POLITEKNOLOGI VOL. 15 No. 2 MEI 2016
REKAYASA SISTEM MULTI HYBRID SUMBER TENAGA LISTRIK UNTUK KEHANDALAN SISTEM TENAGA LISTRIK ( STUDI KASUS RUANG SERVER MIS ) Wisnu Hendri Mulyadi¹ dan Anwar Said² ¹,² Staff Pengajar Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Jakarta Jalan. Prof. DR.G.A Siwabessy, Kampus Universitas Indonesia Depok Email: ¹
[email protected], ²
[email protected]
ABSTRACT Power supply Server system and pabx network exist in space MIS (management information system), hold part of vital importance, because in area has centre from all communication system, like internet communication, intranet, communication system pabx networking, data processing centre system and communication with centre and system network, so that will need power supply continually back up load so that data communication system not until disconnected will can damage and loss data comunication and information. system hybrid power supply come from network feeder PLN and genset with otherly based on from sun energy power station (PLTS). third electricity source mutual back up power supply if one of the source has disturbance. to be more reliability increase from power supply system output from to three sources not direct supply into load but step into system uninterruptable power supply (UPS). output from ups that directly supply load. planning power suply will increase system reliability and decrease system failure level power suply to supply vital load that is server communication space and pabx. Keywords : PLTS, Hybrid, MIS, UPS
ABSTRAK Sumber Tenaga Sistem Server dan PABX yang ada di ruang MIS ( Management Information System ), memegang peranan sangat penting, karena pada area tersebut merupakan pusat dari segala sistem komunikasi, baik untuk komunikasi internet, intranet, sistem komunikasi PABX, sistem pusat pengolahan data dan komunikasi dengan pusat dan jaringan sistem, sehingga di perlukan power supply yang secara terus menerus dapat mensupply beban agar sistem komunikasi data tidak sampai terputus yang akan mengakibatkan kerugian yang tidak di inginkan. Perencanaan sumber tenaga listrik untuk memback up sumber listrik ruang server MIS menggunakan sumber yang berasal dari jaringan feeder PLN dan genset serta yang lain bersumber dari Pembangkit listrik tenaga surya ( PLTS ). Ketiga sumber listrik tersebut akan saling memback up jika salah satu sumber mengalami gangguan. Untuk lebih menambah kehandalan dari sistem tersebut output dari ke tiga sumber tersebut tidak langsung masuk ke beban melainkan masuk ke sistem Uninterruptable Power Supply ( UPS ), Output dari UPS yang akan mensuply beban. Perencanaan power suply tersebut akan meningkatkan kehandalan sistem dan mengurangi tingkat kegagalan sistem power suply untuk mensuply beban vital yaitu ruang komunikasi server dan PABX. Kata Kunci : PLTS, Hybrid, MIS, UPS
PENDAHULUAN kontinitas pelayanan energi listrik sangat di perlukan khususnya beban beban yang bersifat vital seperti komponen di ruang operasi, sistem komunikasi data server dan PABX pada bidang komunikasi dan Laminar air flow sistem pada industri farmasi untuk sediaan sterill, maka diperlukan sumber energi listrik lain untuk memback up sumber energi yang telah ada serta menambahkan sistem 111
kompensasi agar beban tidak sempat mengalami padam apabila salah satu sumber energi tersebut mengalami gangguan. Sistem Server dan PABX yang ada di ruang MIS ( Management Information System ), memegang peranan sangat penting, karena pada area tersebut merupakan pusat dari segala sistem komunikasi, baik untuk komunikasi internet, intranet, sistem komunikasi PABX, sistem pusat pengolahan data dan
Wisnu Hendri M dan Anwar Said, Rekayasa Sistem Multi Hybrid...
komunikasi dengan pusat dan jaringan sistem, sehingga di perlukan power supply yang secara terus menerus dapat mensupply beban agar sistem komunikasi data tidak sampai terputus yang akan mengakibatkan kerugian yang tidak di inginkan. Pemakaian multi sumber listrik yaitu sumber yang berasal dari jaringan feeder PLN dan genset serta yang lain bersumber dari Pembangkit listrik tenaga surya ( PLTS ). Ketiga sumber listrik tersebut akan saling memback up jika salah satu sumber mengalami gangguan. Untuk lebih menambah kehandalan dari sistem tersebut output dari ke tiga sumber tersebut tidak langsung masuk ke beban melainkan masuk ke sistem Uninterruptable Power Supply ( UPS ). Output dari UPS yang akan mensuply beban. Perencanaan power suply tersebut akan meningkatkan kehandalan sistem dan mengurangi tingkat kegagalan sistem power suply untuk mensuply beban vital yaitu ruang komunikasi server dan PABX. Tinjauan pustaka Solar Cell System Energi surya adalah radiasi yang diproduksi oleh reaksi fusi nuklir pada inti matahari. Matahari mensuplai hampir semua panas dan cahaya yang diterima bumi untuK digunakan makhluk hidup. Energi surya sampai kebumi dalam bentuk paket-paket energi yang disebut foton. Radiasi surya dipancarkan dari fotoshpere matahari pada temperatur 6000K, yang memberikan distribusi spektrumnya mirip dengan distribusi spektrum black body. Dengan melalui atmosfer bumi, radiasi surya diatenuasikan oleh berbagai partikel diantaranya molekul udara, aerosol, partikel debu, dll sehingga menghasilkan spektrum seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Spektrum sinar matahari Sel surya atau fotovoltaik adalah perangkat yang mengkonversi radiasi sinar matahari menjadi energi listrik. Efek fotovoltaik ini ditemukan oleh Becquerel pada tahun 1839, dimana Becquerel mendeteksi adanya tegangan foto ketika sinar matahari mengenai elektroda pada larutan elektrolit. Pada tahun 1954 peneliti di Bell Telephone menemukan untuk pertama kali sel surya silikon berbasis p-n junction dengan efisiensi 6%. Sekarang ini, sel surya silikon mendominasi pasar sel surya dengan pangsa pasar sekitar 82% dan efisiensi lab dan komersil berturut-turut yaitu 24,7% dan 15%., perinsip kerja solar cell terlihat pada gambar 2.
Gambar 2. Perinsip kerja solar cell Ketka junction disinari, photon yang mempunyai energi sama atau lebih besar dari lebar pita energi silicon tersebut akan menyebabkan eksitasi silicon dari pita valensi ke pita konduksi dan akan
112
POLITEKNOLOGI VOL. 15 No. 2 MEI 2016
meninggalkan hole pada pita valensi. Elektron dan hole ini dapat bergerak dalam material sehingga menghasilkan pasangan silicon-hole. Apabila ditempatkan hambatan pada terminal sel surya, maka silicon dari area-n akan kembali ke area-p sehingga menyebabkan perbedaan potensial dan arus akan mengalir Perinsip Kerja Generator Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Generator ini memperoleh energi mekanis dari prime mover. Generator arus bolak-balik (AC) dikenal dengan sebutan alternator. Generator diharapkan dapat mensuplai tenaga listrik pada saat terjadi gangguan, dimana suplai tersebut digunakan untuk beban prioritas. Sedangkan genset (generator set) merupakan bagian dari generator. Genset merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Genset atau sistem generator penyaluran adalah suatu generator listrik yang terdiri dari panel, berenergi solar dan terdapat kincir angin yang ditempatkan pada suatu tempat. Genset dapat digunakan sebagai sistem cadangan listrik atau "off-grid" (sumber daya yang tergantung atas kebutuhan pemakai). Genset sering digunakan oleh rumah sakit dan industri yang mempercayakan sumber daya yang mantap, seperti halnya area pedesaan yang tidak ada akses untuk secara komersial menghasilkan listrik. Perinsip Kerja UPS Uninterruptible Power Supply (UPS) merupakan peralatan yang sering digunakan sebagai sumber daya alternatif sementara apabila suplai listrik pada catu daya utama tiba-tiba mati. UPS banyak digunakan sebagai sumber daya alternatif pada peralatan elektronika baik yang digunakan oleh personal, perkantoran, rumah sakit maupun industri. Biasanya
113
UPS dirangkaikan dengan peralatan seperti komputer pribadi, komputer pusat data, alat-alat kesehatan, alat-alat industri dan berbagai alat lain yang dijaga agar tetap berfungsi sementara saat pasokan listrik ke alat tiba-tiba terputus. Suplai daya alternatif dari UPS berasal dari baterai yang ada di dalamnya, sehingga pada umumnya hanya berfungsi selama beberapa menit saja tergantung dari jenis dan spesifikasi masing-masing UPS serta beban yang terhubung dengannya. Saat aliran listrik utama yang melalui UPS terputus, sistem dalam UPS akan menggunakan energi yang tersimpan dalam baterai tersebut untuk mensuplai energi ke beban. Sistem kerja UPS terlihat pada gambar 3.
Gambar 3. Sistem kerja UPS UPS (Uninterruptible Power Supply) adalah sebuah peralatan elektronik yang berfungsi memberikan catu sementara ketika listrik dari PLN padam. Gambar 6 menunjukkan bagan sebuah UPS. Gambar 6 Blok diagram UPS Ada dua jenis UPS, yaitu UPS non kotinyu dan UPS kontinyu. Pada UPS non kontinyu inverter hanya bekerja bila tidak ada AC input, sedangkan bila ada AC input, output UPS akan dihubungkan langsung dengan AC input tersebut. Pemindahan output UPS dari AC input ke inverter, menggunakan sakelar elektronik dengan waktu transfer sekitar 4 ms. Pada UPS kontinyu, inverter bekerja terus menerus baik ada atau tidak ada AC input, jadi pada output UPS tidak ada transfer pensakelaran atau dapat dikatakan waktu transfer adalah 0 detik.
Wisnu Hendri M dan Anwar Said, Rekayasa Sistem Multi Hybrid...
METODE PENELITIAN Kondisi Normal Operasi Pada normal kondisi beban hanya di supply oleh dua sistem pembangkit, yaitu PLN dan sistem PLTS, pada saat Luar Waktu Beban Puncak (LWBP) beban akan di supply PLN, sedangkan pada waktu beban puncak (WBP) beban di supply oleh sistem PLTS. Dimana PLN memberlakukan sistem biaya Rp/Kwh menjadi dua kategori waktu, yaitu LWBP pada jam 07.00 wib – 18.00 wib dan 22.00 wib – 07.00. dan waktu beban puncak pada waktu 18.00 – 22.00. diagram ram flow chart Seperti terlihat pada diagram berikut :
secara kontinue, dalam keadaan gangguan pembagkit yang lain akan saling mem back up pembangkit lain jika mengalami gangguan. Gangguan dapat terjadi karena pembangkit tersebut mengalami trip atau overload sehingga di perlukan sinkronisasi. Diagram flow pada kondisi gangguan dapat di lihat pada diagram flow berikut A
PLN Mengalami gangguan
UPS Bekerja Mem Back UP masa Transisi
Genset 1 ON ( 1250 KVA )
Apakah gangguan PLN normal
PLN ON
Apakah G1 Gangguan
Mulai
UPS Bekerja mem Back UP masa transisi
Generator G2 ON ( 250 KVA )
Operasi Kerja PLN di luar jam 18.00 – 22.00
Beban Di suplay PLN
Apakah Gangguan PLN Normal
Apakah G2 Gangguan
Apakah G2 Over Load
Apakah Terjadi gangguan PLN
Ya
Sinkronisasi G2 dan G3
Lihat Kondisi Gangguan
Tidak
Tidak
A
UPS Bekerja mem Back UP masa transisi Generator 3 ON ( Genset 250 KVA )
Apakah Gangguan PLN Normal
Apakah Genset 3 Gangguan
Apakah Waktu menunjukkan jam 18.00
UPS Bekerja untuk mem Back UP masa transisi
PLTS ON
Ya Apakah Gangguan PLN Normal
Apakah Waktu beban Puncak
Beban di suplay PLTS
Gambar 4. Flow chart diagram kondisi gangguan Ya
Apakah PLTS mengalami gangguan
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tidak
Apakah Waktu menunjukkan jam 22.00
Tidak
Ya
Gambar 4. Flow chart diagram kondisi normal Kondisi Operasi gangguan Pada kondisi gangguan sistem pembangkit mempertahankan agar supply beban mengalami kontinitas pelayanan
Berikut ini adalah perencanaan hybrid system yang di aplikasikan pada ruang server dimana ruangan tersubut memegang peranan sangat vital dalam system informasi data dengan setting UP beban yang tidak pernah berhenti beroperasi Pada perencanaan hybrid system ini memadukan system power supply bersumber dari tiga supply yaitu photovoltaic suplly, generator set dan supply dari PLN.
114
POLITEKNOLOGI VOL. 15 No. 2 MEI 2016
PLN 400 KVA OUTPUT MIS
Single Line Diagram Perencanaan system daya pada ruang server secara sederhana dapat digambarkan “single line diagram” nya sebagai berikut :
G1 G2
G3 PLN2
PLTS
Incomming PLN Trafo 400 KVA
Gambar 6. Diagram logic sistem hybrid
INTERLOCK
PANEL WORKSHOP
Analisa pembangkit sebagai fungsi waktu Keadaan normal kondisi :
PANEL SOFTGELL GENSET SUPPLY 250 KVA
PANEL BOILER
SINKRONISASI
PANEL AHU 4,5 EXISTING
Waktu PANEL LAUNDRY
Operasi
GENSET 2 SUPPLY 250 KVA INTERLOCK PANEL HYDRANT
Jam 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 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00
PLN
BEBAN
PANEL BATTRY CHARGE
G1
PENERANGAN SPARE UPS SISTEM PANEL MIS SEVER MIS GENSET 3 SUPPLY 1050 KVA
G2
INTERLOCK
PP WWTP
SERVER MIRROW
G3
PP. POMPA 1 AIR CONDITIONER
PP. POMPA 2
PLN SUPPLY Trafo 1250 KVA
PDU NB
PLN
PLTS
PDM NB.2 P. CHILLER 1
UPS
P. CHILLER 2 PANEL PHOTOVOLTAIC
P. DEPWELL
Beban
P. KOMPRESSOR
BATTRY CHARGE CONTROL
INVERTER
INTERLOCK
BATTRY BANK
Gambar 5. Single line diagram ruang server Sistem management Kerja Hybrid Hibridasi antara PLTS PLN dan generator set bertujuan untuk mendapatkan kekontinuan pasokan (supply) listrik ke beban sehingga beban akan semakin handal dan ketika pembangkit yang sedang mensuplai listrik ke beban tibatiba mengalami trip, maka pembangkit yang lain akan segera menggantikannya secara otomatis melalui switch pengatur. Pada gambar akan di perlihatkan system logic diagram pembangkit di mana pengaturan operasi kerja dari pembangkit dapat terlihat dengan jelas
115
Gambar 7. pembangkit fungsi waktu normal kondisi Dalam keadaan normal kondisi supply beban di pikul oleh PLN pada trafo1250 KVA pada jam 08.00 – 18.00 dan pada 22.00 – 07.00 dan pada jam 18.00 – 22.00 beban di ruang MIS di supply oleh system PLTS hal ini bertujuan untuk menghindari beban puncak oleh PLN dan menghemat pemakaian listrik karena PLN mematuk tariff ganda pada waktu beban puncak. Transisi antara peralihan supply dari PLN ke PLTS di supply oleh UPS, sehingga tidak terjadi pemadaman di beban pada saat transisi tersebut. Kondisi Gangguan Macam macam kondisi gangguan pada sistem sumber daya listrik sistem hybrid adalah :
Wisnu Hendri M dan Anwar Said, Rekayasa Sistem Multi Hybrid...
Gangguan system PLN Waktu Operasi
Gangguan pada PLN G1,G2
Jam
Waktu Operasi
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 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00
PLN
Jam 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 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00
PLN
G1
G1 G2
G2 G3
G3 PLTS
PLTS UPS
UPS Beban
Beban
Gambar 8. Pembangkit fungsi waktu gangguan PLN
Gambar 10. Pembangkit fungsi waktu gangguan PLN dan G1,G2
Gangguan Genset 1 dan PLN Waktu Operasi
Jam
Gangguan PLN, G1,G2,G3
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 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00
Waktu Operasi
PLN
Jam 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 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00
PLN
G1 G1
G2 G2
G3 G3
PLTS PLTS
UPS UPS
Beban Beban
Gambar 9. Pembangkit fungsi waktu gangguan PLN,G1
Gambar 11. Pembangkit fungsi waktu gangguan PLN, G1,G2,G3. Analisa Kehandalan Sistem dalam keadaan kondisi normal beban di supply oleh sumber tegangan berasal dari PLN, sumber PLN akan mensuply beban pada jam 06.00 BBWI sampai dengan pukul 18.00 BBWI dan jam 22.00 BBWI sampai dengan 07.00 BBWI pagi. Sedangkat pada jam 18.00 – 22.00 BBWI suplly beban akan di tanggung oleh system PLTS, melalui system timer pada system interlock power supply antara PLTS dan PLN/Genset, penggantian power supply antara PLTS ke PLN ataupun sebaliknya tidak sempat terjadi pemadaman sesaat karena pada ujung
116
POLITEKNOLOGI VOL. 15 No. 2 MEI 2016
hybrid system di pasang system UPS. Hal ini terjadi terus secara berulang selama kondisi gangguan tidak terjadi. Pada saat terjadi kondisi gangguan, apabila supply PLN mengalami gangguan, maka secara otomatis tidak kurang selama 10 detik supply dari genset dengan urutan perioritas yang akan beroperasi adalah G1,G2 dan G3 berturut turut akan bekerja menggantikan power supply PLN yang mengalami gangguan, interlock system akan bekerja untuk mengswitch oper power supply jeda waktu mati power supply selama 10 detik beban di supply oleh system UPS, apabila gangguan supply PLN telah normal kembali maka setelah sistem control akan mengembalikan power supply kembali ke PLN dan generator set akan segera di non aktifkan. Pada saat system PLTS mensupply beban, dan tiba-tiba mengalami gangguan maka system control interlock PLTS dan PLN/Genset mendeteksi adanya loss power sehingga supply PLN akan masuk untuk menggantikan system PLTS yang mengalami gangguan, dan apabila system PLTS telah pulih kembali maka system control akan mendeteksi signal sehingga akan memutuskan supply PLN dan kembali memasukkan supply system PLTS, system beban tetap tidak pernah mengalami padam power supply karena di back UP oleh UPS. Apabila pada satu waktu terjadi gangguan di ketiga system hybrid, beban masih dapat mendapat power supply sementara untuk mengrecovery data dan program shur down system karena masih mendapat Back UP dari UPS.
KESIMPULAN DAN SARAN
2.
3.
DAFTAR PUSTAKA [1]
[2]
[3]
[4]
Dari hasil pengumpulan data dan hasil perhitungan dan analisaterhadap system hybrid, maka dapat disimpulkan beberapa hal, yaitu : 1. Telah dibuat sistem Multi hybrid sumber daya listrik ruang server
117
MIS untuk kehandalan sistem tenaga listrik Pembangkitan fungsi waktu dapat di kategorikan menjadi dua kondisi yaitu pada normal kondisi dan kondisi gangguan, pada normal kondisi PLN dan PLTS bekerja bergantian dalam sehari dimana pembagian beban dilakukan pada jam 08.00 – 18.00 dan 22.00 – 08.00 di supply oleh system PLN dan pada jam 18.00 – 22.00 supply listrik berasal dari system PLTS, hal ini bertujuan untuk menghindari beban puncak PLN dan anjuran dari PLN untuk mengurangi daya pada waktu beban puncak, sedangkan pada kondisi gangguan terjadi apabila gangguan pada normal kondisi tidak tercapai. Dari sisi kehandalan system beban di supply oleh berbagai macam pembangkit sehingga sangat handal, urutan pembangkitan untuk kehandalan system adalah PLN, Genset 1, genset 2, genset 3, PLTS dan UPS
[5]
Hankins, Mark. 1991. Small Solar Electric Systems for Africa. Motif Creative Arts, Ltd. Kenya. Lubis, Abubakar dan Adjat Sudrajat. 2006. Listrik Tenaga Surya Fotovoltaik. BPPT Press, Jakarta. Strong, Steven J and William G. Scheller. 1993. The Solar Electric House. Chelsea Green ISBN 09637383-2-1 Rosyid, Abdul. 2011. Presentasi kuliah Photo voltaic. Program pasca sarjana ISTN. Wilman Septiana. 2007. Pembuatan Prototipe Solar Cell Murah dengan Bahan Organik-Inorganik (Dyesensitized Solar Cell).Institut Teknologi Bandung.
Wisnu Hendri M dan Anwar Said, Rekayasa Sistem Multi Hybrid...
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
Liem Ek Biem. Ishak, Kasim. Wibowo, Wahyu. 2008. Perancangan Sistem Hybrid Pembangkit Listrik Tenaga Surya dengan Jala-jala Listrik PLN untuk Rumah Perkotaan. FTI Universitas Trisakti. Rahardjo, Irawan. Fitriana, Ira. Analisa Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Surya di Indonesia. Strategi Penyediaan Listrik Nasional dalam Rangka Mengantisipasi Pemanfaatan PLTU Batubara Skala Kecil PLTN, dan Energi Terbarukan Vitta-Q. 2011. Struktur dan Cara Kerja Lead Acid Battery Accu. www.vitta-q.com Sulaiman. 2011. “ Pembangkit Listrik Tenaga Matahari “. Dosen Universitas Bina dharma. Ir. SardonoSarwito, Msc. Indra Ranu Kusuma, ST,Msc. Didik Setiawan. 2010. “Analisa Teknis dan Ekonomis Penerapan Sel Surya untuk Kebutuhan Penerangan Jembatan Suramadu, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, FTKITS Imam Sudrajat, Prio Wibowo, Aditia Nur Bakti. 2010. “ Pengujian Radiasi Elektomagnetik Uninterruptable Power Supply ( UPS ) berdasarkan Standar BS-SN 62040-2 “. Prosiding PPI Standarisasi. FVG Energy s.p.A, 2012. “ Manual For Installation Use and Maintenance of FVG EnergyPhotovoltaic Modules “ www.fvgenergy.com Arie Septia Yudha, Agung Warsito, Karnoto. “ Perancangan Inverter jenis Push-Pulldan ON-OFF Battry Charge Regulator ( BCR ) Pada Aplikasi Photovoltaic Sebagai sumber Energi Untuk Pompa air atau Penerangan “. Jurusan Teknik Elektro, Universitas Diponegoro.
118
