BAB 3
METODE PENELITIAN
Pengambilan Data 3.1
a) Studi lapangan
Dilakukan di Taman Departemen Teknik Elektro dan Halaman Gedung Administrasi FT USU, yaitu mengukur lokasi yang akan dipasangi penerangan serta meninjau penerangan yang sudah ada.
b) Pengambilan data Klimatologi lokasi penelitian
Data-data tersebut diperoleh dari Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika Stasiun Klimatologi Deli Serdang, yang meliputi data rata-rata intensitas radiasi matahari bulanan dan temperatur udara.
Analisis Teknis 3.2
Setelah data terkumpul, data tersebut dianalisis dengan teori-teori dari literatur. Analisis ini meliputi :
a. Menghitung jumlah tiang yang akan dipasang. b. Menghitung daya yang akan terpasang.
c. Menghitung daya panel surya yang diperlukan. d. Menghitung baterai yang digunakan
e. Menentukan arus rating solar charge controller. f. Menghitung luas penampang kabel.
g. Menentukan sudut tiang dan stang ornamen h. Analisis biaya.
Berikut flowchart dalam melakukan perencanaan ini :
Ukur Lapangan
Hitung Daya per Hari
Pengambilan Data dari BMKG
Hitung Daya Panel Surya yang Diperlukan
Hitung Kapasitas Baterai
Hitung arus rating solar charge controller
Hitung Luas Penampang konduktor
Hitung Sudut Kemiringan Stang Ornamen
Analisa Biaya
(Investasi, Operasional, dan Perawatan)
Selesai Hitung Jumlah Lampu
Mulai
3.2.1 Teori Analisis Data
Analisis teknis dilakukan untuk mendapatkan sistem penerangan yang baik, aman, handal, tahan lama, dan sesuai dengan spesifikasi pabrikasinya dan terlebih sesuai SNI. Adapun analisa teknik dilakukan terhadap komponen-komponen yang meliputi lampu penerangan, tiang, dan lain lain.
Dalam merencanakan instalasi penerangan, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan untuk mendapatkan penerangan yang baik, yang memenuhi fungsinya agar mata dapat melihat dengan jelas dan nyaman. Maka dari itu diperlukan beberapa perhitungan penerangan, diantaranya adalah:
1. Intensitas cahaya
Intensitas cahaya adalah fluks cahaya per satuan sudut ruang yang dipancarkan ke suatu arah tertentu, dapat ditulis dengan Persamaan 3.1 berikut :
dimana : I = intensitas cahaya (candela)
∅ = fluks cahaya dalam lumen (lm) w = sudut ruang dalam steradian (sr)
2. Luminansi
Luminansi ialah suatu ukuran untuk terang suatu benda, atau intensitas cahaya dari suatu permukaan persatuan luas hasil proyeksi dari arah yang diberikan. Luminansi yang terlalu besar akan menyilaukan mata. Persamaan 3.2 adalah untuk menunjukkan besarnya Luminansi cahaya pada suatu bidang :
Dimana : L = luminansi (cd/cm2)
I = Intensitas cahaya (cd)
3. Intensitas Penerangan (Iluminansi)
Intensitas penerangan atau iluminansi adalah kerapatan fluks cahaya yang mengenai suatu permukaaan, secara matematis dirumuskan pada Persamaan 3.3 :
Dimana : E = Iluminansi atau intensitas penerangan ( lux atau lm/m2)
= flux cahaya (lm) A = Luas bidang (m2)
Intensitas penerangan pada suatu titik umumnya tidak sama untuk setiap titik pada bidang tersebut. Intensitas penerangan suatu bidang karena suatu sumber cahaya dengan intensitas (I), berkurang dengan kuadrat dari jarak antara sumber cahaya dan bidang itu (hukum kuadrat)[3].
4. Efisiensi Penerangan
Efisiensi penerangan adalah perbandingan antaran fluks cahaya yang dipancarkan oleh armatur atau dapat juga diartikan sebagai fluks cahaya yang sampai ke objek dengan fluks cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya atau fluks cahaya awal, secara matematis dirumuskan pada Persamaan 3.4 :
Dan : Dalam melakukan suatu perencanaan fluks cahaya yang diperlukan dapat dihitung dengan Persamaan 3.6 berikut :
Jumlah armatur yang diperlukan agar mendapat kualitas pencahayaan yang baik dapat dihitung dengan Persamaan 3.7 :
Dimana : = efisiensi cahaya penerangan
g = fluks cahaya yang dipancarkan oleh armatur (lm)
= fluks cahaya yang dipancarkan sumber cahaya (lm) d = faktor depresiasi
Efisiensi penerangan juga dapat dihitung melalui perhitungan indeks ruang atau indeks bentuk, yang dinyatakan dalam bentuk Persamaan 3.8 :
Dimana : k = indeks ruang atau bentuk
p = panjang permukaan jalan(m) l = lebar permukaan jalan (m)
Tabel 3.1 Menunjukkan berbagai indeks bentuk dan efisiensi penerangan maksimum dan minimumnya.
Tabel 3-1 Efisiensi Penerangan untuk berbagai indeks ruang
% rp 0.7 0.5 0.3 rw 0.5 0.3 0.1 0.5 0.3 0.1 0.5 0.3 0.1 rm 0.1 0.1 0.1 k 0 0,5 0,28 0,23 0,19 0,27 0,23 0,19 0,27 0,22 0,19 0,6 0,33 0,28 0,24 0,32 0,28 0,24 0,32 0,27 0,24 0,8 0,42 0,36 0,33 0,41 0,36 0,32 0,40 0,36 0,32 1,0 0,48 0,43 0,40 0,47 0,43 0,39 0,46 0,42 0,39 1,2 0,52 0,48 0,44 0,51 0,47 0,44 0,50 0,46 0,43 1,5 0,56 0,52 0,49 0,55 0,52 0,49 0,54 0,51 0,48 2,0 0,61 0,58 0,55 0,60 0,57 0,54 0,59 0,56 0,54 72 2,5 0,64 0,61 0,59 0,63 0,60 0,58 0,62 0,59 0,57 3 0,66 0,64 0,61 0,65 0,63 0,61 0,64 0,62 0,60 72 4 0,69 0,67 0,65 0,68 0,66 0,64 0,66 0,65 0,63 5 0,71 0,69 0,67 0,69 0,68 0,66 0,68 0,66 0,65
Keterangan : rp = faktor refleksi dinding
rm = faktor refleksi bidang pengukurannya
rw = faktor refleksi langit-langit
Dimana : 0.1 = warna gelap 0.3 = warna sedang 0.5 = warna muda
0.7 = warna putih dan warna sangat muda
Jika nilai k sesuai perhitungan berada diantara dua nilai k yang terdapat pada Tabel 3-1. Efisiensi penerangan dapat dihitung dengan menggunakan rumus interpolasi, yang dinyatakan dalam Persamaan 3.9 berikut :
( )
Dimana : = efisiensi penerangan maks = efisiensi maksimum
min = efisiensi minimum
k = nilai k sesuai perhitungan kmin = nilai k minimum
kmaks = nilai k makasimum
5. Panel Surya
Panel surya adalah gabungan sel surya yang fungsinya mengubah energi cahaya menjadi menjadi energi listrik. Efisiensi dari panel surya merupakan perbandingan antara daya keluaran (Pout) dan daya masukannya (Pin). Daya keluaran (Pout) adalah perkalian antara tegangan waktu open circuit(Voc) dengan arus short circuit (Isc) dan faktor pengisian (fill factor, FF) dari sebuah modul surya.
Efisiensi panel surya : Atau
Dimana : FF = faktor pengisian / fill factor
Vm = tegangan nominal panel surya (volt) Im = arusnominal panel surya (volt)
Voc = tegangan open circuit panel surya (volt) Isc = arus short circuit panel surya (volt)
F = intensitas radiasi matahari yang diterima (watt/m2) S = luas permukaan panel surya (m2)
Daya nominal pada panel surya tidak dapat diperbesar lagi, kecuali panel surya diganti dengan panel surya lain yang spesifikasi daya nominalnya lebih besar. Untuk mendapatkan energi yang besar yang dihasilkan oleh panel surya tergantung pada lamanya penyinaran matahari. Lamanya panel surya mendapatkan sinar dinyatakan dengan Persamaan 3.14 :
Energi yang dihasilkan panel surya adalah daya nominal panel surya dikalikan dengan lamanya panel surya mendapatkan sinar matahari, yang dinyatakan dengan Persamaan 3.15 atau 3.16 berikut :
Atau :
Jumlah minimum panel yang digunakan untuk dapat melayani energi pada beban (lampu) yang dibutuhkan ialah dengan menggunakan Persamaan 3.17 atau 3.18 :
Banyak panel surya:
Atau
Dimana : tpanel = lamanya panel surya mendapatkan sinar global (hour)
Epanel = energi yang dihasilkan modul (Wh/hari)
Pnom = daya nominal panel surya (watt)
nmin = jumlah minimum panel per tiang
ɳ
baterai = efisiensi baterai (%)6. Lampu LED
Secara sederhana LED dapat didefinisikan sebagai salah satu semikonduktor yang mengubah energi listrik menjadi cahaya. LED merupakan perangkat keras dan padat (solid-state component) sehingga unggul dalam hal ketahanan (durability).
LED hanya memiliki 4 macam warna yang tampak oleh mata, yakni warna merah, kuning, hijau, dan biru. Untuk menghasilkan sinar putih yang sempurna, spektrum cahaya dari warna-warna tersebut digabungkan. Hal paling umum adalah penggabungan antara warna merah, hijau, dan biru, yang disebut RGB. Sampai saat ini, pengembangan terus dilakukan untuk menghasilkan lampu LED dengan komposisi warna seimbang dan berdaya tahan lama. Satu buah lampu LED dapat bertahan lebih dari 30 ribu jam, bahkan ada yang mencapai 100 ribu jam.
7. Solar Charge Controller
Merupakan peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah yang diisi dan diambil dari baterai ke beban. Solar charge controller mengatur overcharging (kelebihan pengisian – karena baterai sudah penuh) dan kelebihan tegangan dari panel surya.
Ukuran atau rating untuk alat pengontrol aliran masuk dan keluar dari aki ditentukan dalam satuan Ampere, yakni dengan Persamaan 3.19 atau 3.20 :
( ) Atau
( ) Dimana : icc = arus rating solar charge controller (ampere)
Pmaks = banyak panel surya x Pnom (watt)
8. Baterai
Baterai adalah alat penyimpanan tenaga lsitrik arus searah (DC) yang dibangkitkan oleh panel surya. Tipe baterai Lead Acid adalah tipe baterai yang sesuai untuk sistem panel surya. Hal ini jelas karena dengan menggunakan tipe baterai Lead Acid, pengguna dapat memanfaatkan energi listrik yang tersimpan pada baterai (discharge) saat panel surya tidak mendapatkan sinar matahari. Sebaliknya saat ada matahari, baterai akan diisi (charge) oleh panel surya. Jenis Baterai Lead Acid terbagi menjadi:
a. Aki Otomotif (Starting Battery)
Merupakan jenis baterai yang dirancang agar menghasilkan arus listrik tinggi dalam waktu singkat, sehingga dapat menyalakan mesin kendaraan. Kerena penggunaan pelat tipis secara paralel, resistensi rendah dan permukaan luas, baterai ini tidak cocok digunakan dengan panel surya. Walaupun secara aplikasi masih dapat digunakan.
b. Baterai Deep Cycle (Baterai Industri)
Merupakan jenis baterai yang dirancang untuk menghasilkan arus listrik stabil dan dalam waktu lama. Baterai jenis Deep Cycle memiliki ketahanan terhadap siklus pengisian (charge) – pelepasan (discharge) berulang-ulang dan konstan.
Baterai jenis Deep Cycle dibagi menjadi dua jenis yaitu :
1. Baterai FLA (Flooded Lead Acid). Secara umum dikenal sebagai baterai / aki / accu basah. Karena sel-sel di dalam aki terendam oleh cairan elektrolit agar berfungsi optimal. Ciri khasnya adalah katup pengisian cairan elektrolit di setiap katup.
2. Baterai VRLA (Valve Regulated Lead Acid). Disebut juga baterai SLA (Sealed Lead Acid) atau baterai MF (Maintenance Free) atau baterai SMF (Sealed Maintenance Free). Secara fisik baterai ini hanya nampak terminal (+) positif dan terminal (-) negatif. Dirancang khusus agar cairan elektrolit tidak tumpah atau bocor atau menguap. Baterai ini memiliki katup ventilasi yang terbuka pada tekanan ekstrim untuk pembuangan gas hasil reaksi kimia. Baterai ini sering disebut batereai Maintenance Free karena tidak ada katup pengisian cairan elektrolit.
Baterai VRLA dibagi menjadi 2 jenis berdasarkan konstruksi internalnya, yaitu : a) Baterai VRLA AGM (Absorbent Glass Mat). Baterai VRLA AGM memiliki pemisah / separator yang terdiri dari fiberglass yang terletak di antara pelat-pelat sel. Tujuan peletakan ini untuk menyerap cairan elektrolit agar tersimpan di pori-pori fiberglass. Fungsi fiberglass ini seperti handuk yang menyerap air ketika salah satu ujung handuk dicelupkan ke dalam cairan
b) Baterai VRLA Gel (Gel Cells). Baterai VRLA Gel memiliki cairan elektrolit kental seperti agar-agar atau puding atau gel.
Baterai Deep Cycle jenis VRLA AGM atau VRLA Gel merupakan jenis baterai yang paling cocok dan paling banyak digunakan untuk sistem panel surya. Karena memiliki ketahanan siklus pengisian, ketahanan penggunaan, anti tumpah / bocor, dan bebas perawatan.
Dalam sistem listrik tenaga surya pemilihan baterai adalah hal yang sangat penting mengingat pembangkitan yang hanya bisa dilakukan pada siang hari sementara energi yang dibangkitkan baru digunakan pada malam hari. Oleh karena itu perlu diperhitungkan antara energi yang dibangkitkan sel surya dengan energi yang dibutuhkan beban.
Kapasitas baterai yang tertulis dalam satuan Ah (ampere hour), yang menyatakan kekuatan baterai, seberapa lama baterai dapat bertahan mensuplai arus untuk beban (lampu). Dalam pemilihan baterai juga harus diperhatikan faktor efisiensi baterai dan pada saat pemakaian tidak disarankan untuk menggunakan baterai hingga daya baterai habis. Pada sistem penerangan Jalan yang sumber energinya hanya dari sel surya, ketika radiasi matahari tidak ada maka lampu akan mati. Baterai akan tahan lebih lama jika siklus pengisiannya tidak sampai kurang dari 20%. Sehingga perlu dibuat cadangan beban, yaitu cadangan daya untuk beban (lampu) apabila panel surya tidak dapat menerima sinar matahari atau dalam satu hari cuaca dalam keadaan mendung, biasanya dibuat cadangan untuk beban dalam satu hari. Cadangan beban dalam satu hari merupakan rasio antara energi yang dibutuhkan dalam satu hari dengan tegangan baterai yang digunakan. Secara matematis dirumuskan dengan Persamaan 3.21 :
Total kapasitas baterai berdasarkan periode penyimpanan yang diinginkan didapat dengan menggunakan Persamaan 3.22 berikut :
Dimana: ib = kapasitas baterai (Ah/Ampere.hour) Vb = tegangan baterai (volt)
DOD = deep of discharge (%)
Emaks = banyak panel surya x Emodul Eload = energi yang dibutuhkan lampu (Wh)
9. Kabel Distribusi
Untuk mendistribusikan energi listrik yang dihasilkan panel surya ke beban, dubutuhkan media perantara yang berupa kabel. Kabel ini mempunyai hambatan atau resistansi. Oleh karena itu akan terjadi rugi tegangan pada kabel distribusi ini. Agar sistem dapat bekerja secara optimal, maka rugi tegangan ini harus dijaga agar tidak terlalu besar dengan menggunakan ukuran dan jenis bahan yang digunakan, sehingga dengan ukuran tersebut arus listrik masih dapat mengalir dengan aman.
Ukuran kabel dinyatakan sebagai total luas penampang kawat pada tiap konduktor. Satuan umum yang digunakan adalah milimeter persegi (mm2). Tingkat arus dari suatu kabel adalah besarnya arus maksimum yang dapat dialirkan melalui kabel tersebut tanpa menyebabkan kabel menjadi panas.
Ukuran minimal kabel dapat ditentukan berdasarkan nilai arus yang diperlukan oleh beban. Dengan menggunakan tegangan kerja sistem, nilai arus ke beban dapat ditentukan dengan Persamaan 3.23 berikut :
Sesuai dengan PUIL 2011 kerugian daya pada setiap pemasangan instalasi maksimal adalah 6% dari kebutuhan seluruhnya [8]. Untuk memenuhi standard ini, maka perlu dilakukan perhitungan luas penampang kabel yang ditentukan dengan Persamaan 3.24 atau 3.25 berikut :
Atau
Dimana : P = Total daya beban (Watt) V = Tegangan sistem (volt) IL = Arus beban ( A )
∆P = kerugian daya sepanjang kabel (Watt) l = Panjang kabel (m)
A = Luas penampang kabel ( m2 atau mm2 ) ρ = tahanan jenis kabel (Ωm)
10. Tiang dan Stang Ornamen
Tiang merupakan salah satu dari komponen penting pada penerangan jalan umum. Fungsinya sebagai tempat untuk meletakkan lampu (beserta armaturnya), stang ornament, panel surya, baterai, dan lain sebagainya. Untuk menentukan sudut kemiringan stangornamen, agar titik penerangan mengarah ke tengah – tengah jalan seperti pada Gambar 3-2 berikut :
Gambar 3-2 Tiang Penerangan Jalan
Oleh karena itu, agar titik penerangan mengarah ketengah – tengah jalan sudut kemiringan stang ornamen dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.26 dan 3.27 berikut :
√
Dimana : h = tinggi tiang (m)
T = jarak lampu ke tengah jalan (m)
c = jarak horizontal lampu ke tengah jalan (m) w1 = jarak tiang ke horizontal lampu (m)
w2 = jarak horizontal lampu ke ujung jalan (m)
b = lebar batu jalan (m)
o = jarak batu jalan ke horizontal lampu (m) = sudut kemiringan stang ornamen
11. Biaya
Dalam suatu perencanaan, hubungan antara perencanaan, penganalisa, dengan ongkos begitu penting, segala keputusan dievaluasi dari segi keuangan sehingga suatu proyek yang akan dilaksanakan tidak mengalami kerugian [2]. Parameter dasar yang mempengaruhi perkiraan ekonomi sistem sel surya adalah :
a) Biaya Investasi
Biaya ini merupakan biaya yang paling besar dalam sistem penerangan dengan teknologi surya yang meliputi pembelian material beserta instalasinya.
b) Biaya Operasi dan Perawatan
Biaya perawatan merupakan biaya yang digunakan untuk penggantian komponen sesudah melewati masa umur pakai. Total biaya perawatan dengan menggunakan metode nilai sekarang adalah dengan menggunakan Persamaan 2.28 :
Dimana : P = Nilai sekarang
F = Nilai mendatang (Future Worth) N = Jumlah periode
i = tingkat bunga efektif per periode c) Biaya per Kwh
Biaya per kWh merupakan rasio antara total biaya yang dikeluarkan dengan total energi yang dihasilkan. Dinyatakan dengan Persamaan 3.29 berikut :
BAB 4
PERENCANAAN DAN PEMBAHASAN
Perhitungan Jumlah dan Daya Lampu 4.1
Dilihat dari Tabel 2.1 Lampu LED memiliki banyak keunggulan dibandingkan jenis lampu lain, antara lain dengan daya yang sama lampu LED bisa menghasilkan lumen yang lebih tinggi daripada jenis lampu yang lain, umur lampu LED juga lebih lama dibanding jenis lampu yang lainnya. Selain itu arus yang dihasilkan panel surya juga merupakan arus DC. Oleh karena itu, Lampu yang digunakan pada penelitian ini ialah lampu LED, sehingga sistem penerangan ini tidak memerlukan inverter lagi. Tabel 4.1 berikut ini menunjukkan spesifikasi lampu LED yang direncanakan.
Tabel 4-1 Data Lampu yang digunakan
Spesifikasi Lampu LED
Lamp wattage 20 W
Nominal Voltage 12 or 24 VDC
Current consumption at 12V 1.95 A
Type tube LED
Tube lumen output (up to) 2000
Colour of light emitted white
inverter eficiency >90%
Operating temperatur range ( C ) "-10 to +50"
Open Circuit Protect Yes
Short circuit protect Yes
Reverse polarity protect Yes
Packed dimension (mm) 880 x 310 x 210
Dari data-data pada Tabel 4-1 direncanakan lampu dipasang pada tiang lengan tunggal dengan tinggi tiang 6 m, banyaknya jumlah lampu yang dibutuhkan untuk masing-masing lokasi penelitian adalah sebagai berikut :
1. Halaman Gedung Administrasi Fakultas Teknik USU
Dari hasil pengukuruan luas halaman gedung administrasi fakultas teknik USU ialah 60 m x 40 m = 2400 m2.
a) Untuk menentukan indeks bentuknya digunakan Persamaan 3.8, sehingga :
b) Faktor – faktor refleksi :
Sistem penerangan yang dipakai untuk penerangan jalan adalah sistem penerangan langsung. Pengaruh dinding dan langit – langit pada sistem penerangan langsung jauh lebih kecil daripada pengaruhnya pada sistem – sistem penerangan lainnya. Faktor – faktor refleksi untuk lokasi ini adalah :
Faktor refleksi dinding (rp) = 0,3, karena dinding hanya terdapat pada
sebagian sisi lokasi perencanaan. Sehingga dianggap memiliki warna sedang.
Faktor refleksi langit – langit (rw)= 0,3, karena tidak memiliki
langit-langit dianggap warna sedang
Faktor refleksi bidang (rm) = 0,1. Karena warna bidang perencanaan
cenderung berwarna gelap
c) Dari Tabel 3.1 untuk k = 4, rp = 0.3, rw = 0.3, rm = 0.1. Efisiensi
penerangannya ialah 0.65
d) Sesuai Tabel 2.2 dan 2.3 intensitas penerangan yang direncanakan ialah 3 lux. Sehingga flux cahaya yang diperlukan sesuai Persamaan 3.6 adalah :
Jumlah armatur yang diperlukan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.7 : Sehingga bisa dibuat 8 tiang dengan jarak antara tiang 20 m. 2. Taman Departemen Teknik Elektro
Dari hasil pengukuran luas taman departemen teknik elektro ialah 60 m x 30 m = 1800 m2.
b) Untuk menentukan indeks bentuknya digunakan Persamaan 3.8 :
c) Faktor refleksi :
Sistem penerangan yang dipakai untuk penerangan jalan adalah sistem penerangan langsung. Pengaruh dinding dan langit – langit pada sistem penerangan langsung jauh lebih kecil daripada pengaruhnya pada sistem – sistem penerangan lainnya. Faktor – faktor refleksi untuk lokasi ini adalah :
Faktor refleksi dinding (rp) = 0,3, karena dinding hanya terdapat pada
sebagian sisi lokasi perencanaan. Sehingga dianggap memiliki warna sedang.
Faktor refleksi langit – langit (rw)= 0,3, karena tidak memiliki
langit-langit dianggap warna sedang
Faktor refleksi bidang (rm) = 0,1. Karena warna bidang perencanaan
cenderung berwarna gelap.
d) Untuk k = 3,33, rp = 0.3, rw = 0.3, rm = 0.1. Dengan menggunakan
e) Sesuai Tabel 2.2 dan 2.3 ditentukan intensitas penerangan yang direncanakan ialah 3 lux. Flux cahaya yang diperlukan dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.6 :
Jumlah armatur yang diperlukan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.7 :
Sehingga bisa dibuat 6 tiang, dengan jarak antara tiang 20 m.
Jumlah tiang total untuk Taman Departemen Teknik Elektro dan Halaman Gedung Administrasi FT USU adalah 14 unit tiang.
Menghitung Total Daya yang Diperlukan per Hari 4.2
Pada sub bab sebelumnya telah dibahas bahwa lampu yang digunakan ialah lampu LED 20 watt, dan penyalaannya menggunakan saklar otomatis (timer) dimana akan hidup mulai pukul 18.00 dan padam pukul 06.00 sehingga lampu menyala selama 12 jam.
Jadi daya yang diperlukan per tiang setiap hari ialah :
Sementara total daya yang diperlukan untuk 14 unit tiang per hari ialah :
Menghitung Daya Panel Surya yang Dibutuhkan 4.3
Jumlah energi listrik yang diberikan kepada lampu itu harus sesuai dengan kapasitas (kekuatan) dari lampu itu sendiri [6]. Oleh karena itu, perlu dihitung dan daya yang dihasilkan panel surya itu sendiri. Untuk menentukan daya panel surya yang dibutuhkan pertama-tama harus diketahui intensitas radiasi matahari dimana lokasi panel surya tersebut dipasang. Pada perencanaan ini data tersebut diperoleh dari Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika Stasiun Klimatologi Deli Serdang. Data intensitas radiasi matahari untuk wilayah Kota Medan dapat dilihat pada Tabel 4.2 :
Tabel 4-2 Intensitas radiasi matahari wilayah Medan Tahun 2016
Bulan Rata- rata Intensitas Rata-rata Suhu Lama Penyinaran Radiasi Matahari (W/m²) Maksimum (°C) Matahari (%)
Januari 3391 32,4 56 Februari 3317 31,9 46 Maret 3688 33,6 60 April 4271 34,2 52 Mei 3725 33,6 44 Juni 3644 33,3 61 Juli 3990 32,6 63 Agustus 3940 32,9 58 September 4061 32,6 60 Oktober 2919 31,7 35 November 2196 31,1 23 Desember 2308 31,6 39
Sumber : BMKG Stasiun Klimatologi Deli Serdang
Jumlah panel surya yang digunakan pada penelitian ini ditetapkan satu unit per tiang. Sehingga energi yang seharusnya dihasilkan panel surya agar dapat melayani beban lampu 20 Watt dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.18 :
Untuk menentukan daya nominal panel surya perlu diketahui lamanya panel surya mendapatkan radiasi matahari. Dilihat dari Tabel 4.2 intensitas radiasi matahari terendah adalah pada bulan November yaitu sebesar 2196 W/m2/hari. Lamanya panel surya mendapatkan radiasi matahari sesuai Persamaan 3.14 adalah :
Daya nominal panel dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.15 :
Sehingga bisa dibuat panel surya dengan daya 120 WP, dengan data-data pada Tabel 4.3 berikut :
Tabel 4-3 Data panel surya 120 WP
Spesifikasi sel surya 120 WP Maximum Power (Pmax) 120 W
Type cell Monocrystalline
Voltage at Pmax (Vmp) 17,8 V Current at Pmax (Imp) 7,51 A Short circuit current (Isc) 6,74 A Open circuit voltage (Voc) 21,6 V Number of cells 54 cells
Dimension (mm) 1209 x 808 x 50
Untuk mencari efisiensi sel surya maka kita harus mencari terlebih dahulu faktor pengisian (fill factor) dengan menggunakan persamaan 3.10, yaitu :
Luas permukaan panel surya : 1209 x 808 = 976.872 mm2 = 0,976872 m2. Efisiensi panel surya diperoleh dengan menggunakan Persamaan 3.8 : Besar intensitas sinar global matahari yang diterima ketika radiasi dalam keadaan maksimum adalah sebesar 1000 Watt/m2.
Jadi efisiensi maksimum panel surya yang digunakan ialah 13,71 % Menghitung Kapasitas Baterai
4.4
Sebelum menentukan total kapasitas baterai, terlebih dahulu dihitung cadangan beban dalam satu hari yang dinyatakan dengan Persamaan 3. 21 :
Total kapasitas baterai berdasarkan periode penyimpanan yang diinginkan sesuai Persamaan 3.22 adalah :
Kapasitas minimal baterai sesuai perhitungan adalah 75,75 Ah. Dari katalog Sollatek kapasitas baterai yang memungkinakan adalah 84 Ah. Dengan data sebagai berikut :
Tabel 4-4 Spesifikasi baterai Flat Plate Gel 84 Ah
Spesifikasi baterai SFG (bloc)
Type range gel
Standards IEC 896-21/22
MH25860
Capacity Range (C100) 84 Ah
Nominal Voltage 12 V
Container Material PP or ABS
Positive Plate Tech Grid/flat
Negative Plate Tech Grid/flat
Electrolite Gel
Design life 8 - 10 years
Cycle Life (80% DOD) 700
Operating Temp range C "-20 to 60"
Solar Charge Controller 4.5
Arus rating solar charge controller dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.20 berikut :
( )
Dari Katalog Sollatek arus rating solar charge controller yang tersedia ialah 16 A, dengan spesifikasi pada Tabel 4-5.
Tabel 4-5 Spesifikasi Solar Charge Controller
Spesifikasi Solar Charge Controllers SPCC 10E
Version 12 V
Solar current 16 Amp
Load Current 16 Amp
Nominal Voltage 12 V
Maximum current consumption 12 mA
Temperatur compensation optional
Timer (Dusk/dawn or 2-10 hours no
Enclosure protection rating IP 54
Perhitungan Luas Penampang Kabel 4.6
Sesuai PUIL 2011 kerugian daya pada setiap pemasangan instalasi untuk pencahayaan dengan sumber energi tersendiri maksimal 6% dari kebutuhan daya seluruhnya [8]. Supaya tidak terjadi kerugian daya yang berlebih maka perlu dilakukan perhitungan luas penampang kabel.
Karena panel surya diletakkan pada tiang lampu penerangan jalan tersebut maka panjang kabelnya hanya 5 meter dan bebannya adalah lampu LED 20 Watt maka besar arus beban sesuai Persamaan 3.23 adalah:
Kerugian daya maksimal pada kabel penghantar adalah :
Luas penampang kabel yang digunakan sesuai Persamaan 3.25 :
Namun karena luas penampang konduktor tembaga sesuai PUIL 2011 tidak boleh kurang dari 1,5 mm2 dan luas penampang sesuai perhitungan tidak melebihi 1,5 mm2 maka luas penampang konduktor yang digunakan adalah 1,5 mm2.
Tiang dan Stang Ornamen 4.7
Tinggi tiang yang direncanakan 6 m dan jarak horizontal lampu ke tengah jalan 5 m, jarak vertikal lampu ke tengah jalan dengan menggunakan Persamaan 3.26 :
√ √
Sudut kemiringan stang ornamen dengan menggunakan Persamaan 3.27 adalah : Analisis Biaya 4.8
Pada skripsi ini biaya yang diperhitungkan berupa biaya investasi, biaya perawatan dan biaya operasional selama 25 tahun dengan perkiraan kenaikan harga 10% per tahun.
4.8.1 Biaya Investasi
Biaya investasi meliputi biaya pembelian keseluruhan material dan pemasangan material.
Tabel 4-6 Daftar harga material beserta instalasi
Jenis Material Harga Jumlah Harga Total
Tiang lengkap dengan klem dan baut Rp 4.500.000 Rp 63.000.000
Panel Surya 120 WP Rp 1.812.500 Rp 25.375.000
Lampu LED 20 Watt + armatur Rp 450.000 Rp 6.300.000
Baterai 84 Ah Rp 1.850.000 14 Rp 25.900.000
Solar charge controller Rp 400.000 Rp 5.600.000 Box(Baterai, Solar Charge Controller) Rp 1.700.000 Rp 23.800.000 Biaya instalasi material Rp 1.000.000 Rp 14.000.000 Kabel NYY 2 x 1,5 mm2 ( 50 m ) Rp 332.000 2 Rp 664.000
Total biaya investasi Rp 164.639.000
4.8.2 Biaya Perawatan
Biaya perawatan pada sistem penerangan jalan dan taman dengan menggunakan teknologi surya ialah berupa penggantian komponen sebelum 25 tahun. Semua komponen diganti sesuai umur pakai standard pabrikannya. Dimana lampu LED harus diganti 11 tahun sekali dan baterai diganti 15 tahun sekali. Harga masing-masing komponen diasumsikan mengalami kenaikan bunga bank sebesar 10% per tahun.
Biaya perawatan untuk penggantian lampu LED dan baterai menggunakan Persamaan 3.28 adalah :
1. Untuk Lampu LED
2. Untuk Baterai
Sehingga Total biaya perawatan berupa penggantian komponen ialah sebesar Rp 812.905.
4.8.3 Biaya Operasional
Biaya operasional sistem penerangan jalan dengan menggunakan panel surya tergolong murah. Karena penyalaannya dilakukan secara otomatis dan sumber energinya berupa radiasi matahari juga diperoleh secara gratis. Biaya operasional disini ialah hanya untuk pembersihan panel surya dari debu dimana untuk daerah yang tidak terlalu berdebu misalnya pada lokasi perencanaan ini, pembersihan panel surya tersebut bisa dilakukan setahun sekali. Biaya pembersihan per panel surya per tahun ialah Rp 50.000, dan biaya untuk pembersihan 14 panel surya per tahun adalah sebesar Rp 700.000 sehingga total biaya pembersihan panel surya selama 25 tahun adalah Rp 17.500.000.
4.8.4 Harga Listrik Sistem Penerangan dengan Sel Surya
Untuk perhitungan biaya per kWH kita melakukan perhitungan total energi yang dibangkitkan panel surya selama 25 tahun dengan mengambil nilai radiasi rata-rata yang dibahas pada subbab sebelumnya yaitu sebesar 3454 Wh/m2/hari. Rata-rata energi yang dihasilkan panel surya per hari ialah :
Energi untuk 14 panel surya :
Dan total energi yang dihasilkan selama 25 tahun = 9.125 hari adalah :
Sehingga biaya per kWH sesuai persamaan 3. 29 didapat :
Jadi harga tarif daya listrik jika menggunakan sel surya sebagai sumber energinya ialah Rp 3.455,19 per kWh.
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
5.1
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Untuk Taman Depertemen Teknik Elektro dan Halaman Gedung Administrasi Fakultas Teknik USU diperlukan masing-masing 6 tiang dan 8 tiang lampu penerangan. Jarak antara tiang 20 meter dan tinggi tiang 6 meter serta lampu LED 20 Watt sehingga didapat kualitas pencahayaan sesuai standard penerangan jalan.
2. Energi yang dapat dibangkitkan oleh sel surya 120 WP dengan intensitas radiasi matahari rata-rata untuk wilayah Kota Medan sebesar 3.454,17 Wh/m2/hari adalah sebesar 414,48 Wh.
3. Harga listrik per kWh menggunakan sumber energi sel surya didapat sebesar Rp 3.455,19 per kWh. Harga ini masih tergolong mahal dibandingkan dengan harga listrik konvesional yang harganya sekitar Rp 2.000 per kWh.
Saran 5.2
Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari skripsi ini adalah sebagai berikut:
1. Melakukan penelitian dengan analisis menggunakan simulasi Homer Program.
2. Melakukan penelitian dengan pengukuran langsung dengan temperatur yang berbeda-beda dan dengan pengaturan posisi sudut panel surya. 3. Melakukan penelitian pada aplikasi beban yang beragam (AC dan DC).
