PERANCANGAN SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM MENGGUNAKAN PHOTOVOLTAIK DI DUSUN GUNUNG BATU DESA TANGKIL KECAMATAN CARINGIN KABUPATEN BOGOR Oleh, Budi Mulyawan1), H. Didik Notosudjono2), Evyta Wismiana3)
ABSTRAK Dengan adanya program pemerintah tentang Listrik Masuk Desa (Lisdes), yang salah satunya ada di Dusun Gunung Batu Desa Tangkil Kecamatan Caringin Kabupaten Bogor, maka terdapat beberapa unit Photovoltaik yang sudah terpasang dibeberapa rumah warga. Seiring dengan perkembangan jaringan listrik PLN yang masuk kewilayah tersebut, maka terdapat beberapa unit photovoltaik yang sudah dalam kondisi tidak terawat dan tidak dipergunakan lagi oleh masyarakat, untuk itu dirancanglah lampu untuk PJU dengan menggunakan Photovoltaik tersebut. Pada proses perancangan lampu untuk PJU yang pertama kali dilakukan adalah menentukan beban terpasang, kemudian menghitung jumlah kebutuhan panel surya atau photovoltaik, selanjutnya menghitung kebutuhan batere dan menentukan kapasitas battery charge regulator (BCR). Kemudian agar lampu PJU bisa beroperasi secara otomatis dipasanglah sensor cahaya atau light dependent resistor (LDR) sebagai saklar untuk menghidupkan dan mematikan lampu PJU. Setelah proses perancangan, kemudian proses pemasangan yang selanjutnya proses pengukuran dan analisa terhadap lampu PJU dengan menggunakan photovoltaik maka dapat diambil kesimpulan bahwa pengoperasian lampu PJU tersebut beroperasi sesuai dengan perhitungan secara teoritikal dan lampu PJU tersebut bisa bekerja selama 2 hari dengan kondisi tanpa proses pengisian terhadap batere. Kata Kunci : PJU, Photovoltaik, BCR, Batere, LDR
1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Berdasarkan program pemerintah berkaitan dengan pemanfaatan energi terbarukan untuk menunjang kesejahteraan dan perekonomian masyarakat maka pemerintah daerah Kabupaten Bogor melaui Dinas Energi dan Sumber Daya Mineral melakukan program bantuan langsung kepada masyarakat yaitu Listrik Masuk Desa (LISDES) dengan menggunakan Sumber Energi Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Program ini salah satunya sudah dilakukan di Dusun Gunung Batu Desa Tangkil Kecamatan Caringin Kabupaten Bogor pada tahun 2008. Seiring dengan berjalannya program perluasan jaringan PLN dan swadaya masyarakat pada tahun 2012 masyarakat
Program Studi Teknik Elektro Universitas Pakuan Bogor
Dusun Gunung Batu mendapatkan suplai listrik dari jaringan PLN secara reguler. Dengan adanya suplai listrik dari PLN hal ini secara langsung menyebabkan pemanfaatan program LISDES PLTS hanya berjalan secara efektif selama empat tahun dan bahkan sekarang sebagian sudah tidak digunakan lagi oleh masyarakat. 1.2 Maksud dan Tujuan Memanfaatkan photovoltaik yang sudah tidak digunakan oleh masyarakat menjadi sumber listrik yang kemudian akan digunakan sebagai lampu PJU yang mempunyai nilai manfaat lebih bagi masyarakat di Dusun Gunung Batu Desa Tangkil Kecamatan Caringin Kabupaten Bogor sebagai alat bantu pengguna jalan untuk meningkatkan keselamatan pengguna jalan serta mendukung keamanan
1
lingkungan serta menunjang aktifitas perekonomian dan mobilitas masyarakat di malam hari. 2.
LANDASAN PUSTAKA
2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Pembangkit Listrik Tenaga Surya ( PLTS ) adalah pembangkit listrik yang mengubah energi surya atau energi matahari menjadi energi listrik. Pembangkit listrik ini merupakan salah satu bentuk pemanfaatan energi matahari menjadi salah satu sumber energi alternatif yang ramah lingkungan (energi terbarukan). (Sumber : http://alamendah. org/2014/12/08/pembangkit-listrik-tenaga-suryadiindonesia)
2.3.
Photovoltaik
Sel photovoltaik adalah bahan semikonduktor yang berfungsi untuk membangkitkan tenaga listrik. Jadi photovoltaik ini adalah bahan semikonduktor yang diproses sedemikian rupa sehingga apabila bahan tersebut terkena sinar matahari atau cahaya, maka akan mengeluarkan tegangan listrik arus searah. Photovoltaik ini juga sejenis dengan dioda yang tersusun atas PN junction. (Zuhal, 1995 : 194)
photovoltaik padat dihitung menggunakan rumus di bawah ini : (Sumber : http://eprints. undip.ac.id/41408/2/BAB_II.pdf)
๐ท๐๐๐ = ๐ฝ๐๐ ร ๐ฐ๐๐ [Watt]....... (2.2) Dimana : Pout = Daya yang dibangkitkan oleh Photovoltaik (Watt) Voc = Rangkaian Tegangan Terbuka (Volt) Isc = Arus hubung singkat pada photovoltaik (Ampere) 2.3.2. Prinsip kerja sel surya. Energi surya dapat langsung di konversi menjadi energi elektrik, melalui cahaya yang di terima oleh suatu sel surya. Perubahan energi cahaya menjadi energi elektrik ini disebut sebagai efek fotoโelektrik (photo electric effect), sehingga perangkat suryanya dikenal dengan photovoltaik (PV). Dengan demikian prinsip pembangkitan elektriknya sama dengan prinsif pengaktifan elektron pada bahan semikonduktor melalui proses ionisasi foton (photoionization), sehingga terjadi aliran elektron melalui media penghantar yang dihubungkan dengan beban. Pita logam pada permukaan sel berfungsi sebagai kotak positif, sedangkan lapisan logam di punggung sel berfungsi sebagai kotak negatifnya, seperti terlihat pada gambar 2.5 di bawah :
2.3.1. Karakteristik Photovoltaik Karakteristik tegangan versus arus untuk radiasi yang berbeda-beda pada suatu photovoltaik dapat dilihat pada gambar 2.2. Pada gambar tersebut dapat dilihat bahwa tegangan open circuit yang terjadi (Voc) konstan, tetapi arusnya akan berubah sesuai dengan besarnya radiasi yang mengenainya.
Sumber : Ir. Unggul Wibawa.,MSc,2001 :4-10 Gambar 2.5 Efek foto-elektrik
2.4. Komponen PLTS Penerangan Jalan Umum Sumber : Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektronika Daya, 1995: 195 Gambar 2.2 Karakteristik Photovoltaik
Adapun persamaan lain untuk besarnya daya output pada solar cell (Poutput ) yaitu perkalian rangkaian terbuka (Voc), dengan arus hubung singkat (Isc) yang dihasilkan oleh sel
Program Studi Teknik Elektro Universitas Pakuan Bogor
Prinsip dasar lampu jalan tenaga surya hampir sama dengan lampu jalan konvensional. Bedanya hanya sumber listriknya yang diperoleh dari energi matahari yang telah disimpan di Batere. Seperti terlihat pada gambar 2.14 merupakan konfigurasi dasar dari sistem lampu jalan tenaga surya. Modul surya berfungsi untuk mengubah sinar
2
matahari menjadi energi listrik arus searah. Energi listrik arus searah ini kemudian disimpan di batere. Tetapi penyimpanan energi ini harus diatur, tidak boleh diisi berlebihan (Over-Charged) juga tidak boleh dipakai dibebani secara berlebihan (OverLoad). Karena itu harus dipasang alat yang disebut Battery Control Regulator (BCR) yang bertugas sebagai pengatur lalu-lintas arus pada batere dan sebagai pengaman sistem dari kerusakan akibat hubungan pendek, Over Charged dan Over Load.
(๐๐ ) =
๐ท๐๐๐๐๐๐ ๐๐๐๐๐๐ ๐๐๐๐๐๐๐๐ ๐๐๐๐โ๐๐๐๐ ๐พ๐/๐๐ ๐ฐ๐๐๐๐๐๐๐๐๐ ๐๐๐
๐๐๐๐ ๐พ๐/๐๐
....... (2.4) 3. Mengetahui (Emodul)
Energi
Modul
Surya
Untuk menentukan energi modul surya (Emodul), dapat diperoleh dengan menggunakan rumus : ๐ฌ ๐๐๐
๐๐ = ๐ท๐ ร ๐๐ [๐พ๐]
โฆ.... (2.5)
dimana , Emodul = Energi modul (Wh) tr = Lama waktu radiasi rata โ rata (jam) Mengetahui temperature kerja harian. 4. Penentuan/perkiraan waktu outonomi sistem (toton) Penentuan waktu regenerasi sistem (tregen)
Sumber : http://everythingaboutrenewable.blogspot.co.id Gambar : 2.14 Diagram Konfigurasi PLTS
Komponen utama Penerangan jalan umum tenaga surya diantaranya sebagai berikut : (Sumber : http://gdmenergy.com/datasolusi/ penerangan -jalan-umum-tenaga-surya-pjuts-20Wtiang-6m.html)
2.4.1.
Panel surya
Panel surya adalah sebuah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya menjadi listrik. Panel surya sering kali disebut sel photovoltaik. Photovoltaik dapat diartikan sebagai "cahaya-listrik".
Jadi jumlah modul โ modul yang diperlukan untuk mensuplai kebutuhan beban perhari : (Ir. Ungul Wibawa. MSc, 2001 : 23)
๐ต =
( ๐ฌ๐๐๐๐๐ ร ๐๐๐๐๐ ) โฆ โฆ (๐. ๐) ( ๐ฌ๐๐๐
๐๐ ร ๐๐๐๐๐๐ )
dimana, N = jumlah modul Etotal = total energi (Wh) toton = waktu otonomi (h) tregen = waktu renegerasi (h) Adapun untuk penentuan jumlah modul surya dapat digunakan persamaan lain yakni persamaan 2.7 di bawah ini : (Sumber :
Tahapan perhitungan yang harus dilalui untuk dapat menentukan jumlah modul surya, dan untuk radiasi total hariannya (*G) diasumsikan adalah 2.267 Wh/m2 yaitu : ( Ir.
(http://www.panelsurya.com/index.php/home/instalasi -listrik-tenaga-surya)
Unggul Wibawa. MSc, 2001 : 4-20)
...... ( 2.7 )
1. Mengetahui daya nominal setiap modul (PN)
2.4.2. Battery charge regulator (BCR)
Untuk mendapatkan daya nominal dari sebuah modul surya dapat diperoleh dengan persamaan 2.3 berikut : : (Ir. Unggul Wibawa. MSc, 2001 : 22)
๐ท๐ = ๐ผ ร ๐ฐ [๐พ๐๐๐] ........... (2.3) dimana, Pn = Daya nominal (Watt) U = Tegangan (Volt) I = Arus (Ampere) 2. Mengetahui radiasi matahari total rata โ rata harian (tr). Untuk mengetahui lama waktu radiasi ratarata (tr) dapat diperoleh dengan menggunakan pesamaan 2.4 berikut : (Ir. Unggul Wibawa. MSc, 2001 : 22).
Program Studi Teknik Elektro Universitas Pakuan Bogor
๐ ๐ท๐๐๐๐ =
๐๐๐ฆ๐๐ค๐๐ข๐๐ง ๐๐๐ฒ๐ ๐๐จ๐ญ๐๐ฅ ๐๐๐ฉ ๐๐จ๐๐ฎ๐ฅ ๐๐ฎ๐ซ๐ฒ๐ ๐ ๐๐๐ค๐ญ๐ฎ ๐๐๐ง๐ฒ๐ข๐ง๐๐ซ๐๐ง ๐๐๐ญ๐๐ก๐๐ซ๐ข
Digital Battery Control Regulator merupakan otak pengaturan sistem charging dari solar panel yang didesain multi fungsi. Digital BCR bisa difungsikan sistem normal atau auto load. Untuk menghitung kebutuhan kapasitas BCR, maka harus mengetahui dulu karakteristik dan spesifikasi dari solar panel dan yang harus diperhatikan adalah angka Isc, nilainya dikalikan dengan jumlah panel surya, hasilnya merupakan nilai berapa nilai minimal dari charge controller yang dibutuhkan seperti pada persamaan 2.8 berikut : (sumber : http://energiterbarukanonline. blogspot.co.id/2012/10/menghitung-kebutuhan-tenaga -surya.html)
3
Kapasitas BCR = n Panel x Isc Panel . ( 2.8) Dimana, n Panel = Jumlah panel yang digunakan Isc Panel = Isc masing-masing panel 2.4.3. Batere Batere merupakan peralatan penting pada suatu PLTS. Batere menyimpan energi listrik yang diterimanya pada siang hari dan akan dikeluarkan pada malam hari untuk melayani beban (terutama untuk penerangan). Ada tiga faktor yang perlu diperhatikan dalam penentuan kapasitas batere adalah tegangan kerja sistem, Penentuan waktu otonomi [toton] sistem dan tingkat pengosongan dan pengisian batere. (Ir. Unggul Wibawa. MSc, 2001:4-19)
Waktu otonomi batere dipahami sebagai estimasi lama waktu operasional batere, saat tidak ada suplai dari modul surya. Makin lama waktu otonomi, makin tinggi kapasitas batere yang diperlukan. Untuk menentukan muatan batere dapat hitung dengan persamaan 2.9 dan 2.10 berikut : (Sumber : Ir. Unggul Wibawa. MSc, 2001:4-21)
(๐ธ) =
๐ฌ๐๐๐๐๐ ๐ผ
...................... (2.9)
Jadi (๐ธ๐๐๐๐ ) = ๐ธ ร ๐๐๐๐๐ .......... (2.10) Dimana (Q) = muatan batere harian (Ah) (Qoton ) = muatan batere (Ah) (Etotal) = energi (Wh) (U ) = tegangan batere (Volt) toton = waktu otonomi (h) Sedangkan untuk kapasitas suatu batere, tidak mungkin suatu batere dikosongkan penuh 100%. Perlu diperhitungkan tingkat pengosongannya, biasanya 50 % - 75 %, tergantung dari jenis baterenya. Dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.11 sebagai berikut : ๐ฒ๐ต =
๐ธ๐๐๐๐ ๐ท๐๐๐๐๐๐๐๐๐๐ ๐๐๐๐๐๐
[๐จ๐] ..... (2.11)
Dimana KN = Kapasitas batere (Ah) Pengosongan baterai = persen 2.4.4.
a. Menggunakan peralatan listrik yang memiliki efisiensi dan kehandalan yang tinggi. b. Titik kerja beban sesuai (match) dengan titik kerja optimum PLTS. Hal ini akan sangat penting untuk PLTS yang tidak menggunakan batere seperti PLTS untuk pompa air dengan skema direct coupling. c. Penggunaan energi secara efektif (benarbenar digunakan pada saat yang diperlukan) dan menganut asas Demand Side Management (DSM). 2.4.5. Tiang Tiang adalah kontruksi bangunan yang kokoh, berfungsi untuk menyangga atau merentangkan penghantar dengan ketinggian dan jarak yang cukup agar aman bagi manusia dan lingkungan sekitarnya. Penempatan atau pemasangan tiang lampu penerangan jalan merupakan keputusan teknis yang harus didasarkan pada karakter jalan raya, ciri-ciri fisik, lingkungan, pemeliharaan yang tersedia, ekonomis, estetika, dan tujuan penerangan secara keseluruhan.( Sumber : SNI 7391 : 2008) 2.5.
Komponen-Komponen Elektronika
Dalam bidang elektronoka mengenal dua macam komponen elektronika yaitu, komponen aktif dan komponen pasif. Seperti terlihat pada gambar 2.22 bentuk fisik semua komponen elektronika. (Dedy Rusmadi 2007: 15).
Sumber : http://teknikelektronika.com/jenis-jeniskomponen-elektronika-beserta-fungsi-dan-simbolnya/ Gambar 2.22 Komponen-Komponen Elektronika
2.
PENENTUAN LOKASI PERANCANGAN ALAT
DAN
3.1. Lokasi Rencana Pemasangan Lampu Penerangan Jalan Umum Menggunakan Photovoltaik.
(%)
Beban
Secara umum, agar pemakaian energi PLTS menjadi efektif, pengelolaan bebannya juga harus optimal, yaitu : (sumber : dokumen.tips/ documents/et-plts-s01-5-komponen-komponen-plts. html)
Program Studi Teknik Elektro Universitas Pakuan Bogor
Salah satu lokasi potensial untuk pemasangan lampu penerangan jalan umum menggunakan photovoltaik yang telah di survey terletak di pertigaan Dusun Gunung Batu berdampingan dengan pos kamling Rukun Tetangga 04 Rukun Warga 02, yang merupakan bagian dari Desa Tangkil, Kecamatan Caringin, Kabupaten Bogor, Provinsi Jawa Barat.
4
3.2. Perancangan PJU Photovoltaik Perancangan alat ini di tujukan sebagai proyek percontohan yang tidak menutup kemungkinan di kemudian hari akan dilakukan pemasangan lampu PJU berbasis photovoltaik secara menyeluruh di wilayah yang tidak memungkinkan untuk pemasangan penerangan jalan umum oleh jaringan PLN. Kemudian sebelum membahas langkah selanjutnya mengenai bagian-bagian yang ada pada perancangan PJU photovoltaik secara umum dapat dilihat pada konfigurasi gambar 3.2 diagram dibawah ini : Modul Surya
Regulator (BCR)
Beban Listrik
: Batere
Gambar 3.2 : Konfigurasi Sebuah PJU Photovoltaik Sederhana
Selanjutnya untuk kontruksi secara keseluruhan perancangan PJU Photovoltiak dapat dilihat pada gambar 3.3. Dimana pada perancangan PJU ini terdiri dari beberapa komponen yang terpisah dengan fungsi yang berbeda kemudian setelah itu dilakukan perakitan sesuai dengan desain kontruksi PJU sehingga menjadi sebuah alat penerangan jalan umum yang dapat dipasang dan berfungsi sebagaimana mestinya.
PJU yang meliputi Tiang utama, dudukan panel surya (Photovoltaik), tiang lampu, dudukan lampu (armatur lampu), box panel kontrol dan dudukan pondasi bawah. Seperti akan dijelaskan dibawah ini masing masing bagian kontruksi tiang PJU adalah sebagai berikut : 1. Kontruksi tiang a. Perancangan tiang utama (tiang 1). b. Perancangan tiang menara (tiang 2) c. Kontruksi tiang lampu d. Kontruksi tiang dudukan photovoltaik 2. Kontruksi dudukan lampu (armatur lampu) 3. Kontruksi box panel kontrol. 4. Kontruksi pondasi tiang bawah 3.2.2. Perancangan rangkaian eletronika Dalam perancangan PJU Photovoltaik diperlukan sistem rangkaian elektronika yang berfungsi sebagai alat kendali dan juga pengaturan sistem penyaluran energi matahari yang kemudian dirubah menjadi energi listrik setelah itu akan dimanfaatkan sebagai penerangan dengan menggunakan lampu LED untuk merubah dari energi listrik menjadi cahaya. Didalam rangkaian elektronika untuk PJU photvoltaik perancangan sistem kontrol rangkaian elektronika adalah proses dimana perancangan rangkaian kontrol ini dibagi menjadi dua bagian yaitu yang pertama membuat ragkaian kontrol BCR dan saklar otomatis menggunakan sensor LDR. Adapun bentuk fisik BCR dan sensor LDR dapat dilihat pada gambar 3.11 serta tahap perancangan rangkaian terbut dapat dijelaskan sebagai berikut :
Gambar 3.11 : Bentuk Fisik BCR dan Sensor LDR
Gambar 3.3 : Rancangan PJU Photovoltaik
3.2.1. Tahap perancangan konstruksi tiang PJU. Pada tahap ini adalah proses dimana perancangan pembuatan konstruksi tiang
Program Studi Teknik Elektro Universitas Pakuan Bogor
a. Perancangan rangkain BCR Salah satu rangkain eletronika yang digunakan dalam perancangan PJU photovoltaik ini adalah rangkaian BCR. Fungsi dari BCR dalam perancangan ini adalah sebagai kontrol atau pengendali arus listrik yang dihasilkan oleh photovoltaik yang
5
akan dialirkan untuk di simpan ke batere. Rangkaian diagram skematik dari BCR dapat dilihat pada gambar 3.11 dibawah ini :
spesifikasinya dari modul surya tersebut, adapun data teknis modul surya dapat dilihat pada tabel 4.1 dibawah ini : Tabel 4.1 Spesifikasi Modul Surya Peak Power (Pmax)
50 Watt
Warranted Minimum Pmax
45 Watt
Voltage (Vmp)
17,5 Volt
Current (Imp)
2.9 Ampere
Open Circuit Voltage (Voc)
21.8 Volt
Short Circuit Current (Isc)
3,2 Ampere
Minimum Byapass Dioda
9 Ampere
Maxcimum Serieus Fuse
20 Ampere
Standard Test Condition
1000W/m2 , AM 1,5 and 25oC
Sumber : Data Teknis Peralatan Sumber : Author Gambar 3.12 : Skema Rangkaian BCR
b. Perancangan rangkain sensor LDR Untuk mempermudah dan membuat sistem yang lebih otomatis dimana penyalaan dan pemadaman lampu LED PJU dilakukan tanpa intervensi manusia maka dirancanglah rangkaian sensor dengan menggunakan LDR. Secara keseluruhan rangkaian sensor LDR dapat dilihat pada skema gambar 3.12 di bawah ini :
Dengan spesifikasi modul surya diatas, dengan demikian daya nominal modul dapat digunakan persamaan (2.3) adalah sebagai berikut : PN = U x I PN = 17,5 Volt x 2,9 Ampere PN = 50,75 Watt = 50 Watt Untuk mengetahui lama waktu radiasai ratarata (tr) sebelum menentukan jumlah modul surya, mengetahui terlebih dahulu potensi energi rata-rata (G) dalam (Wh/m2) dalam hal ini, diambil untuk nilai radiasi hariannya adalah 2.267 Wh/m2 yang telah dibahas pada bab sebelumnya, sedangkan untuk intensitas radiasi terdapat pada spesifikasi modul surya pada tabel 4.1, maka didapat dengan menggunakan persamaan (2.4) dibawah ini : (๐๐ ) =
๐ท๐๐๐๐๐๐ ๐๐๐๐๐๐ ๐๐๐๐๐๐๐๐ ๐๐๐๐ โ ๐๐๐๐ ๐พ๐/๐๐ ๐ฐ๐๐๐๐๐๐๐๐๐ ๐๐๐
๐๐๐๐ ๐พ๐/๐๐
(๐๐ ) = Sumber : Author Gambar 3.13 : Skema Rangkaian Sensor LDR
4.
ANALISA DAN PENGUJIAN
Dalam perancangan lampu penerangan jalan umum menggunakan photovoltaik, yang pertama kali dianalisa adalah beban yang terpasang pada PJU Photovoltaik, jumlah modul (panel surya), kapasitas batere. Beban yang terpasang pada tiang PJU adalah satu buah lampu LED dengan daya 12 Watt jam, 12 Vollt DC dan penerangan ini digunakan pada malam hari atau cuaca mendung tanpa ada sinar matahari sama sekali, diasumsikan penggunakan penerangannya selama 12 jam/hari. 4.1. Menentukan Kebutuhan Panel Surya Dalam menentukan kebutuhan panel surya terlebih dahulu harus mengetahui dari
Program Studi Teknik Elektro Universitas Pakuan Bogor
2.267 ๐โ/๐2 1.000 ๐โ/๐2
= 2,267 hours, setiap
harinya Untuk menentukan energi modul surya (Emodul) dengan menggunakan persamaan (2.5) jadi dapat di ketahui barapa besar energi listrik rata-rata yang di dapat oleh sebuah modul surya yaitu dengan cara : Emodul = Pn x tr Emodul = 50,751 W x 2,267 h = 115,05 Wh perhari Jadi energi listrik yang didapat oleh modul surya (photovoltaik 50 Wp) adalah 115,05 Wh perhari. Dimana data dari beban yang direncanakan terpasang sebesar 12 Watt dengan tegangan 12 Volt maka, energi listrik perhari yang akan dibutuhkan adalah sebesar 144 Wh perhari. Setelah mendapatkan jumlah total kebutuhan energi listrik perhari, untuk menghitung
6
jumlah kebutuhan modul surya yang akan digunakan pada PJU photovoltaik yang kemudian diasumsikan bahwa waktu otonom batere 2 hari serta lama waktu regenerasi batere selama 1 hari maka dapat dihitung menggunakan persamaan (2.6) : ๐ต =
( ๐ฌ๐๐๐๐๐ ร ๐๐๐๐๐ ) ( ๐ฌ๐๐๐
๐๐ ร ๐๐๐๐๐๐ )
144 x 2 N =
= 1,98 modul = 2 modul. 115,05 x 1
Berdasarkan hasil perhitungan jumlah panel surya yang dibutuhkan PJU photovoltaik sebanyak 2 unit dengan kapasitas 50 Wp. Adapun untuk menentukan jumlah kebutuhan modul dengan menggunakan persamaan lainnya, yaitu meggunakan persamaan 2.7, seperti yang dapat dilihat di bawah : ๐ ๐ท๐๐๐๐ =
๐ท๐๐๐๐๐๐๐๐ ๐ซ๐๐๐ ๐ป๐๐๐๐ ๐ฒ๐๐ ๐ด๐๐
๐๐ ๐บ๐๐๐๐ ๐ฟ ๐พ๐๐๐๐ ๐ท๐๐๐๐๐๐๐๐๐ ๐ด๐๐๐๐๐๐๐
๐ ๐๐๐๐๐ =
144 50 Wp x 5 Jam
= 0,57 dibulatkan 1 modul surya
Jadi modul surya yang dibutuhkan adalah 1 modul surya dengan ukuran 50 WP.
Muatan batere (Qoton ) = Q x (Qoton ) = 12 Ah/h x 2 h = 24 Ah
t
oton
Dan untuk Kapasitas batere menggunakan persamaan (2.10) berikut ini : KN =Qoton / Pengosongan batere KN = 24 Ah / 0,75 = 32 Ah. Maka perlu diperhatikan batere yang harus disediakan sebanyak 1 unit dengan kapasitas 32 Ah, 12 volt atau lebih baik menggunakan 45 Ah, 12 Volt. Karena bahwa tingkat pengosongan batere, juga berpengaruh terhadap usia guna batere. 4.3. Menentukan Kebutuhan BCR Untuk menentukan kapasitas dari Batere Control Regulator (BCR) pada PJU photovoltaik harus disesuaikan dengan nilai arus short circuit (Isc), dimana arus short circuit (Isc) bisa dilihat pada tabel 4.1, sedangkan jumlah panel surya sebanyak 1 unit maka kapasitas arus BCR yang dibutuhkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.8) berikut ini : Kapasitas BCR = n Panel x Isc Panel Kapasitas BCR = 1 x 3,2 = 3,2 Ampere
Maka pada perancangan PJU photovoltaik ini menggunakan 1 buah modul surya dengan kapasitas 50 Wp.
Jadi kapasitas BCR yang diperlukan sebanyak 1 unit dengan kapasitas BCR minimum 3,2 Ampere.
4.2. Menentukan Kebutuhan Batere
4.4. Pengujian Photovoltaik
Kapasitas batere yang akan digunakan pada PJU photovoltaik ini adalah jenis batere sekunder atau batere kering batere yang bisa diisi berulang ulang dengan tegangan kerja batere 12 Volt arus searah. Untuk efisiensi daya tahan batere, karena tidak mungkin suatu batere dikosongkan penuh (100%), perlu diperhatikan tingkat pengosongannya. Penggunaan efisiensi sebaiknya tidak lebih dari 75 % dari kapasitas batere, dan dapat mempertimbangkan hari otonom yaitu kemampuan batere untuk mensuplai beban ketika tidak ada sinar cahaya matahari, waktu otonom yang biasa digunakan atau diasumsikan sekitar 2 hari. Maka kapasitas batere dapat diamati sebagai berikut yaitu dengan menggunakan persamaan (2.9) dan (2.10):
Adapun untuk mengetahui besarnya nilai daya keluraan dari photovoltaik, maka dilakukan pengujian selama 3 hari berturutturut pada bulan Desember 2015, adapun pengujian perharinya yaitu selama 10 jam yang dimulai pukul 07.00 WIB sampai dengan pukul 17.00 WIB dengan berbagai keadaan kondisi cuaca, baik itu pada saat kondisi cuaca cerah, berawan, mendung dan pada saat kondisi hujan. Adapun hasil Pengujian photovoltaik 50 Wp dapat terlihat pada tabel 4.2 sampai dengan tabel 4.4 di bawah ini :
Muatan Batere (Q) harian = Etotal / U (Q) harian = 144 Wh / 12 V = 12 Ah Jadi
Program Studi Teknik Elektro Universitas Pakuan Bogor
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Photovoltaik 50 Wp Waktu 07.00 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 Sumber : Author
Hari ke 1 PV tanpa beban Voc (Volt) Isc (Ampere) 19,13 0,29 19,22 0,32 19,36 0,31 19,62 1,50 19,66 1,83 19,48 1,65 19,56 1,55 19,05 1,33 19,43 0,84 18,93 0,38 13,62 0,01
Cuaca Berawan Berawan Berawan Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Hujan Mendung Mendung
7
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Photovoltaik 50 Wp Hari ke 2 PV tanpa beban Voc (Volt) Isc (Ampere) 18,66 0,23 19,23 0,40 19,00 0,59 19,69 0,97 19,86 0,78 19,74 0,75 19,91 0,94 19,72 0,73 19,96 1,09 16,63 0,42 11,43 0,02
Waktu 07.00 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00
Cuaca Hujan Hujan Hujan Hujan Hujan Hujan Hujan Mendung Berawan Mendung Mendung
Sumber : Author Tabel 4.4 Hasil Pengujian Photovoltaik 50 Wp Hari ke 3 PV tanpa beban Voc (Volt) Isc (Ampere) 19,22 1,96 19,86 2,04 19,96 2,13 19,04 2,56 19,18 2,40 18,52 2,09 18,98 3,26 18,27 0,92 17,88 0,41 19,16 0,40 17,09 0,12
Waktu 07.00 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00
Cuaca Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Mendung Hujan Hujan Mendung
Sumber : Author
Untuk perubahan tegangan output photovoltaik digambarkan pada gambar 4.1 yaitu kurva perubahan nilai tegangan ratarata photovoltaik tanpa beban. Sedangkan untuk perubahan nilai arus output photovoltaik digambarkan pada gambar 4.2 yaitu kurva perubahan nilai arus rata-rata photovoltaik tanpa beban di bawah ini : Output tegangan photovoltaik berdasarkan waktu penyinaran matahari 19,44
19,00
19,57
19,09
19,48
Tegangan (Volt)
20,00
19,44
15,00
19,45
19,25
19,01
18,24
Pada gambar 4.1 dan 4.2 kurva perubahan nilai tegangan dan nilai arus photovoltaik diatas dapat diketahui bahwa tegangan dan arus output dari photovoltaik nilainya selalu berubah-ubah setiap jamnya, dimana faktor utama yang mempengaruhi perubahan nilai tegangan dan arus dari photovoltaik yaitu faktor perubahan tingkat kondisi cuaca serta tingkat radiasi matahari yang diserap photovoltaik. Di bawah ini perubahan daya output rata-rata photovoltaik selama 10 jam perhari seperti terlihat pada tabel 4.5 berikut ini : Tabel 4.5 Nilai Perubahan Daya Rata-Rata Photovoltaik Berdasarkan Waktu Penyinaran Matahari Selama 3 Hari Waktu (WIB)
Voc rata-rata (Volt)
Isc rata-rata (Ampere)
Pout rata-rata (Watt)
07.00 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00
19,00 19,44 19,44 19,45 19,57 19,25 19,48 19,01 19,09 18,24 14,05
0,83 0,92 1,01 1,68 1,67 1,50 1,92 0,99 0,78 0,40 0,05
15,71 17,88 19,63 32,61 32,68 28,81 37,34 18,89 14,89 7,30 0,70
sumber : Author
Pada tabel 4.5 di atas nilai perubahan daya dari photovoltaik setiap jamnya dapat terlihat jelas, dengan perubahan kondisi cuaca dari cerah, cerah redup, berawan, mendung hingga turun hujan, dapat mempengaruhi daya output dari photovoltaik seperti terlihat pula pada Gambar 4.3 kurva perubahan daya output rata-rata photovoltaik di bawah ini :
14,05
Output daya photovoltaik berdasarkan penyinaran matahari 10,00 5,00
07.00 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00
Waktu Voc rata-rata (Volt)
Sumber : Author Gambar 4.1 Kurva perubahan nilai tegangan rata-rata photovoltaik Output arus photovoltaik berdasarkan waktu penyinaran matahari
arus (Ampere)
2,00
1,67
1,92
Daya (Watt)
0,00
45,00 37,34 40,00 32,68 35,00 32,61 30,00 28,81 25,00 19,63 20,0015,71 18,89 15,00 14,89 17,88 10,00 7,30 5,00 0,70 0,00 07.00 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 Waktu (WIB)
Sumber : Author Gambar 4.3 Kurva Perubahan Daya Output Rata-Rata Photovoltaik
1,60 1,20
1,68
0,80 0,40
4.5. Pengujian Batere
1,01
0,83
0,78 1,50 0,99
0,92
0,40 0,05
0,00 07.00 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00
Waktu
Sumber : Author Gambar 4.2 Kurva Perubahan Nilai Arus Photovoltaik
Program Studi Teknik Elektro Universitas Pakuan Bogor
Adapun untuk mengetahui besarnya nilai daya keluraan dari batere, maka dilakukan pengujian selama 3 hari berturut-turut, adapun pengujia perharinya yaitu selama 12 jam yang dimulai pukul 18.00 WIB sampai dengan pukul 05.00 WIB, dimana diasumsikan bahwa batere tidak
8
mendapatkan pasokan energi listrik dari photovoltaik atau dalam kondisi cuaca tanda tanpa ada sinar matahari selama 2 hari dan 1 hari batere mendapat pasokan energi matahari. Adapun hasil Pengujian Batere dengan kapasitas 45 Ah, tegangan 12 Volt dc, dengan beban 12 watt lampu LED dapat dilihat pada tabel 4.6 sampai dengan tabel 4.8 di bawah ini :
Dengan melihat tabel 4.6 sampai dengan tabel 4.9 maka dapat disimpulkan bahwa nilai tegangan output batere selalu berubah setiap jamnya yaitu dimana terdapat penurunan tegangan batere rata-rata persatu jam sebesar 0,12% atau sebesar 2,71% selama 2 hari tanpa pengisian energi listrik oleh photovoltaik. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada gambar 4.4 Kurva penurunan tegangan batere di bawah ini.
Tabel 4.6 Hasil Pegujian Batere Hari 1 Tanpa Pengisian
Penurunan tegangan batere
Beban
Vbatere
Ibatere
(Volt)
18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 00.00 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00
12,21 12,19 12,18 12,17 12,16 12,15 12,13 12,10 12,07 12,04 12,03 12,01
Vbeban
Ibeban
(Ampere)
(Volt)
(Ampere)
0,63 0,63 0,62 0,63 0,62 0,62 0,62 0,63 0,63 0,63 0,63 0,63
11,86 11,86 11,86 11,86 11,85 11,86 11,86 11,85 11,85 11,86 11,86 11,86
0,58 0,58 0,58 0,58 0,59 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,57 0,58
Kondisi lampu Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang
12,15
Tegangan (Volt) dan Persentasi
Batere Waktu
0,18%
12,11 12,09
12,10 12,05
0,17% 12,08 0,17%
12,06 0,13%
12,00
0,08%
Beban
Vbatere
Ibatere
Vbeban
Ibeban
(Volt)
(Ampere)
(Volt)
(Ampere)
12,03 12,01 11,99 11,98 11,97 11,96 11,95 11,93 11,92 11,89 11,88 11,86
0,58 0,61 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61
11,60 11,47 11,47 11,47 11,45 11,44 11,44 11,44 11,43 11,43 11,43 11,43
0,53 0,57 0,58 0,57 0,57 0,57 0,57 0,57 0,57 0,57 0,57 0,57
Batere
12,00
0,08%
0,13% 0,12% 0,10%
11,96
11,95
0,08% 0,06% 0,04%
11,90 0,00% 19.00
0,00% 20.00
21.00
22.00
23.00
Vbatere rata2
00.00
01.00
02.00
03.00
04.00
05.00
Beban
Vbatere
Ibatere
Vbeban
Ibeban
(Volt)
(Ampere)
(Volt)
(Ampere)
12,19 12,17 12,16 12,14 12,13 12,12 12,11 12,09 12,07 12,06 12,04 12,03
0,58 0,58 0,57 0,58 0,59 0,59 0,59 0,58 0,59 0,59 0,58 0,58
11,82 11,82 11,84 11,75 11,68 11,60 11,62 11,50 11,47 11,45 11,42 11,44
0,54 0,55 0,54 0,55 0,55 0,54 0,53 0,55 0,55 0,54 0,54 0,54
Kondisi lampu Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang
Tabel 4.9 Tabel Rata-Rata Penurunan Tegangan Batere Terhadap Waktu persentasi penurunan tegangan terhadap waktu
Vbatere
Ibatere
rata2
rata2
12,11 12,09 12,08 12,06 12,05 12,04 12,03 12,01 12,00 11,98 11,96 11,95
0,58 0,60 0,60 0,60 0,61 0,61 0,61 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60
0,00% 0,17% 0,13% 0,12% 0,08% 0,08% 0,08% 0,17% 0,12% 0,17% 0,13% 0,13%
Rata-rata
0,12%
total penurunan tegangan selama 2 hari
2,71%
persentasi penurunan tegangan terhadap waktu
Sumber : Author Gambar 4.4 Kurva Penurunan Tegangan Batere
Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang Terang
Sumber : Author
18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 00.00 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00
0,08%
0,13%
0,02%
Kondisi lampu
Tabel 4.8 Hasil Pegujian Batere Hari 3 Dengan Pengisian
waktu
0,12%
11,95
18.00
5.
KESIMPULAN
Setelah melakukan analisa dan pengujian pada pelalatan, perencangan PJU photovoltaik didapat beberapa kesimpulan sebagai berikut :
Sumber : Author
18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 00.00 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00
0,16% 0,14%
12,03
Waktu (WIB)
Batere
Waktu
12,04
11,98
11,85
Tabel 4.7 Hasil Pegujian Batere Hari 2 Tanpa Pengisian
18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 00.00 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00
0,12%
12,01
Sumber : Author
Waktu
12,05
0,17%
1. Berdasarkan hasil perhitungan dan pengujian bahwa jumlah panel surya yang dibutuhkan pada perancangan PJU photovoltaik adalah sebanyak 1 buah modul surya dengan kapasitas 50 Wp, lebih efisien dengan jumlah beban yang akan disuplai sebesar 12 Watt dengan waktu penyalaan selama 12 jam dan aktualnya sesuai dengan kebutuhan modul PJU photovoltaik. 2. Berdasarkan hasil perhitungan batere dan kapasitas batere pada perancangan PJU Photovoltaik sebanyak 1 buah batere dengan kapasitas 32 Ah, 12 Volt dc, untuk mensuplai beban 144 Wh/perhari, akan tetapi pada aktualnya, perancangan PJU photovoltaik digunakan batere dengan kapasitas 45 Ah, 12 Volt dc, dikarena berdasarkan pertimbangan lokasi penempatan PJU photovoltaik yg berpotensi pengosongan batere selama 3 hari.
Sumber : Author
Program Studi Teknik Elektro Universitas Pakuan Bogor
9
6.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Dedy Russmadi 2007, Mengenal Teknik Elektronika, Pionir Jaya, Bandung. [2] Prihono.,ST.,MT, Dkk 2010, Jago elektronika secara Otodidak, Kawan Pustaka, Jakarta. [3] Sulasno 2009, Teknik Konversi Energi Listrik dan Sistem Pengaturan, Graha Ilmu, Yogyakart [4] Unggul Wibawa.,Ir.,MSc. 2001, Sumber Daya Energi Alternatif, Penerbitan Universitas Brawijaya, Malang.
[10] ........,http://www.panelsurya.com/index. php/home/instalasi-listrik-tenaga-surya. [11] .........,http://energiterbarukanonline.blo gspot.co.id/2012/10/menghitungkebutuhan-tenaga-surya.html. [12] ..........,dokumen.tips/documents/et-pltss01-5-komponen-komponen-plts.html. [13] ..........,SNI 7391 : 2008. [14] .........,http://teknikelektronika.com/jenis -jenis-komponen-elektronika-besertafungsi-dan-simbolnya/
[5] Zuhal, 1995, Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektronika Daya, PT. Gramdia Pustaka Utama, Jakarta. [6] .........,http://alamendah.org/2014/12/08/ pembangkit-listrik-tenaga-suryadiindonesia. [7] .........,http://eprints.undip.ac.id/41408/2/ BAB_II.pdf. [8] .........,http://everythingaboutrenewable. blogspot.co.id. [9] ........,http://gdmenergy.com/datasolusi/ penerangan-jalan-umum-tenaga-suryapjuts-20W-tiang-6m.html.
Program Studi Teknik Elektro Universitas Pakuan Bogor
7.
PENULIS :
1. Budi Mulyawan, ST. Alumni (2016) Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Pakuan Bogor. 2. Prof. Dr. Ir. H. Didik Notosudjono, M.Sc. Guru Besar Staf Dosen Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Pakuan Bogor. 3. Evyta Wismiana, ST.,MT. Staf Dosen Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Pakuan Bogor.
10
