Simposium Nasional Teknologi Terapan (SNTT) 4 2016
ISSN : 2339-028X
UNJUK KERJA PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK TENAGA MATAHARI PADA JARINGAN LISTRIK MIKRO ARUS SEARAH Itmi Hidayat Kurniawan1*, Latiful Hayat2 1,2 Prodi Teknik Elekro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Purwokerto Jl.Dukuhwaluh, Puirwokerto, Jawa Tengah *
Email:
[email protected]
Abstrak Pada Penelitian ini dilakukan pengkajian teknik dasar perancangan PLTS, pengamatan kinerja sistem PLTS pada jaringan mikro arus searah serta untuk mengetahui efisiensi PLTS berdasarkan kondisi geografis khususnya di kota purwokerto. Metode penelitian ini dilakukan dengan pengukuran daya keluaran panel sel surya yang dilakukan dengan dan tanpa beban listrik, Peralatan multimeter digunakan untuk mengukur tegangan dan arus, perangkat kontroler MPPT digunakan untuk pengaturan pengisian dan pengeluaran daya pada PLTS dengan rating arus maksimal 30A, Panel sel surya dengan kapasitas 350 Wp, dan battery 65 Ah. Hasil penelitian menunjukkan bahwa panel surya efisien panel surya 100watt sebesar 12,4% sedangkan efisiensi panel surya 50watt sebesar 29%, Daya yang dihasilkan oleh sistem selama 6 jam pengamatan, dalam kondisi tanpa Beban sebesar 1825,81watt dengan efisiensi kinerja rata-rata 40,12% sedangkan untuk kondisi terhubung dengan beban lampu DC 230 watt diperoleh daya sebesar sebesar 1945,36watt dengan efisiensi kinerja rata-rata 42,75%. Durasi maksimal penggunaan baterai 65AH dengan beban lampu DC 230 Watt adalah sebesar 2 jam 2,712 jam. Kata kunci :efisiensi, Panel Surya, Baterai
1. PENDAHULUAN Pertumbuhan penduduk yang terus meningkat mengakibatkan kebutuhan energi pun terus bertambah. Total kebutuhan listrik di Indonesia selama kurun waktu 17 tahun (2003 s.d. 2020) diperkirakan tumbuh sebesar 6,5% per tahun dari 91,72 TWh pada tahun 2002 menjadi 272,34 TWh pada tahun 2020 (Muclis et al, 2006). Untuk memenuhi kebutuhan energi yang terus meningkat, pemerintah terus mengembangkan berbagai energi alternatif, di antaranya energi terbarukan. Potensi energi terbarukan, seperti biomassa, panas bumi, energi surya, energi air, dan energi angin sampai saat ini belum banyak dimanfaatkan, padahal potensi energi terbarukan di Indonesia sangat besar. Terkait dengan energi surya, sebagai negara tropis Indonesia mempunyai potensi energi surya yang cukup besar. Berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, radiasi surya di Indonesia dapat diklasifikasikan berturut-turut sebagai berikut: untuk kawasan barat dan timur Indonesia dengan distribusi penyinaran di Kawasan Barat Indonesia (KBI) sekitar 4,5 kWh/m2 /hari dengan variasi bulanan sekitar 10%; dan di Kawasan Timur Indonesia (KTI) sekitar 5,1 kWh/m2 /hari dengan variasi bulanan sekitar 9% (www.esdm.go.id). Energi surya merupakan energi ramah lingkungan, sehingga tidak mengherankan apabila energi terbarukan ini dikategorikan sebagai energi masa depan. Penggunaannya dapat diterima oleh masyarakat modern sehingga sudah dikembangkan secara besar-besaran oleh beberapa negara maju. Disamping itu, pemanfaatan energi surya bebas polusi sehingga dampak negatif terhadap lingkungan kecil sekali. Beberapa studi menunjukkan bahwa biaya pembangkit listrik tenaga surya dimasa mendatang akan semakin murah sehingga hal ini memberikan harapan untuk penggunaan energi surya dalam skala yang lebih luas, khususnya di Indonesia. Karenanya, penelitian ini dilakukan untuk menganalisis kinerja pembangkit energi listrik tenaga matahari pada jaringan listrik mikro arus searah sebagai studi awal penelitian tentang pengembangan pembangkitan listrik energi terbarukan. Studi kasus penelitian dilaksanakan dengan menerapkan sistem PLTS yang dihubungkan dengan beban listrik berupa Lampu DC 230 watt. 4. METODE PENELITIAN Penelitian ini merupakan penelitian deskriptif, yaitu melakukan penyelidikan yang tertuju pada pemecahan masalah yang ada pada masa sekarang yaitu melakukan pengamatan pengambilan data dan pengukuran pada panel surya. Metode deskriptif bertujuan untuk menggambarkan sifat 119
Simposium Nasional Teknologi Terapan (SNTT) 4 2016
ISSN : 2339-028X
sesuatu yang tengah berlangsung pada saat riset dilakukan dan memeriksa sebab-sebab dari suatau gejala tertentu. Hal itu dilakukan dengan menghimpun data dan fakta ( fact finding ) sesuai dengan keadaan sebenarnya. Tahapan yang dilakukan dalam pelaksanaan penelitian ini diperlihatkan pada gambar 1. MULAI
Studi Literatur
Perancangan Sistem Pembangkit
Pengujian Pembangkit Listrik
Listrik Tenaga Surya
Tenaga Surya
Perakitan Sistem Pembangkit
Analisa Unjuk Kerja Sistem
Listrik Tenaga Surya SELESAI
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
ο·
Secara spesifik tahapan penelitian yang telah dilaksanakan adalah sebagai berikut: Perancangan Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Dilakukan untuk menyesuaikan komponen-komponen sistem pembangkit listrik tenaga surya yang akan dibangun serta penyesuaian antara perangkat sel surya dengan bagian Beban listrik.
Battery Charger & Controler MPPT30
Solar Cell
Beban Listrik (Lampu DC 12Volt, 230 Watt)
Aki 12V, 40A
Gambar 2. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya ο·
Perakitan Sistem Pembangkit Tenaga Surya
Tahapan ini dilakukan sesuai spesifikasi yang telah ditentukan pada tahap perancangan sistem sesuai dengan Gambar 2. Peralatan yang digunakan untuk melakukan pengumpulan data dalam pembuatan Penelitian ini diantaranya : 1. Sel surya 2x100 Watt dan 3x50watt 2. Voltmeter Digital 3. Amperemeter Max.Range 5 dan 10 A 4. Laptop & Terminal / kabel 120
Simposium Nasional Teknologi Terapan (SNTT) 4 2016
ISSN : 2339-028X
5. Controller (MPPT) 6. Penyimpan Daya (Aki 65AH) III. Hasil Dan Pembahasan 3.1 Perakitan Sistem Pembangkit Tenaga Surya Tahapan ini dilakukan sesuai spesifikasi yang telah ditentukan pada tahap perancangan sistem. Tahap Perakitan Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya, dilakukan sesuai dengan rencana yang telah ditentukan dalam tahap perancangan. Direncanakan Daya keluaran system sebesar 250 watt, dengan menggunakan 4 panel surya (2x100watt dam 3x50watt).
Gambar 3. Instalasi Panel Surya, Kontroler PLTS, Aki, Beban Lampu serta Instrumen Ukur ο· Panel Surya Panel surya yang digunakan memilik tipe Polycrystalin dengan spesifikasi yang diperlihatkan pada tabel 1 untuk panel 100watt dan tabel 2 untuk spesifikasi panel surya 50watt. Tabel 1 Spesifikasi Teknis Panel Surya Spesifikasi teknis Panel Surya 100Watt Spesifikasi teknis Panel Surya 50Watt Parameter Maximum Power (Pm) Open Circuit Voltage (Voc) Short Circuit Current (Isc) Maximum Power Point Voltage (Vmp) Maximum Power Point Current (Imp) Dimension
Nilai 100 W 21,2 V 6,46 A 17,1 V 5,84 A 800*992*35mm
Parameter Maximum Power (Pm) Open Circuit Voltage (Voc) Short Circuit Current (Isc) Maximum Power Point Voltage (Vmp) Maximum Power Point Current (Imp) Dimension
Nilai 50 W 21,6 V 2,96 A 17,6 V 2,85 A 835*540*28mm
ο· Perangkat Pengendali (Controller MPPT) Maximum Power Point Tracking atau sering disingkat dengan MPPT merupakan sebuah sistem elektronik yang dioperasikan pada sebuah panel photovoltaic (PV) sehingga panel photovoltaic bisa menghasilkan power maksimum. Dengan menggunakan system MPPT diharapkan dapat diperoleh titik power maksimum yang bisa dikeluarkan oleh sebuah panel PV dengan memperhatikan daya keluaran dari panel surya, daya masukan dari Aki serta Daya Keluaran Beban. 1) Pengujian Sistem Pembangkit Tenaga Surya Dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja sistem yang dibangun, aktifitas yang dilakukan antara lain:
a. Pengumpulan Data Pengambilan data dilakukan dengan cara melakukan pengukuran pada terminal-terminal keluaran sel surya serta pada terminal masukan dan keluaran Kontroler MPPT 30. Untuk mendapatkan tegangan keluaran sel surya pengukuran nya dengan menggunakan multimeter yang 121
Simposium Nasional Teknologi Terapan (SNTT) 4 2016
ISSN : 2339-028X
terhubung secara paralel pada keluaran terminal positif (+) terhadap terminal negatifnya (-) sementara untuk melakukan pengambilan arus keluaran dari sel surya dengan cara langsung menghubungkan alat ukur multimeter secara seri terhadap terminal positif (+) keluaran sel surya.
Solar Cell 100Wp
A
Battery Charger
V
& Controler MPPT30 Aki 12V, 40A Beban Listrik (Lampu
Gambar 4. Skema Pengukuran Arus dan Tegangan PLTS 2) Analisis Data Dan Pembahasan a. Analisis Unjuk Kerja Panel Surya yang digunakan dalam Penelitian Perhitungan daya pada panel surya, dapat diperoleh menggunakan persamaan berikut: ππππ₯ = πππΆ Γ πΌππΆ Γ πΉπΉ ο· Untuk Panel Surya 100W (Code 20-856) Nilai Fill Factor (FF) untuk panel surya 100W berdasarkan spesifikasi panel surya yang diperlihatkan pada Tabel 5.1 yaitu: πππ Γ πΌππ 17,1 Γ 5,84 99,864 πΉπΉ = = = = 0,729 πππΆ Γ πΌππΆ 21,2 Γ 6,46 136,952 Sehingga nilai keluaran daya maksimum Panel Surya 100W yaitu: ππππ₯ = 21,2 Γ 6,46 Γ 0,729 = 99,83 πππ‘π‘ πππ = (πππ‘πππ ππ‘ππ ππβππ¦π) Γ (ππ’ππ πππππβ ππππ’π ) πππ = 1000 πβπ 2 Γ (0,8 π Γ 0,992 π ) = 1000 Γ 0,793 = 793 πππ‘π‘ Sehingga efisiensi panel Surya 100Watt yaitu: ππππ₯ 99,83 π= Γ 100% = Γ 100 = 12,5 % πππ 793 ο· Untuk Panel Surya 50W (Code 20-888) Nilai Fill Factor (FF) untuk panel surya 50W berdasarkan spesifikasi panel surya yang diperlihatkan pada Tabel 5.2 yaitu: πππ Γ πΌππ 17,6 Γ 2,85 50,16 πΉπΉ = = = = 0,779 πππΆ Γ πΌππΆ 21,6 Γ 2,98 64,368 Sehingga nilai keluaran daya maksimum Panel Surya 100W yaitu: ππππ₯ = 21,6 Γ 2,98 Γ 0,779 = 50,14 πππ‘π‘ πππ = (πππ‘πππ ππ‘ππ ππβππ¦π) Γ (ππ’ππ πππππβ ππππ’π ) πππ = 1000 πβ 2 Γ (0,635 Γ 0,540 ) = 1000 Γ 0,3429 = 342,9 πππ‘π‘ π Sehingga efisiensi panel Surya 50Watt yaitu: ππππ₯ 99,83 π= Γ 100% = Γ 100 = 29,11 % πππ 342,9
b. Analisis Unjuk Kerja Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Penelitian ini merupakan suatu langkah untuk mengetahui kinerja sel surya dalam menghasilkan energi listrik serta untuk mengetahui daya listrik yang dihasilkan oleh sel surya. Hasil pengujian secara detail ditunjukkan pada tabel 2 dan 3. Tabel 2. Pengujian Pembangkit Listrik Tenaga Surya (Panel Surya 350watt) Tidak Terhubung Dengan Beban 122
Simposium Nasional Teknologi Terapan (SNTT) 4 2016
No
Waktu
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
09.00 09.30 10.00 10.30 11.00 11.30 12.00 12.30 13.00 13.30 14.00 14.30 15.00
Vout Solar Cell (Volt) 19,6 19,6 19,8 19,7 19,6 19,3 19,3 19,3 19,3 19,43 19,4 19,3 19,3
ISSN : 2339-028X
Vout Solar Cell MPPT (Volt) 14 14,6 14 14 14 14 14 14 14 14 14 13,8 14,5
Iout Solar Cell (A) 11,6 11,6 11,5 12,1 11,5 11,6 9,6 9,9 6,6 10,3 10,4 7 6,1
Rata-rata
Power Solar Cell (W) 162,4 169,36 161 169,4 161 162,4 134,4 138,6 92,4 144,2 145,6 96,6 88,45
46,4 48,38857 46 48,4 46 46,4 38,4 39,6 26,4 41,2 41,6 27,6 25,27143
1825,81
40,12769
Efisiensi (%)
Berdasarkan Tabel 2 diperlihatkan bahwa, daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga surya selama 6 jam pengamatan, dalam keadaan tanpa Beban sebesar 1825,81watt dengan efisiensi kinerja rata-rata 40,12%
Daya (P=V.I)
300 200 100
09.00 09.30 10.00 10.30 11.00 11.30 12.00 12.30 13.00 13.30 14.00 14.30 15.00
0
Waktu
Gambar 5. Perbandingan Daya dan Waktu Pembangkit Listrik Tenaga Surya Saat Tidak Terhubung Dengan Beban Pada tabel 2, diperlihatkan hasil pengamatan pembangkit listrik tenaga surya dengan menggunakan Beban Lampu DC sebesar 230watt. Diperlihatkan bahwa, daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga surya selama 6 jam pengamatan, dalam keadaan terhubung dengan beban lampu Dc sebesar 230 watt diperoleh daya sebesar sebesar 1945,36watt dengan efisiensi kinerja rata-rata 42,75%.
123
Simposium Nasional Teknologi Terapan (SNTT) 4 2016
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
ISSN : 2339-028X
Tabel 3. Pengujian Pembangkit Listrik Tenaga Surya (Panel Surya 350watt) Terhubung Dengan Beban 230watt Vout Vout Iout Pout Waktu Solar Cell Solar Cell Solar Cell Efisiensi Solar Cell (W) (Volt) (MPPT) (A) 09.00 19,6 14 11,9 166,6 47,6 09.30 19,6 13,08 13,2 172,656 49,33029 10.00 19,8 14 12,6 176,4 50,4 10.30 19,7 13,3 13,7 182,21 52,06 11.00 19,6 13,5 14,7 198,45 56,7 11.30 19,3 13,4 13,9 186,26 53,21714 12.00 19,3 13,09 9,4 123,046 35,156 12.30 19,3 13,2 9,9 130,68 37,33714 13.00 19,3 13,5 10,6 143,1 40,88571 13.30 19,43 13,2 9,9 130,68 37,33714 14.00 19,4 13,2 11,3 149,16 42,61714 14.30 19,3 13,2 7,4 97,68 27,90857 15.00 19,3 13,2 6,7 88,44 25,26857 Rata-rata 1945,362 42,75521
Pout Solar Cell
250 200 150 100 50
09.00 09.30 10.00 10.30 11.00 11.30 12.00 12.30 13.00 13.30 14.00 14.30 15.00
0
Waktu
Gambar 6. Perbandingan Daya dan Waktu Pembangkit Listrik Tenaga Surya Saat Terhubung Dengan Beban Listrik DC 230watt Berdasarkan Hasil Pengamatan dapat diketahui apabila tidak ada pengaruh yang signifikan saat PLTS dihubungkan dengan Beban dan Tanpa Beban, Nilai efisiensi pada masing-masing kondisi tidak terjadi perubahan yang signifikan. Pada Pengamatan PLTS dapat diketahui bahwa efisiensi kinerjanya rata-rata 41% sehingga masih memiliki rugi-rugi daya sebesar 28%.
c. Analisis Unjuk Kerja Pemakaian Baterai Pada Penelitian ini digunakan beban listrik mikro arus searah menggunakan Lampu DC 230 watt, Sedangkan baterai yang digunakan jenis baterai sekunder dengan kapasitas 65Ah dengan tegangan kerja 12Volt. Berdasarkan parameter-parameter tersebut dapat dihitung lamanya waktu maksimal pemakaian baterai jika tidak mendapat masukan daya dari panel surya. Perhitungan waktu pemakaian baterai diperlihatkan pada perhitungan dibawah ini: π·ππ¦π(π ) π΄ππ’π πππ π‘πππ (πΌ) = βππππππππ π΅ππ‘ππππ (π) π΄ππ’π πππ π‘πππ (πΌ) = 230π€ππ‘π‘β12π£πππ‘ = 19,16 π΄πππππ Sehingga waktu pemakaian maksimal baterai (T MAX): πππ΄π = 65π΄π»β19,16π΄ = 3,39 πππ Baterai memiliki dengan tingkat disefisiensi sebesar 20% sehingga: 124
Simposium Nasional Teknologi Terapan (SNTT) 4 2016
ISSN : 2339-028X
πππ΄π = 3,39 β (0,2 Γ 3,39) = 3,39πππ β 0,678 πππ πππ΄π = 2,712 π½ππ (2 π½ππ 42 πππππ‘ 72 π·ππ‘ππ)
IV. KESIMPULAN Berdasarkan hasil pembahasan dalam penelitian ini, maka dapat disimpulkan bahwa 1) Panel surya yang digunakan pada perangkat ini berjenis Polycrystalin dengan efisien panel surya 100watt sebesar 12,4% sedangkan efisiensi panel surya 50watt sebesar 29% 2) Modul Panel Surya telah dirangkai dengan menggunakan 5 sel yang dirangkai secara seri. 3) Daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga surya selama 6 jam pengamatan, dalam keadaan tanpa Beban sebesar 1825,81watt dengan efisiensi kinerja rata-rata 40,12%. 4) PLTS dalam keadaan terhubung dengan beban lampu DC sebesar 230 watt diperoleh daya sebesar sebesar 1945,36watt dengan efisiensi kinerja rata-rata 42,75%. 5) Rendahnya efiensi daya pada PLTS, kemungkinan dikarenakan karena tipe dari kontroler MPPT30 yang tidak dapat secara optimal. Kontroler yang digunakan hanya menerapkan metode PWM dalam sistem operasi sehingga mengakibatkan kualitas daya listriknya menjadi tidak optimal V. DAFTAR PUSTAKA Esram, T., & Chapman, P. L., 2007. Comparison of Photovoltaic Array Maximum Power Point Tracking Techniques. Energy Conversion, IEEE Transactions on , 22 (2), 439 - 449 Moch.Muchlis, Adi Darma Permana, 2006, Proyeksi Kebutuhan Listrik PLN Tahun 2003 S.D. 2020. Pengembangan Sistem Kelistrikan dalam Pembangunan Nasional Jangka Panjang, BPPT Pemanfaatan Energi Surya Di Indonesia, www.esdm.go.id (diakses 1 april 2016 jam 11.34 WIB) M. Riβfan dkk., 2012, Optimasi Pemanfaatan Energi Listrik Tenaga Matahari di Jurusan Teknik Elektro Universitas Brawijaya, Jurnal EECCIS Vol.6, No.1 Teguh Utomo, 2009, Kajian Kelayakan Sistem Photovoltaik sebagai pembangkit daya listrik skala rumah tangga (Studi Kasus di Gedung VEDC Malang), Jurnal EECCIS Vol.III, No.1 Pangestuningtyas dkk, Analisis pengaruh sudut Kemiringan Panel Surya terhadap radiasi matahari yang diterima oleh panel surya tipe array tetap, Universitas Diponegoro, Semarang Chenni, R. , Makhlouf, M., Kerbache, T., and Bouzid, A., 2007, A Detailed Modeling Method for Photovoltaic Cells. Amsterdam. Journal of Energi, Volume 32, Issue 9, pp. 1724- 1730. Youness, S., Claywell, R., and Muneer, T., 2005, Quality Control of Solar Radiation Data: Present Status and Proposed New Approaches, Amsterdam, Journal of Energi, Volume 30, Issue 9, pp. 1533-1549 Pucar, M. D., Despic, A. R., 2002, The Enhancement of Energi Gain of Solar Collectors and Photovoltaic Panels by The Reflection of Solar Beams. Amsterdam, Journal of Energy, Volume 27, Issue 3, pp. 205-223. Takle, E. S., and Shaw, R. H., 2007, Complimentary Nature of Wind and Solar Energi at a Continental Mid-Latitude Station. New York. International Journal of Energi Research, Volume 3, Issues 2, pp. 103-112
125
