BAB IV
DATA DAN PEMBAHASAN
Pada Bab ini akan dijelaskan secara rinci hasil optimalisasi untuk system pembangkit listrik tenaga hybrid dan dapat melayani beban sesuai variable profil beban yang dimasukkan ke dalam alat bantu simulasi dan dengan berbagai pertimbangan untuk membuat suatu sistem pembangkit yang optimal. Sistem ini dirancang dengan bantuan program simulasi software Homer. Pengoptimalan Sistem pembangkit yang disimulasikan dalam penelitian ini adalah pembangkit listrik tenaga hybrid (PLTH) yaitu pembangkit listrik tenaga surya dan pembangkit listrik tenaga angin.
4.1 Potensi Energi Angin dan Energi Matahari 4.1.1 Objek Penelitian
Penelitian yang di lakukan bertempat di Dusun Pulau Batu, Pulau Ketapang, Desa Tanjung Kelumpang, Kecamatan Simpang Pesak, Kabupaten Belitung Timur, Provinsi Bangka Belitung. Pengamatan di lakukan untuk mengetahui potensi dari intensitas cahaya matahari dan kecepatan angin untuk pembangkit listrik tenaga hybrid. Selain itu pengamatan juga dilakukan untuk mengetahui beban listrik (pola beban) di Dusun Pulau Batu yang akan di suplai dalam sistem pembangkit listrik. Dusun Pulau Batu, Pulau Ketapang sendiri terletak di seberang (selatan) daratan Belitung Timur, Pulau Ketapang mempunyai luas kurang lebih 6 Ha yang terletak pada 3˚24’57,59” LS, 107˚57’28,79” BT dan 3˚24’36,94” LS, 107˚57’43,2” BT. Waktu tempuh menuju Pulau Ketapang dari daratan utama di Desa Tanjung Kelumpang mencapai 1,5 jam menggunakan perahu nelayan jika dalam kondisi cuaca baik, dan dapat lebih jika cuaca sedang buruk. Gambar 4.1 menunjukkan bentuk Pulau Ketapang.
Gambar 4.1 Pulau Ketapang
(https://www.researchgate.net/publication/281290442)
Karena secara geografis letak Pulau Ketapang yang terpisah dari daratan utama Pulau Belitung, sehingga menyebabkan pulau ini tidak terjangkau oleh jaringan listrik utama PT.PLN yang ada di Pulau Belitung. Penduduk di Pulau Ketapang hanya mengandalkan disel pribadi untuk memenuhi kebutuhan listrik sehari-hari. Dengan adanya penelitian tentang potensi pembangkit listrik hybrid (Surya & Angin) yang merupakan pembangkit listrik menggunakan sumber energi terbarukan ini diharapkan dapat sebagai penyedia kebutuhan listrik bagi penduduk Pulau Ketapang.
4.1.2 Profil Beban
Berdasarkan informasi yang didapat dari kantor kepala desa Tanjung Kelumpang, jumlah rumah penduduk yang ada di Dusun Pulau Batu, Pulau Ketapang sebanyak 42 rumah dari 153 jumlah penduduk yang menempati pulau tersebut. Penelitian ini mengambil data pemakaian energi listrik/pola beban listrik dengan metode sampling pada 42 rumah dengan mengambil sample sebanyak 21 rumah untuk mengetahui konsumsi listrik rata-rata dari 42 rumah. Pada umumnya peralatan listrik yang di gunakan masyarakat berupa lampu penerangan, TV, penanak nasi, pompa air, setrika, dispenser, lemari es, dan peralatan elektronik lainnya.
Berdasarkan Survei yang dilakukan dilapangan bertujuan mendapatkan informasi lebih akurat tentang keadaan penggunaan energi
listrik di Pulau Ketapang yaitu dengan melakukan wawancara langsung kepada nara sumber (penduduk di pulau Ketapang). Dari hasil wawancara diketahui bahwa rata-rata pemakaian peralatan listrik penduduk pulau hanya untuk penerangan (lampu), peralatan hiburan (Televisi, digital receiver, VCD/DVD, Speaker), dan peralatan memasak yaitu reskoker. Survei penggunaan peralatan listrik atau pola beban yang telah dilakukan di Dusun Pulau Batu, Pulau Ketapang digunakan sebagai acuan kapasitas sebuah sistem pembangkit listrik dalam memenuhi kebutuhan energi listrik untuk penduduk Pulau Ketapang. Penjelasan mengenai rata-rata Penggunaan energi listrik penduduk Dusun Pulau Batu, Pulau Ketapang dalam satu hari dapat dilihat pada tabel 4.1. dan 4.2
Tabel 4.1 di atas merupakan konsumsi listrik rata-rata harian untuk 1 rumah. Data tersebut diperoleh dari data pemakaian listrik berdasarkan sampel 21 rumah yang dilakukan oleh peneliti, sedangkan untuk hasil konsumsi listrik rata-rata untuk 42 rumah dapat dilihat pada tabel 4.2.
Gambar 4.2 Grafik Konsumsi Listrik Rata-rata harian
Dari grafik pola beban pemakaian listrik pada Gambar 4.2 di atas dapat disimpulkan bahwa terjadi beban puncak 2 kali dalam 1 hari. Beban puncak maksimal yang terjadi yaitu pada pagi hari jam 05:00 – 06:00 dikarenakan kebiasaan penduduk di pulau Ketapang pada jam tersebut masyrakat melakukan aktifitas di pagi hari sebelum melakukan pekerjaan dengan memasak nasi. Beban puncak juga terjadi pada malam hari yaitu di mulai dari jam 17:00 – 21:00 karena pada jam tersebut kebiasaan masyarakat banyak melakukan aktifitas hiburan di malam hari dengan menonton televisi ataupun mendengarkan radio. Untuk mengetahui besarnya beban listrik perhari, dan rata rata energi serta beban puncak yang mungkin terjadi di Pulau Ketapang maka perlunya memasukkan data beban yang didapat ke input data beban homer.
Homer dapat mengakomodasi perubahan profil beban listrik setiap bulan. Profil beban listrik di Dusun Pulau Batu, Pulau Ketapang, Desa Tanjung Kelumpang, Kecamatan Simpang Pesak, Kabupaten Belitung Timur, Provinsi Bangka Belitung berikut adalah beban prymari load yang digunakan untuk mensimulasikan beban listrik sepanjang tahun.
0 2 4 6 8 10 12 Jum la h Ko ns um si (k W ) Pukul/Jam Pemakaian
Grafik Konsumsi Listrik Harian pada 42 Rumah
Gambar 4.3 Perancangan beban primer di homer
Didalam simulasi software homer energy, beban yang di butuhkan berupa data daya aktif. Kemudian untuk random variability harian yang di gunakan dalam sistem pembangkit diasumsikan sebesar 15% dengan time to step sebesar 20% sesuai petunjuk penggunaan Homer energy. Berdasarkan hasil simulasi yang terlihat pada gambar diatas, rata-rata energi listrik perhari yang digunakan sebesar 73,2 kWh/ hari, rata-rata beban listrik sebesar 3,05 kW dan beban puncak yang mungkin terjadi adalah sebesar 19,2 kW dalam satu tahun. Sehingga faktor beban yang merupakan perbandingan antara rata- rata beban listrik dan beban puncak adalah 0,159
Gambar 4.4 Profil beban listrik bulanan dalam satu tahun 2016
Profil beban merupakan perkiraan penggunaan beban pada setiap rumah dalam satu tahun. Namun dalam penelitian ini, profil beban listrik untuk daerah pulau kecil di Indonesia terutama di pulau kecil di Belitung dianggap hampir sama untuk setiap bulannya. Hal ini di karenakan tingkat ekonomi penduduk pulau yang stabil sehingga tidak adanya perbedaan perubahan pemakaian listrik yang sangat mencolok dalam satu tahun.
4.1.3 Potensi Energi Angin
Berdasarkan data angin yang didapatkan dari Badan Pusat Statistik Kabupaten Belitung Timur 2015. Rata-rata kecepatan angin di Kabupaten Belitung Timur dalam satu tahun adalah 2,355 m/s. Data tersebut didapat dari Badan Meteorologi dan Geofisika, Stasiun Meteorologi Tanjung Pandan. Dusun Pulau Batu, Pulau Ketapang sendiri merupakan Dusun yang letaknya di ujung selatan Belitung Timur yang merupakan masih termasuk ke dalam Desa Tanjung Kelumpang, Kecamatan Simpang
pesak, Kabupaten Belitung Timur, Provinsi Bangka Belitung. Data kecepatan angin di Kabupaten Belitung Timur selama satu tahun yaitu di tahun 2015 dapat di lihat pada tabel berikut.
Tabel 4.3 Kecepatan angin perbulan ditahun 2015 (Sumber: BPS Belitung Timur dalam angka 2015)
Bulan Kecepatan rata-rata angin (m/s) Januari 3,601 Februari 3,086 Maret 2,057 April 1,543 Mei 1,543 Juni 2,057 Juli 2,572 Agustus 3,086 September 3,086 Oktober 2,572 November 1,543 Desember 1,543
Berdasarkan tabel data kecepatan angin diatas maka untuk potensi angin di Pulau Ketapang sebangai pembangkit listrik tenaga angin (wind turbin) sebenarnya tidak cocok, dikarenakan rata-rata tipe wind turbin yang di jual hanya bisa memutar wind turbin dengan kecepatan minimal 3 m/s sehingga diperlukan adanya sebuah tipe wind turbin yang memiliki karakter dapat memutar wind turbin dan menghasilkan daya dengan kecepatan angin yang sangat rendah.
4.1.4 Potensi Energi Matahari
Data radiasi matahari di daerah Dusun Pulau Ketapang didapatkan melalui NASA dengan bantuan HOMER yang akan menghubungkan ke
satelit NASA melalui internet dengan cara memberikan letak garis lintang dan garis bujur lokasi penelitian pada input location di Homer dan mengubah zona waktu (time zone) sesuai dengan zona waktu di Indonesia. Kemudian disaat jaringan connection ke internet maka Homer akan menghubungkan ke NASA kemudian data radiasi matahari akan didapat. Data radiasi matahari yang didapat pada simulasi perangkat lunak HOMER yaitu data radiasi matahari selama setahun.
Data yang diperlukan HOMER untuk melakukan optimasi pada sistem PLTS adalah Clearness Index dan radiasi harian matahari (daily radiation, kWh/m2/d) selama satu tahun. Dari data potensi energi matahari untuk lokasi PLTS didapatkan indeks kecerahan rata-rata sebesar 0,514 dan dailyradiation rata-rata sebesar 5,142 kWh/m2/d. Berikut adalah tabel data radiasi matahari yang di dapatkan dari software homer.
Tabel 4.4 Radiasi matahari perbulan di Pulau Ketapang (Sumber: Solar Resource input Homer)
Bulan Clearnes index Daily radiation
Januari 0,473 4,760 Februari 0,532 5,530 Maret 0,569 5,980 April 0,565 5,760 Mei 0,555 5,360 Jui 0,550 5,120 Juli 0,538 5,070 Agustus 0,529 5,250 September 0,500 5,160 Oktober 0,468 4,850 November 0,440 4,440 Desember 0,450 4,460
4.2 Perancangan Sistem Pembangkit Listrik
Pemodelan sistem PLTH dengan sumber energi terbarukan dapat dilakukan melalui pemodelan komputer. HOMER digunakan sebagai alat bantu untuk pemodelan pada energi terbarukan dengan mempertimbangakan antara kebutuhan beban dan sumber energi yang tersedia. HOMER mampu memodelkan sistem pembangkit skala kecil yang optimal, dan evaluasi sistem pada kondisi Off-Grid maupun On-Grid . Kelayakan teknis dan analisa tentang beban yang terpasang, daya yang dapat dihasilkan dari sistem dapat ditentukan melalui simulasi menggunakan HOMER yang didasarkan pada konfigurasi sistem yang tepat.
Berikut adalah tampilan awal software homer. Terdapat beberapa komponen pilihan yang dapat di gunakan untuk penelitian tentang energi terbarukan. Untuk penelitian ini sendiri menggunakan 5 komponen yaitu beban primer, wind turbin, photovoltaic, converter, dan battery.
Gambar 4.5 Komponen di homer
Dari komponen yang dipilih, selanjutnya HOMER akan mengkondisikan sistem sesuai dengan simulasi pembangkit yang dipilih.
Gambar 4.6 Kondisi pemodelan Sistem PLTH
4.2.1 Desain sistem wind turbin
Untuk inputan yang di butuhkan software HOMER dalam instalasi wind turbin ini meliputi biaya capital, kecepatan angin, dan ketinggian. Untuk perhitungan ekonomi meliputi biaya konstruksi pembangunan wind turbin, harga windturbin generator. Homer akan menghitung daya keluaran wind turbin dari kecepatan angin.
Dalam menentuan jenis turbin angin yang dipakai ada beberapa hal yang harus dilihat, yaitu melihat berdasarkan cuaca dan kecepatan angin rata-rata di kawasan pulau Ketapang. Hal ini dilakukan untuk mengoptimalkan potensi angin yang ada di pulau Ketapang. Berdasarkan memperhatikan faktor yang telah disebutkan, maka di putuskan menggunakan tipe turbin HY-1000 pabrikan Guangzhou HY Energy. Pada data sheet turbin HY-1000 (1kW) didapatkan nominal kecepatan angin yang di butuhkan untuk menggerakan turbin sebesar 2 m/s dan sudah dapat menghasilkan energi listrik walaupun hanya sebesar 6 Watt. Sedangkan di Dusun Pulau Ketapang, Desa Tanjung Kelumpang, Kecamatan Simpang Pesak, Belitung Timur, Provinsi Bangka Belitung sendiri memiliki kecepatan rata-rata 2,35m/s.
Tabel 4.5 spesifikasi turbin angin HY-1000 (1 kW) Star-up wind speed 2 m/s (4.5mph)
Cut-in wind speed 2,5m/s (5.6mph) Rated wind speed 12 m/s(26.8mph) Maximum design wind speed 50m/s(110mph)
Rated output 1000W
Peak Output 1200W
Type 5 blade up wind
Rotor diameter 1.96 m
Weight 463 kgs (1,020 lbs)
Temperature range -40o – 60o C
Output 48 V DC
Generator Type Brushless PMA 3-phase
Wind Turbin HY-1000 memiliki beberapa fitur diantaranya adalah : • 5 pisau yang dirancang untuk daerah angin rendah,
• Operasi biasa tenang dengan minim getaran
• Pengereman elektromagnetik dan pengereman aerodinamis blade
• Efisiensi tinggi yang dicapai dengan susunan yang sempurna pada generator dan pisau
• Tahan terhadap cuaca ekstrim • Anti karat dan anti korosi
• Ringan dan instalasi yang mudah
• Umur produk yang panjang, dan bebas perawatan
Gambar 4.8 Wind Turbin HY-1000 (www.hyenergy.com.cn)
Dalam pengisian harga di homer, harga didapatkan dari web http://www.alibaba.com/ harga untuk satu wind turbine tipe HY-1000 sebesar $785. kemudian untuk biaya replacement di asumsikan sebesar 70% dari biaya investasi pembangunan awal. Hal ini di karenakan pada sistem turbin angin ini apabila mengalami kerusakan, biaya penggantian komponen tidak sepenuhnya di ganti semua melainkan masih terdapat beberapa komponen yang dapat di gunakan kembali. Sedangkan replacement cost di kenakan setelah penggunaan wind turbin ini telah bekerja selama 15 tahun karena turbin ini di klaim perusahaan pengembangnya mampu bertahan selama 15 tahun.
Sementara untuk biaya operational & maintenance (O&M), menurut Rislima Sitompul bahwa wind turbin dengan sekala kecil yaitu di bawah 10 kW (<10 kW) umumnya tidak memerlukan biaya O&M, hal ini dikarenakan pengoperasian cukup dengan mengaktifkan turbin angin (bila sebelumnya dimatikan) dan melakukan pengereman
darurat bila terjadi angin yang sangat kencang yang mungkin merusak tubin angin.
Namun dalam http://www.windmeasurementinternational. Com/wind-turbines/om-turbines.php dijelaskan bahwa biaya pemeliha raan tahunan pada turbin angin dengan teknologi tua atau lama rata-rata sebesar 3% dari biaya awal turbin. Namun untuk turbin dengan teknologi modern atau baru biasanya memiliki substansial lebi besar dan memiliki perkembangan material baru sehingga biaya pemeliharaan dan operasionalnya lebih kecil yaitu sebesar antara 1,5% sampai dengan 2% dari investasi awal. Biaya operasional dan pemeliharaan ini tetap ada karena meskipun turbin angin yang di gunakan adalah sekala kecil namun tetap memerlukan pemeliharaan, yang umumnya adalah pergantian komponen yang aus atau rusak, pengecekan terhadap debu atau kotoran yang melekat terutama di bagian yang berputar atau bergerak, pemeriksaan ekor pengarah, pemeriksaan karat, dll.
4.2.2 Desain sistem PV
Perancangan PV pada software homer terdiri dari 3 inputan yaitu data kapasitas PV, harga dari PV dan size to consider. Desain sistem Pv sendiri menggunakan panel surya 340 Watt dengan tipe monokristal yang merupakan panel dengan tingkat efisiensinya paling besar sehingga pada saat intensitas cahaya matahari yang besar akan menghasilkan satuan daya listrik yang tinggi. Kelemahan dari jenis panel ini adalah tidak akan berfungsi dengan baik ditempat yang cahaya mataharinya kurang (teduh). Namun berdasarkan dari data intensitas cahaya matahari pada Tabel 4.4, Maka penggunaan panel surya tipe mono masih cocok untuk kondisi matahari di tempat penelitian.
Sedangkan harga dari PV sendiri didapatkan dari http://www.wholesalesolar.com/1524540/suniva/solar-panels/suniva-opt340-72-4-100-silver-perak-solar-panel dari website tersebut didapatkan harga Panel Surya Suniva OPT340-72-4-100
adalah sebesar $ 350, sementara biaya pergantian diasumsikan besarnya sama dengan cost, hal ini disebabkan karena asumsi saat terjadi kerusakan pada PV, maka PV tersebut harus di ganti keseluruhan komponennya.
Inggris Feed-in melalui http://info.cat.org.uk/, umur produksi untuk PV adalah seumur hidup PV yaitu 25 tahun. Departmen of Energy an Climate Change of UK percaya bahwa panel akan menghasilkan setidaknya selama itu. Kondisi garansi untuk panel PV biasanya menjamin bahwa panel masih dapat menghasilkan setidaknya 80% dari nilai puncak keluaran awal dari 25 tahun, yaitu 20 tahun. Jadi lifetimes PV untuk simulasi PV dimasukkan angka 25 tahun, dengan artian dalam waktu 25 tahun PV harus diganti baru semuanya.
Gambar 4.9 perancangan PV pada homer
Kemudian biaya operasional dan pemeliharaan diasumsikan tidak ada biaya karena Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang tidak terbatas langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang berputar dan tidak memerlukan bahan bakar. Sehingga sistem sel surya sering dikatakan bersih dan ramah lingkungan. Berikut adalah data spesifikasi modul yang digunakan
Tabel 4.6 Spesifikasi PV Suniva OPT340-72-4-100
Spesifikasi Keterangan
Max. Power (Pmax) 340W
Max. Power Voltage (Vmp) 37.8V Max. Power Current (Imp) 8.99A Open Circuit Voltage (Voc) 46,0V Short Circuit Current (Isc) 9,78A Nominal Operating Cell Temp
(NOCT)
48±2°C
Max. System Voltage 1000V
Max. Series Fuse 15A
Weight 23 Kg
Dimension 1970 x 990 x77.6 mm
4.2.3 Desain Converter
Perancangan sistem converter terdiri dari 3 macam inputan, yaitu: unit size cost, efficiency, dan size to consider. Inverter yang di gunakan adalah Pure sine wave charger inverter dc to ac 24 V,220 V, 5KW,pada situs “www.alibaba.com” terdapat penjual inverter model LPT5000-224 tersebut dengan harga $ 423 per unit , berikut adalah spesifikasi inverter yang di gunakan dalam sistem.
Gambar 4.10 inverter LPT5000-224 (www. alibaba.com) Tabel 4.7 Spesifikasi inverter LPT5000-224
Models LPT5000-224
Capacity(W) 5000
Size 470*255*185
Weight 45kg
Input Voltage 24/48VDC
Output Voltage 220/230/240VAC
Type DC/AC Inverters
Output Frequency 50 hz or 60hz
Charge Current 70 A
Efficiency 85 %
Kemudian untuk replacement biayanya sama seperti biaya pembelian karena apabila terjadi kerusakan pada komponen, maka komponen tersebut harus di ganti satu set secara keseluruhan. Kemudian untuk ukuran inverter sendiri bisa di rancang sesuai dengan konfigurasi yang optimal.
4.2.4 Desain baterai
Sama seperti perancangan pada turbin, PV, dan inverter, baterai juga memiliki 3 inputan yang harus di masukkan yaitu string, cost, dan baterai per string. Untuk cost terbagi menjadi 3 bagian yaitu capital, replacement dan O&M capital ini adalah harga pembelian baterai, kemudian replacement adalah biaya penggantian baterai dan yang terakhir O&M (operasional dan perawatan), O&M ini memiliki nilai 0 karena pada baterai perawatannya hanya berupa pengukuran pada baterai saja.
Baterai yang di gunakan dalam simulasi sistem ini adalah baterai tipe battery surette rolls S6CS25P yang mempunyai tegangan normal 6 volt, kapasitas 1.156 Ah atau 6,94 kWh. Kemudian string adalah jumlah baterai yang di gunakan, sementara baterai perstring adalah baterai yang disusun secara seri agar mendapatkan komposisi tegangan sesuai dengan output dari battery ke input inverter. Pada simulasi yang digunakan ini, dalam satu stringnya terdapat 4 buah baterai sehingga didapatkan nilai tegangan sebesar 24 V sesuai dengan spesifikasi input DC pada inverter.
Gambar 4.12 baterai surette rolls S6CS25P (/www.wholesalesolar.com)
Tabel 4.8 Spesifikasi Batteray surette rolls S6CS25P Part Number 6-CS-25P Capacity 1.156 Ah Voltage 6 V Overall Dimensions 22x11 1/4x18 ¼ Menurut: http://www.wholesalesolar.com/9900062/surrette-rolls/batteries/sur rette-rolls-6cs-25ps-flooded-battery , harga dari satu unit battery surette rolls 6CS-25PS adalah sebesar $1.170.
Gambar 4.13 Perancangan baterai pada homer
Kemudian untuk biaya replaceman biayanya sama dengan biaya pembelian, karena pada saat terjadi kerusakan diasumsikan komponen yang diganti harus secara keseluruhan.
4.3 Konfigurasi dan Analisis Optimasi Pembangkit Listrik
Berdasarkan masukan parameter-parameter yang digunakan, berupa data beban, kecepatan angin, intensitas cahaya matahari, dan data komponen yang digunakan. Selanjutnya untuk mencari konfigurasi sistem optimal pembangkit dengan cara memasukkan berapa kapasitas daya (kW) pada PV
dan Converter yang akan digunakan serta Quantity dan String pada wind turbin HYE dan battery S6CS25P pada Search Space di HOMER. Pada hasil simulasi ini HOMER menentukan nilai-nilai kapasitas komponen yang layak sehingga menghasilkan sistem pembangkit listrik tenaga hybrid yang hanya dalam melayani beban. Simulasi akan menghasilkan karakteristik sistem seperti ukuran kapasitas, produksi energi listrik tahun, biaya modal awal, total NPC, biaya energi per kWh (COE), biaya O&M, kelebihan listrik.
Gambar 4.14 Konfigurasi Optimasi Sistem Pembangkit
4.3.1 Hasil Perancangan dan Konfigurasi Homer
Gambar di atas adalah hasil dari perancangan sistem pembangkit pada Homer berdasarkan parameter komponen yang digunakan yaitu menggunakan PV, Wind Turbin HY-1000, battery S6CS25P, converter, dan beban listrik (Primary Load). Dapat dilihat dari gambar pada perancangan pembangkit menggunakan 2 input sumber pembangkit energi listrik yaitu sumber pertama turbin angin HY-1000. Sedangkan sumber kedua berupa PV. Dari hasil sistem yang dirancang kemudian di kalkulasikan untuk mendapatkan hasil konfiguasi sistem teroptimal.
Gambar 4.16 Hasil kalkulasi konfigurasi Homer Energi
HOMER telah melakukan simulasi sebanyak 4320 konfigurasi sistem. Konfigurasi terbaik adalah konfigurasi yang memiliki Net Present Cost (NPC) paling kecil. NPC merupakan nilai saat ini dari semua biaya yang muncul selama masa pakai dikurangi semua pendapatan yang diperoleh selama masa pakai. Sedangkan Cost of energi (COE) merupakan rata-rata per kWh dari energi listrik yang dihasilkan oleh sistem.
Desain sistem pembangkit yang terbaik untuk Pulau Ketapang adalah dengan kombinasi yang di blog dengan warna biru. Desain sistem pembangkit yang terbaik dengan melihat kombinasi sistem berdasarkan nilai Net Present Cost (NPC) terendah dengan spesifikasi 30 kW PV, 120 buah battery, dan 30 kW converter. Dari gambar 4.15 pada hasil konfigurasi terbaik jika menggunakan wind turbin adalah dengan kombinasi spesifikasi 30 kW PV, 1 Wind Turbin HYE (1 kW), 120 buah battery, dan 30 kW converter.
Tabel 4.9 Hasil konfigurasi system optimal Homer (dengan menggunakan Wind Turbine)
Konfigurasi Keterangan
PV (kW) 30 Konfigurasi menggunakan 30 kW PV
Wind Turbine
HYE 1
Turbin yang di gunakan berjumlah 1 buah menggunakan turbin HY-1000 kapasitas 1 kW
Battery (Units) 120 Konfigurasi menggunakan 50 units Battery
Converter (kW) 30 Konfigurasi menggunakan 30 kW converter
Initial Capital ($) 174,605 Keseluruhan biaya investasi sebesar $ 174,605
Operating Cost ($/thn)
6,260 Biaya operasional setiap tahun sebesar $ 6,260
Total NPC ($) 254,624 Biaya pengeluaran dikurangi surplus sebesar $ 254,624
COE ($/kWh) 0.746 Rata-rata harga /kWh dari energi listrik yang dihasilkan sebesar
Tabel 4.10 Hasil konfigurasi system optimal Homer Energi (Tanpa menggunakan Wind Turbine)
Konfigurasi 1 Keterangan
PV (kW) 30 Konfigurasi menggunakan 30 kW PV Wind Turbine
HYE
0 Konfigurasi tidak menggunakan wind turbine
Battery (Umits) 120 Konfigurasi menggunakan 120 units Battery
Converter (kW) 30 Konfigurasi menggunakan 30 kW converter
Initial Capital ($) 173,820 Keseluruhan biaya investasi sebesar $ 173,820
Operating Cost ($/thn)
6,229 Biaya operasional setiap tahun sebesar $ 6,229
Total NPC ($) 253,448 Biaya pengeluaran dikurangi surplus sebesar
$ 253,448
COE ($/kWh) 0.742 Rata-rata harga /kWh dari energi listrik yang dihasilkan sebesar
$ 0.742/kWh
Tabel di atas membandingkan dua konfigurasi sistem optimal menggunakan Wind Turbine dengan tanpa menggunakan wind turbin. Perbedaan yang dapat dilihat dalam dua konfigurasi di atas adalah berupa biaya investasi, operasional, nilai NPC (Biaya pengeluaran dikurangi surplus), dan rata-rata harga listrik yang dihasilkan per kWh. Dalam simulasi sistem yang optimal menggunakan wind turbin maka biaya investasi dan operasional akan lebih besar dibandingkan dengan tanpa menggunakan wind turbin dikarenakan dalam sebuah pembangkit listrik dari wind turbin selain biaya modal awal juga adanya biaya operasional dan pemeliharan. Namun dengan mengggunakan wind turbin maka nilai
rata-rata harga per kWh yang dihasilkan akan lebih besar dibanding tanpa menggunakan wind turbine.
4.3.2 Analisa Konfigurasi Sistem Optimal
Dari hasil simulasi yang dilakukan dengan memberikan input konfigurasi sistem dan data komponen yang dipakai di dalamnya, maka dihasilkan beberapa perbandingan dari parameter yang telah ditentukan sebelumnya. Dalam hasil simulasi yang dilakukan oleh Homer Energy, dapat dilihat konfigurasi sistem teroptimal. Hasil Konfigurasi teroptimal yang didapat yaitu tanpa menggunakan wind turbin dikarenakan selain biaya modal untuk membangun wind turbin yang lebih besar, penyebab lainnya yaitu potensi kecepatan Angin di Pulau Ketapang kurang efektif sebagai pembangkit listrik tenaga Angin untuk menggerakkan wind turbine, dimana diketahui potensi kecepatan angin rata-rata di Pulau Ketapang dalam 1 tahun hanya sebesar 2,355 m/s sedangkan kecepatan yang dibutuhkan rata rata wind turbin yang dijual di luar negeri atau dalam negeri mempunyai spesifikasi dapat memutar wind turbin (start-up) dengan minimal kecepatan 3 m/s. Maka untuk merancang sebuah pembangkit listrik menggunakan wind turbin yang optimal di lokasi penelitian maka memerlukan type wind turbin yang mempunyai spesifikasi untuk dapat memutar wind turbin dengan kecepatan yang sangat rendah.
Pada penelitian ini mengggunakan Wind Turbin tipe HY-1000 dengan nilai daya 1000 W (1kW) dengan membutuhkan kecepatan angin sebesar 12 m/s untuk menghasilkan daya yang optimal. Namun Wind Turbine HY-1000 ini mempunyai spesifikasi start-up kecepatan angin yang rendah dibanding jenis wind turbin yang lain yaitu sebesar 2 m/s, sehingga dengan kecepatan angin sebesar 2 m/s turbin dapat menghasilkan energi istrik. Hubungan besarnya daya keluaran pada Wind Turbin dengan kecepatan angin dapat dilihat padaTabel 4.11 Di bawah ini.
Tabel 4.11 Kurva daya Wind Turbin dan kecepatan angin tahun 2015
Gambar 4.17 Grafik Produksi Wind Turbin HY-1000
Berdasarkan data kecepatan angin di Pulau Ketapang serta memperhatikan kurva daya dan grafik produksi dari wind turbin maka daya maksimum yang akan dibangkitkan oleh wind turbin hanya sebesar 0.40 kW atau sebesar 400 Watt itupun terjadi untuk hari-hari tertuntu karna kecepatan angin yang tidak stabil, selain itu pada grafik produksi dapat
dilihat banyak bulan yang tidak menghasilkan produksi listrik dikarenakan rata-rata kecepatan angin di Pulau Ketapang dalam 1 tahun sangat kecil. Hasil dari simulasi optimalisasi sistem pembangkit PLTH total produksi dari Wind Turbin hanya sebesar 109 kWh per tahun (produksi 0% dari seluruh total pembangkit), sedangkan total Produksi dari PV sebesar 57,720 kWh per tahun (produksi 100% dari seluruh pembangkit).
Gambar 4.18 Produksi listrik pada masing-masing pembangkit
Dari gambar diatas konsumsi beban listrik sebesar 26,697 kWh per tahun, sehingga dengan menggunakan PV saja sebenarnya sudah bisa untuk memenuhi kebutuhan listrik penduduk Pulau Ketapang. Berdasarkan apa yang sudah di sebutkan sebelumnya dan mengacu kepada konfigurasi terbaik sistem yaitu memiliki Net Present Cost (NPC) paling kecil, maka untuk membuat sistem pebangkit listrik dari sumber energi terbarukan yang cocok untuk kondisi di Pulau Ketapang yaitu hanya menggunakan PV.
4.3.3 Hasil Pembangkit Sistem Optimal
Dari hasil kalkulasi perangkat lunak Homer yang didapat berdasarkan input data pada setiap perancangan masing-masing komponen yang digunakan dalam sistem pembangkit, dalam hal ini hasil sistem pembangkit teroptimal adalah menggunakan pembangkit yang bersumber dari PV 30 kW, 120 battery S6CS25P, Converter 30 kW. Dari hasil kalkulasi HOMER akan diperoleh hasil kelistrikan pada sistem berupa produksi listrik, konsumsi beban listrik, Quantity (kuantitas). Adapun hasil kelistrikan pada sistem pembangkit teroptimal adalah seperti pada Gambar 4.19 di bawah ini.
Gambar 4.19 Daya dan Produksi Listrik dari Sistem PV
Pada gambar di atas tampak bahwa total daya yang dihasilkan pembangkit sebesar 57,720 kWh/tahun, yang merupakan (100%) dari jumlah daya produksi PV array. Dengan konsumsi listrik sebesar 26,718 kWh/tahun (100%). Excess electricity atau kelebihan energi dari sistem ini adalah sebesar 21,068 kWh/tahun (36.5%), dengan kata lain energi listrik tidak digunakan yang dihasilkan sistem Surya sebesar 36.5% (21,068 kWh/tahun).
Produksi listrik tidak selalu sama untuk setiap bulannya. Karena pembangkit utama listrik adalah PV, maka akan sangat dipengaruhi oleh intensitas radiasi matahari. Dapat dilihat pada gambar 4.19 bahwasannya ketika musim panas produksi listrik yang dibangkitkan akan lebih besar daripada ketika musim penghujan. Begitupun sebaliknya pada musim penghujan akan lebih sering terjadi penurunan intensitas rasiasi matahari yang disebabkan karena sering adanya mendung maupun hujan.
Gambar 4.20 Grafik produksi PV dan konsumsi listrik
Pada grafik diatas merupakan grafik produksi energi dari PV yang telah dibangkitkan dan konsumsi listrik (beban listrik) oleh system di Dusun Pulau Batu, Pulau Ketapang tertampil dalam Gambar 4.20. Kolom atas merupakan kolom dimana produksi listrik dari PV dibangkitkan (warna kuning), dan (warna Biru) merupakan grafik beban listrik.
Pada kolom atas, garis kuning menunjukan produksi listrik yang dibangkitkan oleh PV mulai dari jam 06:00 sampai dengan jam 18:00, dari grafik diketahui PV belum menggunakan battery sehingga ketika malam hari grafik PV akan menjadi nol untuk itu PV harus menggunakan battery agar bisa menyimpan energi yang dihasilkan PV bisa digunakan pada malam hari.
Gambar 4.21 Grafik input battery dan output inverter
Dari grafik (warna hijau) merupakan input battery, (warna biru) dikolom atas merupakan beban listrik, dan (warna ungu) di kolom bawah merupakan output inverter. Dapat dilihat yaitu pada saat PV (warna kuning) menghasilkan produksi listrik di jam 06:00 sampai 18:00, maka dari produksi PV tersebut akaan disimpan ke battery, kemudian keluaran dari battery masih menghasilkan output DC dan di konversikan ke AC (wana Ungu) menggunakan inverter untuk mensuplay beban listrik penduduk di Dusun Pulau Batu Pulau Ketapang. pada saat PV tidak memproduksi listrik di jam 18:00 ,maka untuk produksi listrik di topang sepenuhnya dengan menggunakan battery dalam penyediaan energi listrik untuk mensuplay beban listrik.
Pada gambar 4.19 Unmet electric load atau listrik yang belum terpenuhi sebesar 0.000571 kWh/yr (0.0%) dan Capacity shortage atau kekurangan kapasitas sebesar 0,00 Kwh/yr (0,0%). Kekurangan energi listrik sebesar 0,000571 kWh/yr dengan (0,0%) tersebut dapat dikatakan tidak ada atau masih dikatakan dalam batas kebutuhan listrik masih terpenuhi. Dapat dilihat pada gambar 4.23 grafik tentang kekurangan energi listrik pada sistem.
Gambar 4.22 Grafik kekurangan energi listrik
Grafik diatas menunjukkan tidak ada kekurangan listrik atau Unmet Load (warna merah) selama 1 tahun pada sistem pembangkit, sehingga artinya dari hasil sistem pembangkit dapat memenuhi kebutuhan listrik (beban listrik) selama 1 tahun ataupun setap harinya selama 24 jam. Namun dalam sebuah sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) sangat berpengaruh pada intensitas cahaya matahari sehinga pada saat cuaca mendung maka produksi PV juga akan rendah sehingga kondisi pengisian (charge) battery akan berpengaruh atau tidak akan maksimal seperti pada Gambar 4.23 Grafik hubungan produksi listrik dengan kondisi pengisian battery.
Gambar 4.23. Grafik hubungan produksi listrik dengan kondisi pengisian (charge) battery
Pada grafik di atas adalah contoh sampel dari kondisi radiasi matahari yang kecil sehingga produksi energi listrik dari PV rendah (warna kuning) yaitu terjadi berturut-turut di bulan November pada tanggal 18, 20 dan 21, dengan kondisi tersebut sehingga juga mempengaruhi kondisi charge battery (warna hitam) dapat dilihat pada grafik di atas. Sehingga pada saat kondisi cuaca musim penghujan yang ekstrim (lebih dari 4 hari cuaca mendung) untuk mengatasi ketersediaan energi pada battery maka pengoperasian pembangkit dalam mensuplay beban tidak dilakukan selama 24 jam. Namun kemungkinan terjadinya cuaca hujan ekstrim di lokasi penelitian sangat kecil, mengingat bedasarkan dari melihat data intensitas cahaya matahari pada lokasi penelitiaan.
Dengan aplikasi Surya sebagai salah satu pembangkit yang mengaplikasikan renewable energy. Keunggulan dari renewable energy adalah pasokan energi yang akan terus selalu ada dan emisi gas buangnya yang ramah lingkungan dan mengurangi pemakaian sumber daya fosil yang semakin hari semakin menipis.
Perancangan sistem Surya ini memiliki konfigurasi yang dihasilkan pembangkit Surya/Diesel memiliki renewable fraction yang dihasilkan adalah 1.00, artinya 100% pembangkit energi pada Dusun Pulau Batu, Pulau Ketapang menggunakan energi terbarukan. Renewable fraction yaitu rasio dari pembangkit energi terbarukan. Sehingga efeknya emisi yang dihasilkan tidak ada.
4.4 Analisis Biaya Sistem Pembangkit
Berdasarkan data parameter-parameter yang digunakan berupa biaya komponen, penggantian, operasional dan perbaikan dari tiap komponen pembangkit pada simulasi HOMER yang telah di masukkan. Perangkat lunak HOMER akan mengkalkulasikan seluruh biaya pada sistem sehingga mendapatkan seluruh biaya yang muncul dalam sistem pembangkit. Adapun biaya yang dianalisis pada tugas akhir ini adalah analisis teknis biaya dari sistem teroptimal adalah sebagai berikut.
4.4.1 Biaya Tiap Komponen
Biaya ini didapat berdasarkan dari perancangan sistem pada Homer dengan cara memasukkan biaya komponen, penggantian, operasional dan perbaikan. Saat dikalkulasikan homer akan menghitung biaya tiap komponen berdasarkan dari jumlah komponen yang dibutuhkan sistem dikalikan dengan harga pada masing-masing komponen pada sistem pembangkit. Adapun biaya tiap komponen dapat dilihat pada Gambar 4.24 dibawah ini.
Gambar 4.24 biaya tiap komponen
Gambar diatas menunjukan biaya perkomponen dari mulai modal, penggantian, operasional, harga jual atau pendapatan pada masing-masing komponen. Adapun biaya modal PV selama masa pakai 25 tahun sebesar $ 30,882 sedangkan biaya penggantian 0, perawatan 0, bahan bakar 0 sehingga PV mempunya biaya keseluruhan sebesar $ 30,882 biaya awal pembangunan saja.
Battery memiliki biaya modal awal $ 140,400, biaya penggantian sebesar $ 104,450, perawatan 0, bahan bakar 0, harga jual atau pendapatan setelah di pakai $ -29,987 sehingga battery mempunyai biaya keseluruhan sebesar $ 214,863.
Converter memiliki biaya modal awal sebesar $ 2,538, biaya penggantian sebesar $ 5,164, perawatan 0, bahan bakar 0, harga jual setelah di pakai 0 sehingga converter mempunya biaya keseluruhan sebesar $ 7,702.
4.4.2 Biaya Berdasarkan Type
Biaya keseluruhan ini didapat berdasarkan hasil dari penjumlahan masing-masing type yaitu biaya modal, penggantian, operasional, hasil harga jual setelah dipakai pada tiap komponen. Dari hasil penjumlahan Sehingga menghasilkan biaya keseluruhan untuk masing-masing type tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.25.
Gambar 4.25 Biaya keseluruhan berdasarkan type
Gambar 4.25 memperlihatkan dimana modal yang dikeluarkan dari sistem tersebut untuk memenuhi kebutuhan listrik di Pulau Ketapang sebesar $ 173,820, sedangkan untuk Penggantian komponen berupa battery dan converter sebesar $ 109,615, Biaya Perawatan dan bahan bakar tidak ada, harga jual keseluruhan komponen atau pendapatan setelah dipakai sebesar $ -29,987. Total nilai NPC (Net Present Cost) yaitu nilai biaya dari keseluruhan biaya pembangkit beroperasi selama 25 tahun dikurangi harga jual atau pendapatan dari sistem yang didapat sehingga nilai NPC adalah sebesar $ 253,448.
