Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM INSTALASI PLTS 1000 Wp SITTING GROUND TEKNIK ELEKTRO UNDIP SEMARANG Widianto Stevanus Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Abstrak - Sebagaimana diketahui bahwa matahari adalah sumber penghidupan bagi makhluk hidup, yang diciptakan Tuhan sebagai suatu kelengkapan unsur jagat raya. Energi matahari tersedia dalam jumlah yang sangat besar, tidak bersifat polutif, tidak akan habis namun gratis. Kadang-kadang kita kurang menyadari fungsi dan manfaat matahari terhadap penghidupan makhluk seolah-olah pemanfaatannya adalah otomatis. Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang merupakan salah satu pelanggan PT. PLN (Persero) Wilayah JATENG Cabang Semarang. Jika terjadi pemadaman energi listrik maka mahasiswa yang sedang praktikum di laboratorium akan terganggu akibat padamnya energi listrik tersebut. Sementara generator pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang ini tidak berfungsi lagi. Kebutuhan akan energi listrik yang semakin meningkat dan keterbatasan sumber energi listrik yang ada sekarang ini, serta dalam rangka menjaga kontinuitas penyediaan sumber energi listrik diperlukan sumber energi alternatif yang berkesinambungan. Sebagai energi alternatif yang relatif tidak akan habis seiring berjalannya waktu dapat diambil dari sumber panas matahari (surya). Penyediaan akan energi listrik dari sumber alternatif seperti tenaga surya diharapkan mampu menunjang kebutuhan akan energi listrik. Sehingga diperlukan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Kata kunci : Instalasi, photovoltaik, Efisiensi
I. 1.1
PENDAHULUAN Latar Belakang Energi baru dan yang terbarukan mempunyai peran yang sangat penting dalam memenuhi kebutuhan energi. Hal ini disebabkan penggunaan bahan bakar untuk pembangkitpembangkit listrik konvensional dalam jangka waktu yang panjang akan menguras sumber minyak bumi, gas dan batu bara yang makin menipis dan juga dapat mengakibatkan pencemaran lingkungan. Salah satunya upaya yang telah dikembangkan adalah Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). PLTS atau lebih dikenal dengan sel surya (sel fotovoltaik) akan lebih diminati karena dapat digunakan untuk berbagai keperluan yang relevan dan di berbagai tempat seperti perkantoran, pabrik, perumahan, dan lainnya. Di Indonesia yang merupakan daerah tropis mempunyai potensi energi matahari sangat besar dengan insolasi harian rata-rata 4,5 - 4,8 KWh/m² / hari. Akan tetapi energi listrik yang dihasilkan sel surya sangat dipengaruhi oleh intensitas cahaya matahari yang diterima oleh sistem. Untuk kekontinyuan ketersediaan listrik dan pemanfaatan energi listrik sel surya secara maksimal sangat diperlukan hibridasi dengan jala-jala listrik PLN.
1.2
Maksud dan Tujuan Hal – hal yang menjadi tujuan penulisan laporan kerja praktek ini adalah : 1. Memahami sistem instalasi panel surya PLTS 1000Wp 2. Memahami karakteristik arus dan tegangan PLTS pada berbagai macam kondisi 3. Mengetahui Efisiensi Penggunaan PLTS sitting Ground Teknik Elektro UNDIP 1.3 Pembatasan Masalah Dalam penulisan laporan kerja praktek ini, penulis menjelaskan tentang Sistem instalasi kelistrikan pada bangunan Sitting Ground Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang. II. 2.1
KAJIAN PUSTAKA Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Pembangkit Listrik Tenaga Surya merupakan sistem pembangkit listrik dengan memanfaatkan panas matahari diubah menjadi tegangan listrik dengan menggunakan sel photovoltaic. PLTS dibangun dari susunan panel sel photovoltaic secara berjajar dalam jumlah yang relatif banyak untuk memperoleh tegangan keluaran yang sesuai.
Tegangan sel surya dijumlahkan apabila dihubungkan seri satu sama lain
Arus sel surya sama apabila dihubungkan seri satu sama lain
Gambar 1 Contoh sel photovoltaic
2.2.2 Rangkaian ParalelModul Surya
Cara Kerja Solar Cell (Photopoltaic) Kepingan sel photovoltaic terdiri atas kristal silikon yang memiliki dua lapisan silisium doped, yaitu lapisan solar sel yang menghadap ke cahaya matahari memiliki doped negatif dengan lapisan fosfor, sementara lapisan di bawahnya terdiri dari doped positif dengan lapisan borium. Antara kedua lapisan dibatasi oleh penghubung p-n. Jika pada permukaan sel photovoltaic terkena cahaya matahari maka pada sel bagian atas akan terbentuk muatan-muatan negatif yang bersatu pada lapisan fosfor. Sedangkan pada bagian bawah lapisan sel photovoltaic akan membentuk muatan positif pada lapisan borium. Kedua permukaan tersebut akan saling mengerucut muatan masing-masingnya jika sel photovoltaic terkena sinar matahari. Sehingga pada kedua sisi sel photovoltaic akan menghasilkan beda potensial berupa tegangan listrik. Suatu kristal silikon tunggal photovoltaic dengan luas permukaan 100 akan menghasilkan sekitar 1,5 watt dengan tegangan sekitar 0,5 volt tegangan searah (0,5 Vdc) dan arus sekitar 2 Amper di bawah cahaya matahari dengan panas penuh (intensitas sekitar 1000W/m2).
Gambar 3 Hubungan Paralel Modul Surya
Rangkaian paralel sel surya di dapat apabila terminal kutub positif dan negative sel surya dihubungkan satu sama lain. Hubungan paralel dari sel surya dapat dilihat pada Gambar 3
Tegangan sel surya yang dihubungakan paralel sama dengan satu sel surya
Arus yang timbul dari hubungan ini langsung dijumlahkan
2.2.3 Rangkaian Seri-Paralel Modul Surya
2.2 Sistem Instalasi Panel Surya 2.2.1 Rangkaian Seri Modul Surya
Gambar 4 Hubungan Sei-Paralel Modul Surya Gambar 2 Hubungan Seri Modul Surya
Hubungan seri suatu sel surya didapat apabila bagian depan (+) sel surya utama dihubungkan dengan bagian belakang (-) sel surya kedua. Hubungan seri dari sel surya dapat dilihat pada Gambar 2 Dari keadaan seri ini didapatkan
Dalam prakteknya kebanyakan sel surya dihubungkan secara gabungan / kombinasi dari seri dan pararel dan bersamaan dengan itu harus dipasangkan beberapa buah diode. Rangkaian seri dan pararel (campuran) pada sel surya dapat dilihat pada Gambar 4
2.2.4 Pengaturan Posisi Modul Surya sistem pengaturan berfungsi memberikan pengaturan dan pengamanan dalam suatu PLTS sedemikian rupa sehingga sistem pembangkit tersebut dapat bekerja secara efisien dan handal. Peralatan pengaturan didalam Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya ini dapat dibuat secara manual, yaitu dengan cara selalu menepatkan kearah matahari, atau dapat juga dibuat secara otomatis, mengingat sistem ini banyak dipergunakan untuk daerah terpencil. Otomatis ini dapat dilakukan dengan menggunakan rangkaian elektronik. Namun dal segi kepraktisan dan memudahkan perawatan pemasangan panel surya yang mudah dan murah adalah dengan memasang panel surya dengan posisi tetap dengan sudut kemiringan tertentu. Untuk menentukan arah sudut kemiringan panel surya harus disesuaikan dengan letak geografis lokasi pemasangan panel tersebut. Letak geografis Indonesia berada antara 0° sampai 10° terhadap LU (lintang Utara) dan LS (Lintang Selatan), hal ini dapat kita lihat pada Gambar 5
photovoltaic module untuk menghasilkan energi listrik sesuai dengan kebutuhan Ø
Grid Connected Pv System Sesuai namanya, Grid Connected-PV, maka sistem ini akan tetap berhubungan dengan jaringan PLN dengan mengoptimalkan pemanfaatan Energi PV untuk menghasilkan energi listrik semaksimal mungkin. Ø Grid Connected Pv System With Battery Backup Sistem ini berfungsi sebagai backup energi listrik untuk menjaga kontinuitas operasional peralatan-peralatan elektronik. Jika suatu saat terjadi kegagalan pada suplai listrik PLN (Pemadaman listrik) maka peralatan-peralatan elektronik dapat beroperasi secara normal dalam jangka waktu tertentu tanpa adanya gangguan Ø Hybrid Power System Hybrid System atau Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH) merupakan salah satu alternatif sistem pembangkit yang tepat diaplikasikan pada daerah-daerah yang sukar dijangkau oleh sistem pembangkit besar seperti jaringan PLN atau PLTD. PLTH ini memanfaatkan renewable energy sebagai sumber utama (primer) yang dikombinasikan dengan Diesel Generator sebagai sumber energi cadangan (sekunder). Pada PLTH, renewable energy yang digunakan dapat berasal dari energi matahari, angin, dan lain-lain yang dikombinasikan dengan Diesel-Generator Set sehingga menjadi suatu pembangkit yang lebih efisien, efektif dan handal untuk dapat
mensuplai kebutuhan energi listrik Gambar 5 Letak Geografis Indonesia (Sumber : Naibaho,Teknik Tenaga ListrikTenaga Surya,1994:4)
2.3
Tipe-tipe Pemasangan PLTS
Ø
Stand Alone Photovoltaic
Stand Alone PV system atau Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Terpusat (PLTS-Terpusat) merupakan sistem pembangkit listrik alternatif untuk daerah-daerah terpencil/pedesaan yang tidak terjangkau oleh jaringan PLN. Sistem PLTS Sistem Terpusat disebut juga Stand-Alone PV system yaitu sistem pembangkit listrik yang hanya mengandalkan energi matahari sebagai satu-satunya sumber energi utama dengan menggunakan rangkaian
III.
Instalasi PLTS 1000 Wp Teknik Elektro UNDIP PLTS 1000 Wp Teknik Elektro UNDIP didesain untuk tipe Hybrid Power System yang dikombinasi dengan Diesel-Generator Set, namun untuk sementara ini masih menggunakan tipe Grid Connected Pv System With Battery Backup yang dapat berfungsi sebagai backup energi listrik untuk menjaga kontinuitas operasional peralatan-peralatan elektronik pada siiting ground teknik elektro undip. Jika suatu saat terjadi kegagalan pada suplai listrik PLN (Pemadaman listrik) maka peralatan-peralatan elektronik dapat beroperasi secara normal dalam jangka waktu tertentu tanpa adanya gangguan. PLTS 1000 Wp Teknik Elektro UNDIP memiliki spesifikasi teknis sebagai berikut :
Untuk PLTS dengan menggunakan PV Module Surya,Berkapasitas Terpasang sebesar 1 kW, diperlukan peralatan Utama sbb : - Digunakan PV Module Surya Monocrystaline kapasitas 50Wp, 12 Vdc, 20 Unit,Merk eLSOL (ex Import) - Digunakan Battery 400 AH : 4 unit, 12V, 100 AH (atau 8 unit, 12 V, 50 Ah),Merk Skybatt (ex Local) - Digunakan Inverter Integrated with BCR dari PV Module dan dari PLN line : 1 Unit elSOL - PM ( 3 in 1 ), 1,5 kW, 50 Hz, In 24 Vdc / out 220 Vac, 1 Phasa, Merk eLSOL – PM (ex Import) - Digunakan 1 Unit Panel Control, indoor type, free standing Merk CKD (ex Local)
PV Module, 20 x 50 Wp, 12 Vdc 1,0 kW System 24 Vdc
1
3
PLN Line 1 Phasa 220 Vac
Load 220 Vac Pure Sine
Cos
Analisa Data dan Pembahasan Sistem Instalasi Perhitungan Tegangan dan arus Tabel 1 data pengujian solar panel kondisi cerah
NO SOLAR CELL 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 rata-rata
Dari hasil perhitungan diatas maka dapat dibandingkan hasil perolehan nilai tegangan dan arus berdasarkan perhitungan dan pengukuran secara langsung. berikut adalah tabel perbandingan tegangan dan arus PLTS sesuai perhitungan dan pengukuran untuk berbagai kondisi. Perhitungan dan pengukuran
Gambar 6 Diagram instalasi PLTS
4.1
Untuk nilai arus, I = I1+I2+13+ ……….I10 oleh karena modul memiliki spesifikasi sama maka V = 10X Irata-rata I = 10 X 1,112 = 11,12 Ampere
Batt DeepCycle
4 x 100 Ah, 12 Vdc
IV.
total modul yang disusun secara seri = 2 total modul yang disusun secara parallel = 10 untuk nilai tegangan, V = V1 + V2 oleh karena modul memiliki spesifikasi sama maka V = 2 X Vrata-rata V = 2 X 19,525 = 39,05 volt
Tabel 2 Perbandingan V dan I sesuai
2
GENSET By Others
Contoh perhitungan untuk kondisi cerah
V (VOLT) 20,3 17,4 20,2 20,4 19,9 17,2 20 20 20,1 19,8 20,3 17,4 20,2 20,4 19,8 17,1 20,1 20 20,1 19,8 19,525
I (A) 1,12 1,12 1,14 1,14 1,13 1,13 1,07 1,07 1,1 1,1 1,12 1,12 1,14 1,14 1,13 1,13 1,07 1,07 1,1 1,1 1,112
P (WATT) 22,736 19,488 23,028 23,256 22,487 19,436 21,4 21,4 22,11 21,78 22,736 19,488 23,028 23,256 22,374 19,323 21,507 21,4 22,11 21,78 21,70615
KETERANGAN BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK BAIK
Parameter
Kondisi
nilai pengukuran
Tegangan (volt)
cerah
34 V
39,05 V
mendung
28.2 V
28,78 V
sangat panas
33.6 V
34,47 V
11,12 A
Arus (Ampere)
nilai perhitungan
cerah
8.55 A
mendung
6.61 A
5,45 A
sangat panas
19.3 A
19,97 A
Dari tabel diatas dapat diambil kesimpulan yakni makin tinggi tingkat penyinaran yang ditandakan dengan kondisi cuaca pada waktu pengukuran maka akan diperoleh hubungan yang berbanding lurus antara arus yang dihasilkan solar panel dengan intensitas cahaya matahari. semakin kecil intensitasnya (kondisi mendung) maka arus yang dihasilkan juga kecil. dan sebaliknya jika intensitas cahaya matahari tinggi (sangat panas) maka dihasilkan arus yang semakin besar pula. Sedangkan untuk tegangan didapatkan hasil yang hamper sama antara hasil perhitungan dan pengukuran secara langsung, meskipun untuk kondisi cerah didapatkan sedikit selisih yang cukup besar, cuaca yang berubah-ubah dengan cepat saat melakukan pengukuran disinyalir menjadi faktor utama terdapatnya perbedaan hasil tersebut
Perhitungan Intensitas cahaya Ratarata Dimensi modul surya = 660 x 580 x 40 (mm) Luas penampang = 0,3828 Intensitas 1 ( kondisi cerah) = daya ratarata tiap modul / luas penampang 1 modul
Kurva Hubungan WaktuTegangan yang dihasilkan solar Cell 40 tegangan (V)
4.2
30 20 10 0 8
= 21,70615 watt /0,3828 = 56,7 watt/
Dengan cara yang sama maka akan didapatkan nilai intensitas cahaya yang diserap oleh panel surya pada berbagai kondisi seperti ditunjukan pada table berikut ini
9 10 11 12 13 14 15 16 17 Waktu
Gambar 7 kurva karakteristik V dan waktu
sedangkan untuk kurva hubungan antara tegangan dan arus tiap jam adalah sebagai berikut:
Tabel 3 data pengujian solar panel kondisi sangat panas 10
kurva v-i kurva v-i
5
25.8 26.7 27.1 27.6 28.3 33.3 33.8 32.6 32.1 26.8
0
4.3
Performa Solar cell harian Gambar 8 kurva karakteristik V dan I Tabel 4 data karakteristik V-I tiap waktu
pada tabel 5.4 juga dapat dihitung energy total yang dikeluarkan PLTS selama 8 jam penyinaran maksimum dari jam 08.00 – 16.00. Tabel 5 contoh perhitungan energy pada waktu tertentu
dari data diatas dapat disajikan dalam grafik sebagai berikut:
jam
Tegangan (v)
Arus (A)
Daya (watt)
8
25,8
3,82
98,556
9
26,7
6,73
179,691
10
27,1
7,82
211,922
11
27,6
9,45
260,82
12
28,3
9,12
258,096
13
33,3
8,24
274,392
14
33,8
4,25
143,65
15
32,6
3,3
107,58
16
32,1
2,54
81,534
energi total
1616,241Wh
Terlihat bahwa total energy yang mampu dihasilkan oleh PLTS selama 8 jam penyinaran maksimum pada kondisi pengukuran sample adalah 1616,241Wh. sedangkan untuk berbagai kondisi disajikan pada tabel berikut ini
V. 5.1
Tabel 6 perhitungan energy pada berbagai kondisi
Energi yang dihasilkan oleh panel surya inilah yang nantinya dijadikan acuan dalam pemilihan kapasitas batere yang akan dibahas lebih detail pada pokok bahasan system penyimpanan energy dari dua tabel diatas juga dapat disimpulkan bahwa pengambilan sample tiap jam dimungkinkan pada saat kondisi mendung karena nilai energy keluarannya yang hamper mendekati 4.4
Dari tabel dapat diamati Efisiensi terbesar PLTS hanya mencapai 68,84% yakni pada saat kondisi sangat panas PENUTUP Kesimpulan Dari kerja praktek yang telah dilakukan pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Sitting Ground Teknik Elektro Universitas Diponegoro dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. PLTS 1000 Wp Teknik Elektro UNDIP didesain untuk tipe Hybrid Power System yang dikombinasi dengan DieselGenerator Set dan PLN line
2. semakin kecil intensitasnya (kondisi mendung) maka arus yang dihasilkan juga kecil. dan sebaliknya jika intensitas cahaya matahari tinggi (sangat panas) maka dihasilkan arus yang semakin besar pula 3. tegangan nominal yang dihasilkan PLTS yakni pada saat arus mencapai nol yaitu sebesar 26,8 volt 4. Efisiensi terbesar PLTS hanya mencapai 68,84% yakni pada saat kondisi sangat panas
Perhitungan Efisiensi PLT Berbagai Kondisi contoh perhitungan Kondisi Cerah
pada
kondisi
dengan cara yang sama maka didapatkan data perhitungan efisiensi untuk berbagai kondisi adalah sebagai berikut Tabel 7 Nilai Efisiensi PLTS tiap kondisi
4.2
Saran
Saran-saran yang dapat penulis sampaikan adalah sebagai berikut : 1.
Perlu adanya pemeliharaan berkala yang dilakukan pada masing-masing komponen pada PLTS untuk menjaga lifetime dari sistem tersebut. 2. Diperlukan adanya sikap toleransi dari pengguna sitting ground untuk turut menjaga kelangsungan dari sistem PLTS demi kenyamanan bersama. 3. Adanya rencana pengembangan sangat dimungkinkan untuk menambah daya keluaran system seperti menambah jumlah paneL atau mengkombinasikan dengan turbin angin 4. Untuk menghindari beban berlebih pengguna diminta untuk lebih bijaksana dalam memnfaatkan energi yang dihasilkan PLTS, terutama untuk beban AC
DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3] [4]
[5]
[6]
[7] [8]
[9] [10] [11]
[12] [13] [14]
Barmawi, Malvino. 1987. Prinsip-prinsip Elektronika, Jakarta : Erlangga. Budiman, Arif, 2003, Kamus Istilah Teknik Elektronika, Bandung, M2S Bishop, Owen. 2004, Dasar – Dasar Elektronika, Jakarta, Erlangga udiono, Chayun. 2001, Tantangan dan Peluang Usaha Pengembangan Sistem Energi Fotovoltaik di Indonesia, Seminar Nasional Sel Surya I dan Workshop, Surabaya, 19 – 20 September 2001 Chattopadhyay, D. et al, Sutanto (Penerj.), 1989, Dasar Elektronika, Jakarta, UI -Press. National Semiconductor. 1997, LM117/217/LM317 3-Terminal Adjustable Regulator: National Semiconductor Corporation. Naibaho, 1994, Teknik Tenaga Listrik Tenaga Surya, Malang, PPPGT VEDC Reka Rio, S & Masamori Iida. 1982, Fisika dan Teknologi Semikonduktor, Jakarta,PT. Pradnya Paramita. Sigalingging, Karmon. 1994, PLTSurya, Bandung, Tarsito. Warsito, S. 1983, Sirkit Arus Searah, Jakarta, Karya Utama. Warsito, S. 1995, Vademekum Elektronika, Jakarta, PT. Gramedia Pustaka Utama. Woolard, Barry. 1993. Elektronika Praktis, Jakarta, PT. Pradnya Paramita. ________, Akumulator, http://www.google.com/, 12/12/2006 ________, Capacitor, http://www.uoguelph.ca/~antoon/, 25/03/2006
BIODATA PENULIS WidiantoStevanus (L2F008096) lahir di Semarang, 27 Oktober 1990. Telah menempuh pendidikan di TK Pertiwi Perwari VI Semarang, kemudian melanjutkan di SDN Janggli 01 A Semarang. Dan kemudian melanjutkan di SMPN 2 Semarang. Lulus tahun 2005, lalu melanjutkan di SMAN 5 Semarang.
Saat ini sedang menempuh pendidikan Strata 1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Konsentrasi Ketenagaan.
Semarang, 13 Maret 2011
Mengetahui Dosen Pembimbing
Dr. Ir. Joko Windarto, MT NIP. 196405261989031002
