DESAIN SISTIM ENERGI ALTERNATIF SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK LABORATORIUM LISTRIK DASAR

97, Inovtek, Volume 3, Nomor 1, Juni 2013, hlm. 97 - 24

DESAIN SISTIM ENERGI ALTERNATIF SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK LABORATORIUM LISTRIK DASAR Zainal Abidin, Johny Custer Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bengkalis Jl. Bathin Alam, Sungai Alam – Bengkalis 28751 Email : [email protected] Abstrak PLTS merupakan sumber energi alternatif atau energi terbarukan yang ramah lingkungan serta tersedia sepanjang masa secara gratis namun belum dimanfaatkan secara maksimal untuk memenuhi kebutuhan akan energi listrik. Pemanfaatan energi matahari sebagai salah satu upaya untuk mengurangi ketergantungan manusia terhadap energi fosil yang pada kenyataanya sulit untuk diperbaharui. Politeknik Negeri Bengkalis melalui jurusan teknik elektro memandang perlu untuk melakukan penelitian secara langsung pemanfaatan akan potensi energi alternative secara maksimal, yaitu dengan mendesain sistim energi listrik alternatif pada laboratorium listrik dasar, pada akhirnya akan mengurangi ketergantunan akan energi listrik berbahan bakar fosil untuk semua laboratorium jurusan teknik elektro bahkan untuk Politeknik Negeri Bengkalis. Dari hasil penelitian ini didapat tegangan rata-rata modul PV 1 sebesar 16.6, modul PV2 sebesar 16,7 dan modul PV3 sebesar 16.7 V dengan tegangan rata-rata baterai 12.7 V. Kata kunci : PLTS, PV, energi alternatif Abstract PLTS is a source of alternative energy or renewable energy that is friendly as long as available for free but has not been fully utilized to meet the demand for electrical energy . Utilization of solar energy as an effort to reduce human dependence on fossil energy, which is in fact difficult to update. Through the electrical engineering department in State of Polytechnic Bengkalis, it necessary to conduct the research directly utilizing the potential of alternative energy to the maximum, that is designing the electrical alternatives energy system on the basis of electrical lab , eventually it willreduce the dependence of the electrical energy fossil fuel power for all electrical engineering department lab even for State ofPolytechnic Bengkalis . From the results of this research is got an averagevoltage on PV 1 modules is 16.6, PV 2 Modules is 16.7 and PV3 modulesis 16.7 V with an average battery voltage 12.7 V. Key Words: PLTS, PV, alternative energy

Pendahuluan Pemanfaatan Energi Surya Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) merupakan pembangkit yang memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber penghasil listrik. Alat utama berupa penangkap, pengubah dan penghasil listrik yaitu photovoltaic atau sering disebut modul (Panel Solar Cell). Dengan alat tersebut, sinar matahari diubah menjadi listrik melalui proses aliran-aliran elektron negatif, lalu menjadi menjadi aliran listrik DC yang akan langsung mengisi Battery/ Accumulator sesuai tegangan dan arus yang diperlukan. Rata-rata Produk Modul yang dipasarkan menghasilkan 12 sampai 18 VDC dan 0,5 sampai 7 Ampere. Modul ____

memiliki kapasitas beraneka ragam, mulai dari 10 watt peak sampai 200 watt peak. Modul juga terdiri dari type cell monocrystal dan polycrystal. Komponen inti dari pembangkit listrik tenaga surya ini adalah modul solar cell, regulator/ controller, battery, Accumulator, Inverter DC to AC dan Beban/loader. Dalam memanfaatkan PV sebagai sumber energi listrik, perlu dilakukan perencanaan untuk proses pemasangan. Hal ini dilakukan untuk memperoleh hasil yang maksimal dan mengurangi energi yang terbuang. Dalam hubungannya dengan sistem sumber listrik yang lain, maka instalasi dibagi menjadi dua, yaitu sistem instalasi mandiri dan sistem instalasi terhubung jaringan (Suhono, 2009).

98, Inovtek, Volume 3, Nomor 2, November 2013, hlm. 98 - 102

Intensitas Cahaya Matahari Dalam perancang sistem PLTS dituntut kejelian dalam menganalisa data metereologi setempat dan survei lapangan agar didapat hasil rancangan yang maksimal. Faktor lokasi penempatan PV sangat menentukan akan keberhasilan sistem. Hal ini dikarenakan sistem PV sangat bergantung pada faktor-faktor yang spesifik terhadap lokasi penempatan, seperti insolasi harian matahari. Insolasi harian matahari adalah energi matahari yang dihasilkan selama satu hari pada permukaan horisontal bumi seluas 1 m2 (Djojodihardjo, 2001). Besarnya radiasi matahari yang terukur pada lokasi yang akan dipasang PV menjadi pertimbangan jenis PV.

Gambar 1. Komponen PLTS Bedasarkan dari data penyinaran matahari yang dihimpun dari beberapa lokasi di Indonesia, radiasi surya di Indonesia dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Untuk Kawasan Barat Indonesia (KBI) sekitar 4,5 kWh/m2/hari dengan variasi bulanan sekitar 10 %. 2. Untuk Kawasan Timur Indonesia (KTI) sekitar 5,1 kWh/m2/hari dengan variasi bulanan 9 %. 3. Dengan demikian, kecepatan angin rata-rata di Indonesia sekitar 4,8 kWh/ m2/hari dengan variasi bulanan 9 %. Perancangan Sistem Sistem PLTS untuk keperluan kebutuhan daya pada Laboratorium Listrik Dasar dirancang berdasarkan kebutuhan daya beban di Laboratorium Listrik Dasar. Untuk merealisasikan tujuan diatas, penelitian ini dibagi dalam dua tahap (dua tahun anggaran), yaitu : Tahun pertama penelitian, PLTS akan memasok energi listrik sekitar 50% dari beban keseluruhan Laboratorium Listrik Dasar, sedangkan 50% sisanya di suplay dari PLN. Tahun kedua penelitian, diharapkan suplay beban Laboratorium Listrik Dasar berasal dari sistem PLTS. Perkiraan Beban Langkah awal dalam perancangan sistem PLTS untuk Laboratorium Listrik Dasar adalah penentuan beban total harian pemakaian (Lubis, 2006). Dari penentuan beban total harian tersebut akan didapatkan kurva beban listrik, Beban total harian merupakan jumlah energi yang dibutuhkan oleh beban listrik setiap harinya, dan dapat diperlihatkan pada Tabel 1. Berikut.

Tabel 1. Perkiraan beban Laboratorium Listrik dasar Daya Total daya Lama penggunaan Energi No Beban Jumlah (W) (W) (Jam)(H) (WH) 1 Lampu Neon 80 12 960 8 7680 2 Kipas Angin 150 3 450 5 2250 3 Function generator 50 4 200 4 800 4 DC Power Supply 160 4 640 4 2560 5 Osiloscope 35 4 140 4 560 6 LCD proyektor 200 1 200 3 600 7 Peralatan Lainya 200 1 200 3 600 Jumlah 15050 Sumber : Lubis (2006)

Desain Sistem Energi Alternatif sebagai …..99

Perhitungan Spesifikasi Peralatan Energi Beban PLTS Besar energi beban yang akan disuplai oleh PLTS (Tahun pertama 50%) adalah sebesar : Ea

Kapasitas arus yang mengalir pada BCR dapat ditentukan dengan mengetahui beban maksimal yang terpasang. Beban maksimal yang terjadi selama proses pratikum adalah 1395 watt. Dengan beban maksimal tegangan sistem adalah 12 volt maka kapasitas arus yang mengalir di BCR:

= 50% x 15050 = 7525 W…...…. (1)

Kapasitas daya modul sel surya dapat diperhitungkan dengan memperhatikan beberapa faktor, yaitu kebutuhan energi sistem yang disyaratkan, insolasi matahari, dan penyesuaian (adjustment factor). faktor penyesuai pada kebanyakan instalasi sel surya adalah 1,1 (Bien,dkk. 2008). Kapasitas daya modul surya yang dihasilkan adalah : 7525 WH Kapasitas daya modul = 3.91 H = 2117 W Dimana 3.91 H adalah : Isolasi matahari rata-rata Banyaknya Modul Banyaknya modul ditentukan berdasarkan : 2117 = 2.117 10 100 Dibulatkan, sehingga jumlah modul 3 unit dengan kapasitas masing-masing modul yaitu 100 Wp. Kapasitas Baterai Kapasitas pada baterai dihitung berdasarkan jumlah daya yang dihasilkan 3 modul surya selama 10 jam dengan tegangan baterai 12 VDC, yaitu : =

3

100

10 12

= 250

Kapasitas baterai yang digunakan adalah 100 Ah dengan tegangan terminal sebesar 12 Volt DC, sehingga diperlukan baterai sebanyak 3 buah baterai. Beban pada sistem sel surya mengambil energi dari Baterai Charger Regulator (BCR). Kapasitas arus yang

=

1395 = 116.25 12

Jadi kapasitas BCR yang digunakan harus lebih besar dari 120 A. Spesifikasi Peralatan Sel Surya atau Photovoltanic (PV) Sel Surya atau lebih sering disebut photovoltaic (PV) berfungsi menangkap dan mengubah sinar matahari menjadi listrik melalui proses aliran elektron negatif. Listrik yang dihasilkan dalam bentuk listrik DC. Penelitian ini menggunakan 3 unit modul PV dengan spesifikasi : Model SL 100 CE-18 M Maximum Power (Pm) Open Circuit Voltage (Voc) Short Circuit Current (Ioc) Maximum Power Voltage (Vmp) Maximum Power Current (Imp) Working Temperatore Tolerance

: : : : : : :

100 W 21.9 V 6.4 A 17.6 V 5.68 A -45C0 to ± 5%

Battery Control Regulator (BCR) Battery Control Regulator (BCR) merupakan peralatan yang digunakan untuk pengaturan sistem charging dari Solar Panel. Penelitian ini menggunakan BCR yang dapat difungsikan dalam kondisi posisi Normal atau Auto Load. Penelitian ini menggunakan 3 unit BCR dengan spesifikasi : Tegangan keluar Konsumsi daya Posisi matikan charge Batteray Posisi mengisi ulang Charge Batteray Matikan tegangan load (shutdown)

: 12 VDC : 10 mA (standby) : 14.50 +/- 0.01 V : 13.50 +/- 0.10 V : 11.20 +/- 0.01 V

100, Inovtek, Volume 3, Nomor 2, November 2013, hlm. 100 - 102

Ulang tegangan keluar load Peringatan bunyi Batteray lemah

: 12.60 +/- 0.01 V : 11.60 +/- 0.10 V

Inverter Inverter berfungsi untuk mengubah tegangan DC yang dihasilkan oleh PV (disimpan dalam baterai) ke dalam fase AC. Hal ini dilakukan karena sebagian besar peralatan listrik dirancang dengan sumber tegangan AC. Inverter dalam penelitian ini mampu menghasilkan tegangan dari yang semula adalah 12 VDC menjadi 220 VAC. Penelitian ini menggunakan 1 unit inverter dengan spesifikasi : Model Type Input Voltage Output Voltage Rated power Peak power Efficiency

: : : : : : :

Protection

SDA-1000 Modified Wave 12 VDC 220 VAC-240 VAC 1000 W 2000 W > 70%

: Overload protection, Input over-voltage protection

Gambar 2. Peralatan utama dan pendukung penelitian Lay Out Penelitian Sistem PLTS Penelitian ini menggunakan beberapa peralatan yang disusunan dalam bentuk lay out penelitian system energy alternatif Laboratorium Listrik dasar. Lay out dari sistem tersebut diperlihatkan pada Gambar 3 dan bentuk riil dari sistim pada Gambar 4.

Inverter 12 Vdc/220 Vac Ke beban

Gambar 3. Lay Out Penelitian

Gambar 4. Bentuk riil sistem PLTS

Desain Sistem Energi Alternatif sebagai …..101

Pengujian Sistem PLTS Pengujian dilakukan selama 6 hari dengan berbagai kondisi cuaca selama pengujian dilakukan. Pengujian dilakukan dengan mengukur tegangan output pada masing-masing Modul PV.

Gambar 5. Pengujian Sistim PLTS

Gambar 6. Nilai Indikator panel sistem PLTS

Dari hasil pengujian dan pengukuran sistim yang dilakukan selama 6 hari pengujian dengan berbagai kondisi cuaca setelah dianalisa diperlihatkan pada Tabel 2 dan Gambar 7. Rata-rata tegangan pada modul PV. Tabel 2. Rata-rata tegangan pada modul PV V Pengukuran Jam Bateray PV1 PV2 PV3 06.00 14.9 14.6 14.3 13 07.00 17.5 17.3 17.6 13 08.00 18.7 18.8 18.6 13 09.00 19 19.1 19 13 10.00 19.2 19.3 19.1 13 11.00 19.5 19.6 19.2 13 12.00 19.8 19.9 19.9 13 13.00 19.9 20 20 13 14.00 20 20.1 20.2 13 15.00 20 20 20 13 16.00 20 20 20 13 17.00 19.5 18.6 18.9 13 18.00 17.8 18 17.7 13 19.00 16.2 16.2 16.2 13 20.00 14.1 14.1 14.1 13 21.00 11.4 11.4 11.4 12 22.00 10.1 11.1 11.1 12 23.00 9.2 10.1 10.6 12 24.00 8.8 8.9 9.8 12 Sumber : Data olahan 2013

Kurva Tegangan Modul PV

20 15 PV1 10

PV2 PV3

5 0

06.00 07.00 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 24.00

Tegangan

25

Gambar 7. Kurva tegangan modul PV

102, Inovtek, Volume 3, Nomor 2, November 2013, hlm. 102 - 102

Kesimpulan Dari hasil pengujian dapat disimpulkan , yaitu : 1. Posisi pemasangan sel surya yang terbaik adalah datar terhadap matahari. 2. Tegangan rata-rata modul PV 1 sebesar 16.6, modul PV2 sebesar 16,7 dan modul PV3 sebesar 16.7 V dengan tegangan rata-rata baterai 12.7 V

Daftar Pustaka Bien.L,E., Kasim. I., dan Wibowo.W (2008) “Perancangan Sistem Hibrid Pembangkit listrik Tenaga Surya dengan Jala-Jalalistrik PLN Untuk Rumah Perkotaan” JETri, 8 (1) 3756.