Sabtu, 21 November 2015
Bale SawalaKampus Universitas Padjadjaran, Jatinangor
FE-8
UJI KINERJA BATERAI DEEP CYCLE PADA SISTEM
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA PHOTOVOLTAIK
YUSUF SURYO UTOMO* Pusat Penelitian Fisika,
Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia Alam Jl. Sangkuriang, Kompleks LIPI, Bandung 40135
Abstrak. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Photovoltaik (PLTS) yang merupakan salah satu komponen dari Sistem Pembangkit Listrik Hybrid, terdiri dari enam buah modul PV yang dapat menghasilkan listrik 670Wp. Untuk mengevaluasi Sistem Pembangkit tersebut, perlu dilakukan Uji Kinerja komponen utamanya yaitu baterai deep cycle dan inverter. Hal ini penting untuk menganalisis kemampuan baterai menyimpan energi listrik dan selanjutnya menentukan kapasitas dan karakteristik baterai terkait. Karakteristik baterai sangat mempengaruhi sistem secara keseluruhan termasuk ukuran dan spesifikasi komponen utama lainnya. Analisis tersebut dilakukan berdasarkan data eksperimen yang kemudian dibandingkan dengan data teknis dari pabrik baterai. Informasi yang akurat tentang karakteristik baterai sangat penting dalam desain Sistem PLTS Photovoltaik. Makalah ini membahas Uji Kinerja Baterai Deep Cycle dan Inverter pada Sistem PLTS Photovoltaik. Baterai Deep Cycle dan Inverter diuji melalui serangkaian Uji Pengisian-Pengosongan baterai. Hasil uji menunjukkan bahwa baterai yang diuji memiliki kapasitas dan karakteristik yang sama dengan data teknis dari pabrik baterai. Sedangkan hasil uji inverter, menunjukkan bahwa efisiensi inverter masih lebih rendah dibanding spesifikasi teknis pabrik. Pengetahuan tentang karakter dan spesifikasi teknis komponen utama PLTS penting untuk dipahami dalam rangka memecahkan permasalahan rekayasa di lapangan, dimana membutuhkan desainer sistem pembangkit untuk menganalisis suatu aplikasi tertentu.
Kata kunci : uji kinerja baterai, sistem pembangkit listrik tenaga surya photovoltaik, sistem pembangkit listrik hybrid, energi terbarukan, inverter
Abstract. Photovoltaic Solar Power System, which is one component of the Hybrid Power System, consists of six pieces of PV modules be able to generate electricity at 670Wp. To evaluate that Power System, it is necessary to Test Performance Module a Characterization of deep cycle batteries and inverter. It is important to assess and analyze the ability of the battery to store electrical energy chemically, to determine the capacity and characteristics related battery in Photovoltaic Solar Power Systems. The Analysis based on experimental data, and then compared to the technical data of the battery manufacturer. Battery characteristics actually affect the overall system including the sizes and other specifications of the main components. Accurate information about the characteristics of the battery is very important in the design of the power generation system. This paper discusses characterization of Deep Cycle Battery and Inverter on Photovoltaic Solar Power. BSB Deep Cycle Batteries and Inverter has been characterized by a series of Charging-Discharging and Performance Test. The results of Charging-Discharging Performance testing show that the tested battery has the same characteristics with the technical data of the battery manufacturer. As for the inverter, test results showed that the efficiency of inverter is still lower than the manufacturer's technical specifications. The knowledge of the character and the technical specifications of a component is important to be understood in order to solve real world engineering problems that require designers of Power Systems to analyze a particular application.
Keywords : battery characterization; photovoltaic solar power; hybrid power system; renewable energy; inverter
*
1. Pendahuluan
Sejak tahun 2013, kegiatan penelitian Sistem Pembangkit Listrik difokuskan pada Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid, yaitu sebuah PLT yang terdiri dari berbagai sumber energi, meliputi: sel surya, syn-gas, biogas dan biohidrogen. Kegiatan penelitian sel surya difokuskan dalam hal produksi listrik dari sel surya dengan melakukan kegiatan uji kinerja modul surya. Kegiatan penelitian syn-gas dilakukan kegiatan gasifikasi (dekomposisi termal) dari limbah kering biomassa menggunakan fluidized bed combustion untuk menghasilkan syn-gas. Kegiatan penelitian biogas dilakukan proses produksi gas dari air limbah agro-industri. Sedangkan kegiatan penelitian hidrogen melakukan proses produksi bio-hidrogen dengan melakukan fermentasi sampah kota. Jenis dan bentuk limbah biomassa yang digunakan beragam dan spesifik untuk setiap sistem yaitu: biomassa padat, biomassa cair dan biomassa basah. Berdasarkan produk energi dari masing-masing sistem, maka akan dibangun sebuah PLT Hybrid berdasar pada kinerja standar dari masing-masing sistem secara independen.
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Photovoltaik (PLTS-PV), merupakan salah satu komponen dari PLT Hybrid, terdiri dari enam buah modul PV dengan kapasitas 75Wp dan empat buah modul PV dengan kapasitas 55Wp. Secara teoritis, ke 10 buah modul PV tersebut dapat menghasilkan listrik 670Wp. Untuk mengevaluasi modul PV, perlu dilakukan Uji Kinerja Modul (sudah dilakukan pada TA 2014 ) dan Karakterisasi baterai Deep Cycle dan inverter. Untuk TA 2015, kegiatan difokuskan pada karakterisasi baterai Deep Cycle dan inverter. Hal ini penting untuk menilai dan menganalisis kemampuan baterai dalam menyimpan energi listrik kimia, menentukan kapasitas dan karakteristik baterai terkait dalam Sistem PLTS-PV. Selanjutnya dilakukan analisis berdasarkan data eksperimental, untuk kemudian dibandingkan dengan data teknis dari produsen baterai.
Baterai adalah komponen kunci yang memainkan peran penting dalam banyak sistem listrik. Karakteristik baterai akan berdampak pada pemilihan komponen sistem lainnya, termasuk pemilihan perangkat pengisian dan beban. Selain itu, baterai juga memegang peran yang sangat penting dalam Sistem PLTS-PV. Karakteristik baterai benar-benar mempengaruhi sistem secara keseluruhan termasuk ukuran dan spesifikasi lain dari komponen utama. Berdasarkan uraian di atas, maka informasi yang akurat tentang karakteristik baterai sangat penting dalam mendesain sistem pembangkit listrik. Selain itu, untuk mendapatkan desain sistem yang baik, maka pengujian terhadap komponen utama harus dilakukan. Pengujian tersebut dapat dilakukan baik ketika komponen utama berdiri sendiri secara independen (off grid) maupun ketika komponen utama tersebut terhubung dalam sistem (on grid) [1, 2 dan 3].
Modul surya biasanya menghasilkan listrik pada siang hari, yaitu ketika matahari bersinar. Mengingat energi listrik juga diperlukan di malam hari, perlu dipikirkan cara untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan oleh modul surya di siang hari. Cara yang paling tepat adalah dengan menggunakan baterai yang dapat menyimpan energi listrik secara kimiawi. Bahkan semua Sistem PLTS-PV membutuhkan sistem baterai untuk menyimpan energi listrik yang dikumpulkan pada siang hari. Fungsi baterai tersebut layaknya tangki penyimpanan energi listrik. Prosesnya diawali ketika matahari bersinar, modul surya mengumpulkan energi matahari dan mengubahnya menjadi energi listrik. Selanjutnya, muatan listrik mengalir menuju baterai melalui kabel dan kemudian energi listrik diubah menjadi energi kimia yang tersimpan dalam baterai. Ketika baterai terisi (charge),
maka energi listrik disimpan sebagai energi kimia dalam sel baterai, dan ketika baterai digunakan (discharge), energi kimia yang tersimpan diubah menjadi energi listrik [4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 10].
Dalam Sistem PLTS-PV, baterai biasanya digunakan untuk menyimpan energi yang dihasilkan oleh modul PV pada siang hari yang kemudian digunakan untuk memasok listrik yang diperlukan ke beban saat malam hari atau saat cuaca berawan. Alasan lain mengapa baterai digunakan dalam Sistem PLTS-PV adalah karena output tegangan yang stabil dalam untuk memasok kebutuhan arus listrik ke beban dan inverter. Selain itu, baterai kontroler biasanya juga digunakan dalam sistem ini untuk melindungi baterai dari overcharge (pengisian berlebih) dan over
discharge (pengosongan berlebih) [11, 12 dan 13].
Kemampuan pemilihan baterai untuk digunakan dalam Sistem PLTS-PV adalah hal penting bagi perancang sistem. Hal tersebut penting karena perancang sistem harus memiliki pemahaman yang baik tentang cara mendesain fitur, karakteristik kinerja dan persyaratan operasional sebuah sistem pembangkit. Termasuk didalamnya, adalah informasi mengenai karakteristik baterai yang umumnya akan digunakan dalam mendesain dan implementasi baterai dalam sistem PLTS-PV. Secara umum baterai dibagi menjadi 2 tipe, yaitu (a) Starting Battery dan (b)
Deep Cycle Battery. Starting Battery adalah baterai dirancang mampu
menghasilkan energi (arus listrik) yang tinggi dalam waktu singkat sehingga dapat menghidupkan mesin seperti mesin kendaraan. Dengan kata lain, memerlukan arus listrik yang tinggi untuk menghidupkan mesin. Saat kapasitasnya berkurang, biasanya baterai pada kendaraan otomatis akan diisi lagi oleh dinamo (alternator). Oleh karena itu, baterai pada kendaraan akan selalu terisi penuh arus listrik dan tidak pernah kehabisan arus listrik. Jika baterai sering digunakan sampai baterai habis jenis maka akan cepat rusak. Baterai tipe ini, konstruksinya menggunakan banyak plat tipis yang tersusun secara paralel bertujuan untuk memperluas permukaan dan menurunkan hambatan, sehingga dapat mengakomodasi pelucutan arus yang tinggi saat diperlukan. Jenis baterai jenis ini banyak digunakan pada kendaraan bermotor untuk menghidupkan mesin. Sedangkan Deep Cycle Battery adalah baterai yang dirancang untuk menghasilkan arus listrik yang stabil dalam jangka waktu yang lama. Baterai jenis ini biasanya tahan terhadap siklus pengisian-pemakaian baterai yang berulang kali (Deep Cycle). Oleh karena itu, konstruksi baterai jenis ini menggunakan pelat tebal. Baterai ini biasanya digunakan dalam peralatan yang menggunakan motor listrik seperti kursi roda, forklift dan mobil golf. Selain itu, juga banyak digunakan dalam pembangkit listrik berbasis energi terbarukan seperti pada PLT Surya, PLT Angin dan PLT Air (mikrohidro) untuk menyimpan arus listrik.
Selain kedua tipe tersebut, baterai dapat juga diklasifikasikan menjadi 2, yaitu (a)
Flooded Lead Acid Battery dan (b) Valve-Regulated Lead Acid Battery (VLRA).
Baterai tipe (a) ini biasa disebut sel basah (Wet Cell) atau Flooded Battery. Di pasaran, baterai ini dikenal sebagai baterai basah, karena sel-sel dalam baterai tenggelam dalam cairan elektrolit dan jika cairannya kurang harus ditambahkan. Karakteristik baterai ini, yaitu setiap selnya memiliki katup untuk mengisi cairan elektrolit. Tipe ini paling banyak dijumpai di sekitar kita. Sedangkan baterai tipe (b) adalah baterai yang didesain agar cairan elektrolitnya tidak berkurang baik karena bocor maupun menguap. Secara fisik baterai jenis ini disegel oleh pabrik, sehingga yang terlihat dari luar hanyalah terminal positif dan negatifnya saja. Tetapi baterai jenis ini memiliki katup ventilasi yang akan terbuka hanya pada
tekanan yang ekstrim untuk membuang gas hasil dari reaksi kimia. Karena tidak ada katup untuk mengisi cairan elektrolit, baterai jenis ini dikenal sebagai baterai bebas perawatan/maintenance-free battery (MF Battery) [14, 15 dan 16].
Makalah ini akan membahas bagaimana baterai dapat menyimpan kelebihan energi listrik yang dihasilkan sel surya selama siang hari, sehingga dapat digunakan untuk keperluan lebih lanjut, misalnya untuk cadangan Sistem PLT Hybrid yang sedang dikembangkan. Analisis kemampuan baterai untuk menyimpan energi listrik kimia menjadi fokus diskusi untuk menentukan kapasitas dan karakteristik baterai terkait. Analisis tersebut dibuat berdasarkan data eksperimen dan akan dibandingkan dengan data teknis dari produsen baterai.
2. Metode Penelitian
Laboratorium Fisika Energi, Pusat Penelitian Fisika-LIPI Bandung memiliki sebuah Sistem PLTS-PV yang terdiri dari 6 modul PV berkapasitas 75Wp dan 4 modul PV berkapasitas 55Wp. Bila kesepuluh modul PV tersebut dirangkai, secara teoritis dapat menghasilkan listrik sebesar 670Wp. Sistem PLTS-PV tersebut dilengkapi dengan baterai Deep Cycle sebagai penyimpan energi listrik yang dihasilkan oleh modul PV. Selain itu, ada juga Solar Charger Controller yang berfungsi mengontrol siklus charge-discharge dari baterai serta untuk menghindari pengisian maupun pemakaian yang berlebihan. Terdapat pula unit Inverter yang berfungsi untuk mengkonversi arus searah (DC) menjadi arus bolak-balik (AC). Arus AC diperlukan untuk menyalakan lampu pijar yang digunakan dalam Uji Pengosongan baterai. Untuk menentukan kapasitas dan karakteristik baterai Deep Cycle, dilakukan Uji Pengosongan dan Pengisian baterai dengan konfigurasi eksperimen seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Konfigurasi Eksperimental Uji Pengisian dan Pengosongan Baterai
Uji Pengosongan dilakukan dengan membebani baterai dengan lampu pijar. Tegangan dan arus dari baterai diamati menggunakan voltmeter dan amperemeter. Sementara Uji Pengisian dilakukan dengan mengisi baterai Deep Cycle dengan energi listrik yang dihasilkan oleh kesepuluh modul PV. Selain tegangan dan arus baterai, intensitas radiasi matahari juga diamati menggunakan pyranometer. Baterai VRLA dengan kode produk DB 12-100 adalah baterai buatan BSB Power Co. Ltd. yang desain untuk aplikasi pembangkit surya dengan karakteristik suhu tropis. Baterai ini dirancang menggunakan komponen yang sesuai dengan kebutuhan desain baterai deep cycle menggunakan separator/pemisah khusus untuk baterai gel dan plat dengan spesifikasi deep cycle. Hal ini terlihat dari massa
baterai mencapai 3 sampai 4 kali massa baterai otomotif dengan kapasitas setara [4 dan 11]. Baterai ini dirancang untuk siklus pengisian dan pengosongan yang sering pada lingkungan yang ekstrim. Dengan menggabungkan pengembangan elektrolit Nano Gel terbaru dengan pasta kepadatan tinggi, baterai ini menawarkan efisiensi penggunaan yang tinggi pada siklus pengisian yang sangat rendah. Baterai ini cocok untuk penyimpanan energi yang berbasis energi terbarukan seperti PV, sistem PLT turbin angin dan CATV. Data teknis baterai dari produsen baterai yang seperti yang ditunjukkan pada Tabel I [17].
Tabel 1. Spesifikasi Baterai
Battery Model DB12-100
Designed
Floating Life 12 Years
Capacity (25oC) 20hr (5.3A, 1.80V) 10hr (10A, 1.80V) 5hr (17A, 1.75V) 1hr (63A, 1.60V)
106Ah 100Ah 85Ah 63Ah
Dimensions
Length Width Weight Total Weight 330mm (13.0inch) 171mm (6.73inch) 214mm (8.43inch) 220mm (8.66inch) Approx. Weight 30kg (66.2 lbs) Internal
Resistance Full charged at 25
o
C; 0.0045 Ohm
Self Discharge < 3% of capacity declined per month at 25oC Capacity Affected by Temp. (10hr) 60oC 25oC 0oC -15oC 109% 100% 85% 65% Charge Voltage (25oC)
Cycle use Float use
14.4-14.8V (-30mV/oC), max.
Current: 25A 13.6-13.8V (-18mV/
o
C)
Uji Kinerja inverter dilakukan untuk menentukan unjuk kinerja, kapasitas dan efisiensi inverter. Dalam Uji Kinerja tersebut, dilakukan pengamatan tegangan dan arus yang masuk ke dalam Inverter (Vin, Iin) dan tegangan dan arus yang keluar dari Inverter (Vout, Iout). Seperti pada Uji Pengisian dan Pengosongan baterai, semua parameter uji yang diamati dan diukur dengan menggunakan voltmeter dan ammeter. Konfigurasi eksperimental pada Uji Kinerja Inverter ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Konfigurasi Eksperimental pada Uji Kinerja Inverter
Uji Pengisian dan Pengosongan baterai dan Uji Kinerja Inverter dilakukan pada periode Mei-Juni 2015 di Laboratorium Fisika Energi, Pusat Penelitian Fisika - LIPI di Bandung. Data uji kemudian dianalisis dan dibandingkan dengan data teknis produsen baterai untuk membuktikan kesesuaian.
Tabel 2. Spesifikasi Inverter
Description 12V DC 24V DC Input Voltage Range (DC) 10 - 15V 20 - 30V Input Full Load Current 150A 75A Standby Input Current < 0.7A < 0.6A Output Voltage (AC) 220V - 240V
Output Waveform Modify Sine Wave Output Frequency 50Hz or 60Hz Continue Output Power 1500W Peak Output Power 3000W
Efficiency 85% - 90%
Battery Low Pre-Alarm 10.5 ± 0.5V 21 ± 1V Battery Low Shutdown 10.0 ± 0.5V 20 ± 1V Thermal Protect 60 ± 5oC (Microcontroller) Overload Protect Yes (Microcontroller) Output Short Protect Yes (Microcontroller) Battery Ex. 12V/24V Protect Yes (Microcontroller) Battery Polarity Protect Yes (by Fuse)
Fuse 25Ax8pcs 15Ax8pcs
Dimensions (L x W x H) (360 x 198 x 80)mm
Weight 39kg
Ketika akan membandingkan energi yang tersedia pada baterai yang berbeda bukanlah kapasitas ampere-jam tetapi total energi yang tersimpan dalam watt-jam. Watt-jam disimpan dalam baterai didekati dengan mengalikan nilai ampere-jam dengan tegangan baterai:
(1) Sebuah baterai yang memiliki tegangan yang lebih tinggi dengan kapasitas (amp jam) lebih rendah dapat memberikan energi total yang sama seperti baterai yang memiliki tegangan lebih rendah dengan kapasitas yang lebih tinggi.
Hubungan matematis untuk kapasitas baterai (Q) merupakan perkalian arus dan waktu :
(2) dimana Q adalah kapasitas baterai (Ampere-jam), I adalah arus (ampere) dan t adalah waktu dalam (jam).
Kapasitas baterai bervariasi dengan laju pengosongan. Ketika baterai dikosongkan dengan laju lebih tinggi, maka kapasitas ampere-jam baterai akan berkurang melebihi kapasitas nominalnya. Kapasitas baterai yang tereduksi cukup cepat sesuai dengan laju pengosongan yang tinggi paling banyak terjadi pada baterai jenis Lead acid. Ketika arus listrik diambil dari baterai terisi penuh, maka tegangan akan menurun secara gradual dari tegangan yang sedikit lebih tinggi dari tegangan nominalnya turun menjadi tegangan baterai kosong. Untuk baterai Lead acid rentang tegangan nominal biasanya berkisar 10,5 volt (saat baterai kosong) sampai 12 volt (saat baterai penuh).
Pada kurva pengosongan baterai, biasanya tegangan sel baterai relatif datar sampai tegangan pengosongannya tercapai. Ketika tegangan pengosongan tercapai, kapasitas baterai akan habis dan tegangan merosot dengan cepat. Oleh karenanya
baterai dan sel-selnya tidak boleh dikosongkan hingga tegangannya turun di bawah tegangan yang diijinkan [18 dan 19].
Gambar 3. Siklus Pengosongan Baterai DB BSB 12-100
3. Hasil dan Pembahasan Uji Pengosongan Baterai
Dengan menggunakan baterai BSB dengan kode produk DB 12-100 (tegangan baterai 12V dan kapasitas 100Ah) dan beban berupa lampu pijar 23 W, maka hasil uji pengosongan baterai ditunjukkan pada Gambar 3.
Berdasarkan Gambar 3 di atas, tampak bahwa laju pengosongan baterai tergantung pada arus beban. Dalam hal ini arus beban adalah 4 A. Hal ini berpengaruh terhadap waktu pengosongan baterai. Bila arus beban besar, maka waktu pengosongan baterai akan cepat. Sebaliknya, bila arusnya kecil, maka waktu pengosongannya lebih lambat. Pada Uji Pengosongan ini, dengan arus beban sebesar 4A, waktu pengosongan baterai deep cycle mencapai 5040 menit (84 jam). Dengan demikian, baterai deep cycle dapat menyalakan lampu pijar selama lebih dari 7 hari.
Grafik di bawah ini memberikan gambaran kurva pengosongan baterai deep cycle BSB dari pihak pabrikan untuk melihat karakteristik baterai lebih jauh.
Perhatikan bahwa waktu pengosongan untuk menarik arus dari 0.05CA atau 0,5 miliampere adalah 20 jam. Sedangkan waktu pengosongan untuk baterai yang sama pada 3CA hanya 6 menit (0,1 jam). Ini menunjukkan bahwa kapasitas baterai berkurang saat arus beban meningkat. Dengan menggunakan persamaan (2), perhitungannya adalah sebagai berikut:
20 jam x 0.05A = 1 amp-jam
Perhatikan bahwa kapasitas ini adalah sama persis seperti yang dirilis oleh produsen baterai. Hal ini biasa disebut rating 20 jam dan merupakan rating yang umum untuk sebuah baterai lead acid.
Gambar 4. Kurva pengosongan baterai deep cycle dari pihak pabrikan
Dengan menggunakan persamaan (2), maka perhitungan kapasitas baterai yang sama pada 3A adalah :
0,1 jam x 3A = 0,3 amp-jam
Hal ini menunjukkan penurunan kapasitas baterai hampir 30% dibanding rating yang dirilis oleh produsen baterai, yaitu rating 20.
Uji Pengisian Baterai
Setelah Uji Pengosongan Baterai, Uji berikutnya yang dilakukan adalah Uji Pengisian baterai, yang hasilnya ditunjukkan pada Gambar 5.
Berdasarkan gambar 5 di atas, tampak bahwa laju pengisian baterai tergantung pada ketersediaan energi matahari yang jatuh pada modul surya. Ketika intensitas radiasi matahari meningkat, arus pengisian dari modul surya juga meningkatkan. Sebaliknya, ketika intensitas radiasi matahari berkurang, arus pengisiannya akan menurun. Pengaruh intensitas radiasi matahari terhadap laju pengisian baterai tersebut dapat dilihat pada Gambar 5 di atas. Dengan demikian, laju pengisian baterai merupakan fungsi dari intensitas radiasi matahari. Hasil pengujian diatas menunjukkan bahwa waktu pengisian baterai adalah 2.790 menit (46,5 jam). Berdasarkan Persamaan (2), secara eksperimental kita dapat menentukan kapasitas baterai untuk dibandingkan dengan spesifikasi yang dikeluarkan oleh produsen baterai, seperti ditunjukkan pada Tabel 1 di atas. Hasil pengujian menunjukkan bahwa total penarikan arus dari baterai selama 6,2 jam Uji pengosongan adalah 621,4A. Dengan demikian, maka kapasitas baterai adalah 99,96Ah (~100Ah). Hasil ini menunjukkan bahwa kapasitas baterai hasil pengujian identik dengan data baterai yang dirilis oleh pabrikan baterai, yaitu 100Ah.
Berdasarkan Tabel 1 di atas, maka dapat dibandingkan spesifikasi teknis dan karakteristik baterai hasil pengujian dan hasilnya dirangkum dalam Tabel 3 dan 4.
Tabel 3. Spesifikasi Teknis Baterai Nominal Voltage 12V DC Rated Capacity (20 hour rate) 106 Ah Weight (Approx.) 30 kg Dimensions Total Height (with terminals) 220 mm Height 214 mm Length 330 mm Width 171 mm
Tabel 3 diatas, menunjukkan bahwa kapasitas baterai menurut pabrikan adalah 106 Ah pada rating 20 jam. Hal ini akan menjadi acuan dalam perbandingan kapasitas baterai secara eksperimental (berdasarkan hasil pengujian). Hasil karakterisasi baterai secara eksperimental disajikan dalam Tabel 4.
Tabel 4. Hasil Karakterisasi Baterai Capacity
(25oC)
20 hour rate (5.3A) 106 Ah 10 hour rate (10A) 100 Ah 5 hour rate (17A) 85 Ah 1 hour rate (63A) 63 Ah Internal
Resistance Fully Charged at 25
o C 45 mW Capacity Affected by Temperature (25oC) 60 oC 109% 25 oC 100% 0 oC 85% -15 oC 65%
Self-Discharge < 3% of capacity declined per month
Terminal Type T17
Charge Voltage (25oC)
14.4-14.8 (-30mV/oC) Cycle use 13.6-13.8V (-18mV/oC) Float use
Berdasarkan Tabel 4, ternyata kapasitas baterai hasil pengujian adalah 106 Ah pada rating 20 jam. Hal ini menunjukkan bahwa kapasitas baterai hasil pengujian adalah sama (identik) dengan data baterai yang dirilis oleh pabrikan baterai.
Uji Performansi Inverter
Uji Performansi Inverter dilakukan untuk mengevaluasi unjuk kerja unit Inverter yang digunakan dalam Sistem PLTS-PV. Metoda pengujiannya adalah dengan melakukan pengisian baterai dan membebaninya dengan lampu pijar. Pengukuran tegangan-arus masukan inverter dan tegangan-arus output inverter telah dilakukan. Pada Uji Kinerja ini, diperlukan dua pasang alat ukur berupa voltmeter dan ammeter. Hasil Uji Performansi Inverter ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Daya input, daya output dan efisiensi Inverter
Gambar 6 di atas, menggambarkan daya input, daya output dan efisiensi inverter. Berdasarkan daya input dan output, dapat dihitung dan ditentukan efisiensi inverter. Hasil Uji menunjukkan bahwa efisiensi rata-rata inverter adalah 74,5%. Hasil ini sedikit lebih rendah dari efisiensi yang dirilis oleh pabrikan (berkisar 85-90%). Perbedaan tersebut kemungkinan disebabkan kondisi Uji yang berbeda antara pengujian eksperimental di Laboratorium dengan kondisi di pabrik.
Berikut ini adalah beberapa metode yang disarankan agar pemilihan baterai untuk suatu aplikasi tertentu bisa optimal:
1. Tentukan tegangan yang dibutuhkan
2. Hitung arus minimum yang dipersyaratkan untuk suatu aplikasi agar dapat memenuhi persyaratan waktu operasi
3. Tentukan kapasitas baterai minimum
4. Tentukan persyaratan fisik yang sesuai (ukuran dan berat)
5. Pertimbangkan beberapa persyaratan terkait pengisian baterai, bahan kimia, biaya yang diperlukan dan koneksi antar komponen
Tentunya pengetahuan dan keterampilan yang dijelaskan di atas akan membantu memecahkan masalah rekayasa di dunia nyata, dimana dibutuhkan seorang desainer yang mampu menganalisis suatu aplikasi baterai dan memutuskan pemilihan tegangan baterai yang optimal, kapasitas baterai, bahan kimia, faktor bentuk dan sistem pengisian yang diperlukan dan berhasil mengatasi semua kendala yang mungkin timbul.
4. Kesimpulan
Telah dilakukan serangkaian Uji Pengisian-Pengosongan pada Baterai Deep Cycle BSB dan Uji Performansi Inverter. Hasil Uji menunjukkan bahwa baterai diuji memiliki karakteristik yang sama dengan data teknis dari produsen baterai, ditunjukkan dengan kapasitas baterai yang sama (sebesar 100Ah). Sedangkan Uji Performansi Inverter menunjukkan hasil bahwa efisiensi inverter (74,5%) masih lebih rendah dari spesifikasi teknis dari produsen (85-90%). Pengetahuan tentang karakter dan spesifikasi teknis dari komponen sebuah PLT Surya penting untuk dipahami dalam rangka memecahkan masalah rekayasa di dunia nyata yang membutuhkan desainer dari sistem pembangkit untuk menganalisis dan mengambil keputusan penting terkait implementasi baterai pada suatu aplikasi.
Ucapan terima kasih
Penulis mengucapkan terima kasih atas segala dukungan dari Pusat Penelitian Fisika LIPI termasuk di dalamnya mendanai kegiatan penelitian ini melalui Program DIPA Tahun Anggaran 2013-2015.
Daftar Pustaka
1. Apiwat Ausswamaykin1 and Boonyang Plangklang, “Design of Real Time Battery Management Unit for PV-Hybrid System by Application of Coulomb Counting Method,” J. Energy and Power Engineering (6), pp. 186-193, 2014.
2. D.J. Spiers, A.D. Rasinkoski, “Predicting the service lifetime of lead acid batteries in photovoltaic systems,” J. Power Sources 53 (2), pp. 245–253, 1995.
3. Galushkin, N. , Yazvinskaya, N.,Galushkin, D., Galushkina, I., ”Statistical Models of Alkaline Batteries Discharge,” Int. J. Electrochem. Sci., 10, pp. 5530 – 5535, 2015.
4. Grégoire Léna,” Rural Electrification with PV Hybrid Systems,” IEA-PVPS T9-13:2013 Report, Belgium, 2013, 57 pages, ISBN : 978-3-906042-11-4. 5. Jing Li,Wei Wei and Ji Xiang, “A Simple Sizing Algorithm for Stand-Alone
PV/Wind/BatteryHybrid Microgrids,” Energies (5), pp. 5307-5323, 2012.
6. Piller, S., Perrin, M., Jossen, A., “Methods for state-of-charge determination and their applications,” J. Power Sources (96), pp.113–120, 2001.
7. Pop, V., Bergveld, HJ., Notten, PHL., and Regtien, PPL., “State-of-charge Indication in Portable Applications,” IEEE ISIE, June 20-23, Dubrovnik, Croatia, pp. 1007-1012, 2005.
8. Rao, R., Vrudhula,S., and Rakhmatov, DN., “Battery Modelling for energy-aware system design”, Published by the IEEE Computer Society, Des 2003, pp. 77–87.
9. Ruddel, A.J., Dutton, A.G., Wenzl, H., Ropeter, C., Sauer, D.U., Merten, J., Orfanogiannis, C., Twidell, J.W., Vezin, P., “Analysis of battery current microcycles in autonomous renewable energy system,” Journal of Power
Sources (112), pp. 531-546, 2002.
10. Rydh CJ, Sande´n BA, “Energy analysis of batteries in photovoltaic systems: Part I. Performance and energy requirements,” Energy Convers Management
11. Steve Mc Cluer, ”Coming To Terms With Batteries”, External Codes and Standards Schneider Electric Providence (not published).
12. Tremblay, O., Louis-A. Dessaint, “Experimental Validation of a Battery Dynamic Model for EV Applications,” World Electric Vehicle Journal Vol. 3, pp.1-10 , 2009.
13. Tremblay, O.; Dessaint, L.-A.; Dekkiche, A.-I., “A Generic Battery Model for the Dynamic Simulation of Hybrid Electric Vehicles,” Vehicle Power and
Propulsion Conference, 2007. VPPC 2007. IEEE , pp. 284-289, 9-12 Sept.
2007.
14. Trinh, F., “A Method for Evaluating Battery State of Charge Estimation Accuracy,” Master’s Thesis, Chalmers University, Gothenburg, Sweden, 2012, 38 pages.
15. Wu, J., Kun Li, K., Jiang, Y., Lv, Q., Shang, L., and Sun, Y., “Large-Scale Battery System Development and User-Specific Driving Behavior Analysis for Emerging Electric-Drive Vehicles,” Energies (4), pp. 758-779, 2011. 16. Xiaosong Hu, Fengchun Sun and Yuan Zou, “Estimation of State of Charge of
a Lithium-Ion Battery Pack for Electric Vehicles Using an Adaptive Luenberger Observer,” Energies (3), pp. 1586-1603, 2010.
17. ____________, BSB Power : Product Catalog, Hongkong 2010, 26 pages. 18. ____________, Battery Basics: Research, Test, Measure, Analyze and Select
the Optimal Battery, Gears Educational Systems, Massachusetts, 2009, 37 pages.
19. ____________, Battery Management System: Generating, storing and using your own electricity, Data Sheet DEGERenergie GmbH, Germany, Feb 2013, 4 pages.
