa Kelayakan Investasi
Perhitungan dengan faktor diskonto dengan n adalah 1 tahun dan tingkat diskonto (i) 11% adalah :
= 0,9009
Berdasarkan hasil perhitungan arus kas bersih (NCF), faktor diskonto dan nilai sekarang arus kas bersih (PVNCF) pada tabel 4
maka NPV, PI dan DPP untuk PLTS yang akan direncanakan dapat dihitung.
Net Present Value (NPV)
Teknik NPV dihitung dengan persamaan berikut :
Tabel diatas menunjukan bahwa total nilai sekarang arus kas bersih yang merupakan hasil perkalian antara arus kas bersih dengan faktor diskonto (
) adalah sebesar Rp. 142.957.389 . Dengan biaya investasi awal (Initial Investment) sebesar Rp. Rp 143.010.000 maka besar nilai NPV adalah :
NPV = Rp. 142.957.389 – Rp 143.010.000
= Rp -52.661
Hasil perhitungan NPV yang bernilai negatif sebesar Rp. 52.661 (< 0), menunjukan bahwa investasi PLTS yang akan direncanakan belum layak untuk dilaksanakan.
Profitabilty Index (PI)
Teknik Profitability Index dihitung dengan persamaan :
Dengan total nilai sekarang arus kas bersih sekarang Rp. 142.957.389 dan biaya investasi
awal (Initial Investment) sebesar Rp. 143.010.000 maka besar nilai PI adalah :
Hasil perhitungan PI yang bernilai 0,999 (<1) menunjukan bahwa investasi PLTS yang akan direncanakan untuk rumah dengan kategori R1 (900 VA) belum layak untuk dilaksanakan.
IV. KESIMPULAN DAN SARAN
4.1.Kesimpulan
22 a. Kebutuhan listrik rumah tangga kapasitas
900 VA berdasarkan standar PLN dapat digantikan dengan pembangkit listrik tenaga matahari dengan menggunakan 21 modul surya dengan kapasitas 150 Wp. Kapasitas tersebut dapat mensuplai keseluruhan beban yang ada.
b. Dari segi ekonomis, PLTS masih terlalu mahal dibandingkan dengan tarif yang digantikan dengan pembangkit listrik tenaga matahari dengan menggunakan 21 modul surya dengan kapasitas 150 Wp. Kapasitas tersebut dapat mensuplai keseluruhan beban yang ada.
c. Dari segi ekonomis, PLTS masih terlalu mahal dibandingkan dengan tarif yang ditetapkan oleh PLN. Dengan menggunakan PLTS biaya per kW hnya sebesarnya sebesar Rp 4.766 /kWh sedangkan menggunakan sistem PLN yang ada tarifnya Rp 275 untuk 0 s/d 20 kWh, Rp 445 untuk 20 – 60 kWh, dan Rp 495 untuk 60 kWh keatas. Biaya tersebut ditambah dengan biaya beban sebesar Rp 20.000/bulan.
4.2. Saran
a. Perlu dilakukan studi lebih lanjut mengenai pemanfaatan PLTS sebagai sumber energi terbarukan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik.
b. Perlu dilakukan studi lebih lanjut mengenai upaya yang dapat dilakukan sehingga biaya PLTS bisa lebih murah sehingga masyarakat tertarik untuk mengembangkan dan memanfaatkan listrik yang bersumber dari matahari (PLTS)
c. Mengusulkan kepada pemerintah untuk memberikan subsidi kepada pihak-pihak yang ingin mengusahakan penggunaan energi surya sebagai pembangkit energi listrik.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Liem Ek Bien, Ishak Kasim & Wahyu Wibow, “Perancangan Sistem Hibrid Pembangkit Listrik Tenaga Surya Dengan Jala-Jala Listrik PLN Untuk Rumah
Perkotaan”, JETri, Volume 8, Nomor 1,
Agustus 2008, Halaman 37-56.
[2] Dirjen Listrik dan Pemanfaatan Energi, Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral, 2001
[3] Riau Mandiri.Net,’Bengkalis Terancam
Krisis Listrik’, 07 Nopember 2009.
[4] Blue Print Pengelolaan Energi Nasional 2005-2025.
[5] Seminar Energi “Mewujudkan Ketahanan Energi Nasional”, Politeknik Informatika
Del, 02 Febuarai 2011.
[6]
http://www.engineeringtown.com/teena
gers /index php/berita/1339 “Pendirian Industri Sel Surya Sudah Mendesak”, html [7] M.S. Aït Cheikh, C. Larbes†, G.F.
Tchoketch Kebir and A. Zerguerras,”
Maximum power point tracking using a
fuzzy logic control scheme”, Revue des Energies Renouvelables Vol. 10 N°3, 2007, P 387 – 395.
[8] Suhono, “Inventarisasi Permasalahan Pada Instalasi Solar House System Di Wilayah Daerah Istimewa Yogyakarta”,
Laporan Kerja Praktek Fakultas Teknik UGM, 2009.
[9] Harijono Djojodihardjo, “Pengantar Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Fotovoltaik” Penerbit Institut Teknologi Bandung, 2009.
[10] I Dewa Ayu Sri Santiari, “ Studi
Pemanfaatan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Sebagai Catu Daya Tambahan Pada Industri Perhotelan di Nusa Lembongan Bali”, Tesis Program Magister Universitas
