KAJIAN KELAYAKAN SISTEM PHOTOVOLTAIK SEBAGAI PEMBANGKIT DAYA LISTRIK SKALA RUMAH TANGGA

KAJIAN KELAYAKAN SISTEM

PHOTOVOLTAIK SEBAGAI PEMBANGKIT

DAYA LISTRIK SKALA RUMAH TANGGA

(STUDI KASUS DI GEDUNG VEDC MALANG)

Teguh Utomo B.

Tujuan dan Manfaat Abstract—Pemakaian sistem photovoltaik di gedung

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengkaji kelayakan

VEDC Malang yang digunakan untuk mensuplai beban

pemanfaatan sistem photovoltaik, baik secara teknis

pertamanan adalah salah satu contoh aplikasi pemanfaatan

maupun ekonomis, bila dibandingkan dengan sistem photovoltaik untuk memanfaatkan energi surya.

Hasil kajian penggunaan sistem photovoltaik untuk penggunaan energi listrik PT PLN, khususnya untuk

beban pertamanan (yang diasumsikan sebagai beban

skala rumah tangga.

rumah tangga) menunjukkan bahwa prosentase jatuh

Sedangkan manfaat penelitian adalah memberikan

tegangan pada sistem photovoltaik terbesar terjadi pada

solusi penyediaan energi listrik bagi masyarakat melalui

saat kondisi cuaca mendung dan jatuh tegangan terkecil pemanfaatan energi terbarukan yang ada di Indonesia. terjadi pada saat kondisi cuaca cerah. Hasil analisis juga menunjukkan bahwa modul surya dan kemampuan baterai C.

Metodologi yang digunakan juga tidak bekerja secara efisien. Pada

Metodologi yang dilaksanakan pada penelitian ini

aspek ekonomis, biaya per kWh sistem photovoltaik juga

adalah sebagai berikut:

lebih mahal apabila dibandingkan dengan beaya per kWh

1. Pengambilan data klimatologi pada lokasi dari listrik PT PLN. penelitian yang meliputi: data radiasi rata-rata

Akhirnya dapat disimpulkan bahwa penggunaan sistem

harian, intensitas radiasi bulanan, cuaca hujan dan

photovoltaik dengan studi kasus di gedung VEDC Malang masih belum efisien dan mahal. temperatur udara.

2. Pengujian pengaruh kemiringan sel surya terhadap Kata Kunci : Photovoltaik, jatuh tegangan, kWh energi yang dibangkitkan.

3. Pengujian modul surya pada saat berbeban untuk

I. PENDAHULUAN mengetahui prosentase jatuh tegangan (dengan kondisi cuaca: cerah, berawan dan mendung).

Latar Belakang

4. Analisis teknis – ekonomis pemanfaatan sistem photovoltaik bila dibandingkan dengan listrik PT Energi surya merupakan energi ramah lingkungan, PLN, untuk skala rumah tangga. sehingga tidak mengherankan apabila energi terbarukan ini dikategorikan sebagai energi masa depan.

Penggunaannya dapat diterima oleh masyarakat modern

II. TINJAUAN PUSTAKA sehingga sudah dikembangkan secara besar-besaran oleh

beberapa negara maju. Disamping itu, pemanfaatan Prinsip sel surya energi surya bebas polusi sehingga dampak negatif Sel surya dalam keadaan tidak mendapat sinar terhadap lingkungan kecil sekali. mempunyai prinsip kerja yang sama seperti dioda. Beberapa studi menunjukkan bahwa biaya pembangkit

Setelah sel surya mendapat sinar matahari yang jatuh listrik tenaga surya di masa mendatang akan semakin di permukaan N-Si, maka besarnya energi yang diserap murah sehingga hal ini memberikan harapan untuk sebesar h v, atau biasanya disebut photon. Energi penggunaan energi surya dalam skala yang lebih luas, photon yang cukup besar dapat melepaskan elektron khususnya di Indonesia. Karenanya, penelitian ini pada daerah bebas muatan, sehingga terjadi elektron dilakukan untuk mengkaji kelayakan penggunaan energi bebas dan lubang. surya, baik pada aspek teknis maupun aspek ekonomis.

Studi kasus penelitian dilaksanakan di gedung VEDC Malang. Sebagai suplai daya digunakan beban pertamanan yang ada di gedung VEDC.

Teguh Utomo adalah Dosen Jurusan Teknik Elektro Fakultas Gambar 1. Penampang sebuah sel surya Teknik Universitas Brawijaya, Jln. MT Haryono No. 167 Malang

Apabila kutub positif dan negatif dihubungkan dengan

(65145) Telp./Fax. 0341-554166

voltmeter maka akan terlihat adanya beda potensial dan

2.4

Pout Voc Isc FF bila dihubungkan dengan beban akan mengalir arus . .

η = = Pin S F .

listrik. dimana:

Voc = Tegangan open sircuit ( Volt ) Isc = Arus short circuit (Ampere) FF = Faktor pengisian

2 S = Luas permukaan modul ( m )

F = Intensitas radiasi matahari yang

diterima (watt/ m ) Persamaan yang digunakan untuk menentukan factor pengisian (FF) adalah sebagai berikut: (Bansai,

1990: 178) Vm . Im

2.5 FF =

Voc . Isc Gambar 2. Hub. V-I pada karakteristik sel surya

dimana: Daya yang dihasilkan oleh sel surya sangat

Voc = Tegangan open circuit ( Volt ) dipengaruhi oleh besarnya kuat sinar yang diterima oleh Isc = Arus short circuit (Ampere) sel surya. Gambar 3. menunjukkan pengaruh kuat sinar Vm = Tegangan nominal ( Volt ) terhadap daya yang dihasilkan. Im = Arus nominal (Ampere)

Untuk menentukan total kapasitas baterai yang dapat digunakan berdasarkan periode penyimpanan yang diinginkan sebagai berikut (Robert, 1991 : 184) :

Total energi Periode Total kapasitas harian ke penyim beban panan baterai yang

12 V

X : =

2.6

(Wh/hari) (hari) dapat digunakan Gambar 3. Pengaruh kuat penyinaran thp daya sel surya

(Ah pada 12 V ) B.

Perencanaan Sistem Fotovoltaik

Sedangkan untuk menentukan jumlah minimum Persamaan yang digunakan untuk mendapatkan baterai yang diperlukan mengikuti persamaan sebagai lamanya modul mendapatkan sinar surya adalah sebagai berikut (Robert, 1991 : 84) : berikut ( Kessler, 1995:16 )

Total kapasitas Kapasitas Jumlah Maksimu Lamanya baterai yang nominal sinar m sinar modul X : dapat untuk 12 100 global global Mendapatkan : = ₂

2.1 digunakan %

V (Wh/m ) 1000 sinar global (A h pada 12 V) (Ah)

Setelah mendapatkan persamaan lamanya modul

Jumlah

mendapatkan sinar global maka kita dapat menentukan DOD

baterai

2.7 : = % 12 volt

keluaran harian modul dengan persamaan ( Kessler,

1995:16 )

Dengan menggunakan tegangan kerja sistem, nilai

Daya Lamanya energi yang nominal modul dihasilkan

arus ke beban dapat ditentukan dengan persamaan (2.8)

modul Mendapatkan modul surya X =

2.2 (Kessler, 1995 :15)

( Watt ) sinar global ( Wh/hari ) (hour)

Persamaan yang digunakan untuk menentukan jumlah

Total daya Tegangan

modul adalah sebagai berikut (Robert, 1991 : 182) Arus

Beban Sistem : = beban 2.8. (watt) (volt) (ampere) Energi elektrik Keluaran Efesiensi Jumlah harian pengisian minim harian yang modul baterai um X 100 % (Wh/hari (%) modul dibutuhka : =

Untuk perhitungan luas penampang kabel yang

n beban pada 12 V) (Wh/hari) ditentukan dengan persamaan (Kessler, 1995 :15): ₂

∆ P = ( I ) . R _L

2.3 _{2 ( L )}

2.9 ∆ P = ( I )

Persamaan yang digunakan untuk menentukan L

effesiensi modul adalah sebagai berikut: (Frank kreith,

1982: 179)

1 . B EBAN PERTAMANAN

VEDC

3. Akkumulator : 100 Ah

(Derajat)

2. Kemiringan Modul : 15

1. Daya keluaran modul : 150 Wp

Berikut adalah data-data dari sistem photovoltaik yang digunakan.

Gambar 5. Blok system photovoltaik VEDC Malang

6. Pompa air : Submersible 30 Watt

7. Lampu penerangan : 2x10 W dan 2x20 W

8. Kabel penghantar : NYMHY 2,5 mm

2 T ABEL

dimana : ∆P = kerugian daya sepanjang kabel (Watt)

No Jumlah Jenis Peralatan Daya yang dibutu hkan [W] Lama operasi (jam) Energi/ hari [Wh/hr] 1.

5. Inverter : 150 Watt

60 120 270 Total Beban

(Wardono,1992):

3. Energi yang dihasilkan Biaya per kWH adalah biaya total yang dikeluarkan dibagi dengan energi yang dibangkitkan

2. Biaya operasi dan perawatan

1. Biaya investasi

Parameter ekonomi yang digunakan pada sistem Photovoltaik ini adalah (Telford,1987):

Analisis Ekonomis

Gambar 4. Instalasi Kolam di gedung VEDC C.

Pada umumnya, fasilitas yang digunakan untuk setiap taman adalah sama. Sedangkan model pertamanan yang digunakan sebagai penggunaan photovoltaik di gedung VEDC sebagaimana terlihat pada gambar 4 berikut.

4. Tegangan kerja : DC 12 V/AC 220 V

tan + =

2.10 Total biaya perawatan dengan menggunakan metode

Malang sebagaimana diperlihatkan pada gambar 5 berikut. ^{UNIT KONTROL} ^{SEL SURYA} ^{Kondisi accu} ^{SEL SURYA} ^{SEL SURYA} ^ACCU ^{12 V/100 AH} ^Inverter ^Pengisian ^Pengosongan ^Penuh ^Kosong ^{Lampu indikator} ^{panel depan} ^4x2W/12V ^{Fuse 10 A} ^Beban ^{AC 220 V} ^Saklar ^{0 V 12 V}

x FK = 5,049 x 0,84 = 4,241 kWH/m

Kapasitas yang dapat digunakan sampai umur daur adalah

80 Ah x 500 = 40000 Ah Bila ditetapkan periode penyimpanan selama 2 hari maka dengan menggunakan persamaan (2.7) total kapasitas baterai yang dapat digunakan adalah: 450 Wh/hari x 2 hari : 12 volt = 75 Ah (pada 12 volt)

Dengan persamaan (2.8) dapat ditentukan jumlah baterai yang diperlukan yaitu : Radiasi 15

= Radiasi 0

VEDC M ALANG

/hari Pengujian modul surya saat berbeban sebagaimana diperlihatkan pada gambar 7.

Gambar 7. Rangkaian percobaan Modul Surya saat berbeban

Prosentase jatuh tegangan (V

) didefinisikan (

Hutahuruk, 1985:61 )

Kapasitas baterai lead acid SLI untuk truck dengan kapasitas nominal 100 Ah, diperoleh : 100 Ah x 80 % : 100 % = 80 Ah

90 450 S UMBER :

III. HASIL DAN PEMBAHASAN Diagram blok system photovoltaic yang ada di VEDC

1 P = F ( P/F, i %, N ) 2.11

( ) ( ) + − + _N ^N i i i

Total biaya operasional dengan menggunakan metode nilai sekarang (I. Nyoman Pujawan,1995:42 ) P = A

dimana P = Nilai sekarang (Present worth). F = Nilai mendatang (Future Worth. N = Jumlah periode pemajemukan i = tingkat bunga efektif per periode

Energi an dibangkitk yang Biaya perawa operasi Biaya investasi Biaya Biaya kWH per

1 Lampu TL Lampu TL Pompa air

( ) + ^N i

nilai sekarang (I Nyoman Pujawan,1995:39) P = F

1 P = A ( P/A, i %, N ) 2.12

V −

V ( NL ) ( FL )

2.13. Dengan penggunaan beban yang sama jatuh

V (%) = x 100 % _R

V ( FL ) tegangan terbesar terjadi pada saat keaadaan mendung pada jam 16.00 WIB yaitu sebesar

Karenanya, jatuh tegangan (V ) saat modul surya saat

d 4,76 % dan jatuh tegangan terkecil terjadi

dibebani pompa air dan lampu TL sbb:

pada saat keadaan cerah pada jam 12.00 WIB . yaitu sebesar 4.17%

13 , 67 − 13 ,

= 27 %

V = x 100 % _d

Nilai daya nominal modul SP 75 sebesar 75 W, dan

13 ,

nilai radiasi matahari terendah (dengan koreksi radiasi

pada 15 ) adalah 3,178 KWh/m /hari yang terjadi pada Untuk perhitungan jatuh tegangan pada keadaan cuaca bulan Desember, maka sesuai dengan persamaan (2.1) cerah, berawan dan mendung dapat dilihat pada tabel 2. keluaran harian minimum modul adalah: dan tabel 3.

2 3178 Wh / m / hari T ABEL

2. H ASIL PERHITUNGAN MODUL SURYA PADA SAAT BERBEBAN

Tnom =

2 KEADAAN CERAH 1000 W / m / hari Jam Vm Vp Ip Vd Cuaca

= 3,178 h (jam) (Volt) (Volt) (Amp (%)

Energi yang dihasilkan oleh modul surya SP 75

ere)

(E ) adalah:

9:00

13.67

13.11

3.04 4.27 cerah modul (E ) = Pnom x Tnom modul 10:00

13.84

13.28

3.05 4.22 cerah = 75 x 3,178