Jenis sistem PLTS

sistem PLTS

Sistem PLTS terdiri dari beberapa jenis, meliputi stand alone photovoltaic, grid connected photovoltaic battery backup, grid connected photovoltaic system, dan hybrid photovoltaic power system.

STAND ALONE PHOTOVOLTAIC

Stand Alone PV system atau Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Terpusat (sistem PLTS Terpusat) merupakan sistem pembangkit listrik alternatif untuk daerah-daerah terpencil/pedesaan yang tidak terjangkau oleh jaringan PLN. Sistem PLTS terpusat disebut juga Stand-Alone PV system, yaitu sistem PLTS yang hanya mengandalkan energi matahari sebagai satu-satunya sumber energi utama dengan menggunakan rangkaian photovoltaic module untuk menghasilkan energi listrik sesuai dengan kebutuhan.

Secara umum Konfigurasi sistem PLTS Sistem Terpusat dapat dilihat seperti terlihat blok diagram dibawah :

Gb 1. Prinsip Kerja sistem PLTS Terpusat

 

Prinsip kerja sistem PLTS terpusat dapat diuraikan sebagai berikut :

• Pada sistem PLTS terpusat ini, sumber energi energi listrik yang dihasilkan oleh Modul Surya (PV) pada siang hari akan disimpan dalam baterai. Proses pengisian energi listrik dari PV ke baterai diatur oleh Solar Charge kontroler agar tidak terjadi over charge. Besar energi yang dihasilkan oleh PV sangat tergantung kepada intensitas penyinaran matahari yang diterima oleh PV dan efisiensi cell. Intensitas matahari maksimum mencapai 1000 Watt/m2, dengan efisiensi cell 14% maka daya yang dapat dihasilkan oleh PV adalah sebesar 140 Watt/m2.
• Selanjutnya energi yang tersimpan dalam baterai digunakan untuk menyuplai beban melalui Inverter saat dibutuhkan. Inverter mengubah tegangan DC pada sisi baterai menjadi tegangan AC pada sisi beban.

GRID CONNECTED PHOTOVOLTAIC SYSTEM

Grid Connected PV System merupakan solusi Green Energy bagi penduduk perkotaan baik perumahan ataupun perkantoran. Sistem PLTS ini menggunakan Modul Surya (Photovoltaic Module) untuk menghasilkan listrik yang ramah lingkungan dan bebas emisi. Dengan adanya sistem PLTS ini akan mengurangi tagihan listrik rumah tangga, dan memberikan nilai tambah pada pemiliknya.

Gb 2. Prinsip Kerja sistem PLTS On Grid

 

Sesuai namanya, Grid Connected-PV, maka sistem PLTS ini akan tetap berhubungan dengan jaringan PLN dengan mengoptimalkan pemanfaatan Energi PV untuk menghasilkan energi listrik semaksimal mungkin.

Pada siang hari, Modul Surya yang terpasang pada atap akan mengkonversi sinar matahari menjadi Energi listrik Arus Searah (DC). Selanjutnya sebuah komponen yang disebut Grid-inverter merubah listrik arus searah (DC) dari PV menjadi listrik arus bolak-balik (AC) yang kemudian dapat digunakan untuk mensuplai berbagai peralatan rumah tangga seperti Lampu, TV, Kulkas, Mesin Cuci, dll. Jadi pada siang hari, kebutuhan energi listrik berbagai peralatan disuplai langsung oleh Modul Surya. Jika pada kondisi ini terdapat kelebihan energi dari PV maka kelebihan energi ini dapat dijual ke PLN (tergantung kebijakan).

Pada malam hari atau jika kondisi cuaca mendung maka peralatan akan disupport oleh jaringan PLN. Hal ini dimungkinkan karena sistem ini tetap terkoneksi dengan jaringan PLN. Ilustrasi penggunaan Grid Connected dapat dilihat pada grafik berikut :

Gb 3. Grafik Penggunaan Grid Connected Photovoltaic System

 

Keuntungan menggunakan Energi Surya (Grid-Connected PV):

• Mereduksi penggunaan bahan bakar fosil sehingga mengurangi polusi/emisi bahan bakar
• Bersih, tidak berisik, menggunakan energi gratis dari matahari sepanjang tahun
• Tidak memerlukan biaya operasional sepeserpun
• Pengoperasian dan Perawatan sistem yang sangat mudah
• Membantu menstabilkan tegangan PLN pada sisi beban
• Membantu mengurangi biaya tagihan listrik bulanan
• Meningkatkan nilai prestise pada rumah/perkantoran
• Kelebihan Listrik yang dihasilkan PV dapat dijual kepada PLN (tergantung kebijakan)

GRID CONNECTED PHOTOVOLTAIC BATTERY BACKUP

Grid-connected PV with battery backup adalah sistem PLTS solusi energi hijau untuk penduduk perkotaan baik perumahan, perkantoran, atau fasilitas publik. Sistem ini menggunakan Modul Surya (Photovoltaic Module) sebagai penghasil listrik yang ramah lingkungan dan bebas emisi. Dengan adanya sistem ini akan mengurangi tagihan listrik PLN dan sekaligus turut andil dalam penyelamatan lingkungan dengan pengurangan penggunaan bahan bakar fosil untuk pembangkitan energi listrik.

Sistem PLTS ini juga 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.

Gb 4. Prinsip Kerja sistem PLTS On Grid With Battery Backup

 

Keuntungan :

• Menghasilkan energi listrik mandiri dan mengurangi tagihan listrik PLN anda
• Mereduksi penggunaan bahan bakar fosil sehingga mengurangi polusi/emisi bahan bakar
• Bersih, tidak berisik, menggunakan energi gratis dari matahari sepanjang tahun
• Menyediakan cadangan (backup) listrik untuk beban-beban peralatan penting apabila terjadi gangguan PLN pada periode waktu tertentu
• Meningkatkan nilai (prestise) pada bangunan/perusahaan anda.
• Tidak memerlukan biaya operasional yang besar (low maintenance)
• Pengoperasian dan Perawatan sistem yang sangat mudah
• Kelebihan energi listrik yang dihasilkan PV dapat dijual kepada PLN (tergantung kebijakan)

HYBRID PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM

Pengertian Hybrid pada tulisan ini adalah penggunaan 2 atau lebih pembangkit listrik dengan sumber energi yang berbeda, umumnya digunakan untuk captive genset, sehingga diperoleh sinergi yang memberikan keuntungan ekonomis maupun teknis.

Tujuan utama dari sistem PLTS hybrid pada dasarnya adalah berusaha menggabungkan dua atau lebih sumber energi (sistem pembangkit) sehingga dapat saling menutupi kelemahan masing-masing dan dapat dicapai keandalan supply dan efisiensi ekonomis pada type load (Load profile) tertentu.

Type load (Load profile) adalah keyword penting dalam sistem PLTS hybrid. Untuk setiap load profile yang berbeda, akan diperlukan system hybrid dengan komposisi tertentu, agar dapat dicapai system yang optimum. Oleh karenanya, system design dan system sizing (lihat publikasi pt Azet tentang topik ini), memegang peranan penting untuk mencapai target dibuatnya system hybrid. Sebagai contoh, load profile yang relatif konstan selama 24 jam dapat dicatu secara efisien dan ekonomis oleh genset (dengan kapasitas yang sesuai), akan tetapi load profile dimana penggunaan listrik pada siang hari berbeda jauh dibandingkan dengan malam hari, akan membuat penggunaan genset saja tidak optimum.

System Hybrid dapat melibatkan 2 atau lebih system pembangkit listrik, umumnya system pembangkit yang banyak digunakan untuk hybrid adalah genset, PLTS, mikrohydro, Tenaga Angin. Sehingga system hybrid bisa berarti PLTS-Genset, PLTS-Mikrohydro, PLTS-Tenaga Angin dst. Di indonesia system hybrid telah banyak digunakan, baik PLTSGenset, PLTS-Mikrohydro, maupun PLTS-Tenaga Angin-Mikro Hydro. Namun demikian hybrid PLTS-Genset yang paling banyak dipakai. Umumnya digunakan pada captive genset/isolated grid (stand alone genset, yakni genset yang tidak di interkoneksi).

Tujuan dari Hybrid PV-Genset adalah mengkombinasikan keunggulan dari setiap pembangkit (dalam hal ini genset & PLTS) sekaligus menutupi kelemahan masing-masing pembangkit untuk kondisi-kondisi tertentu, sehingga secara keseluruhan system dapat beroperasi lebih ekonomis dan efisien. Photovoltaic memerlukan investasi awal yang besar tetapi tidak memerlukan operation & maintenance (O&M) cost, dan lebih murah untuk jangka panjang, oleh karenanya ideal untuk mencatu base load, yang umumnya tidak terlalu besar. Apabila digunakan untuk mencatu peak load, investasi awal yang dibutuhkan akan terlalu besar. Dilain pihak, Investasi awal genset tidak besar tetapi O&M cost tinggi dan mahal untuk jangka panjang, sehingga efektif dan efisien untuk mencatu load besar pada saat peak load, tetapi tidak efisien pada base load, karena jauh dibawah kapasitas optimumnya. Kombinasi Hybrid PV-Genset akan mengurangi jam operasi genset (misalnya dari 24 jam per hari menjadi hanya 4 jam per hari pada saat peak load saja) sehingga biaya O&M dapat lebih efisien, sementara PLTS digunakan untuk mencatu base load, sehingga tidak dibutuhkan investasi awal yang besar. Dengan demikian Hybrid PV-Genset akan dapat menghemat O&M cost, mengurangi inefisiensi penggunaan genset, serta sekaligus menghindari kebutuhan investasi awal yang besar.

Konfigurasi Hybrid PV-Genset

System Hybrid PV-Genset terdiri dari empat komponen utama, sebagai berikut:

1.   Genset

Membangkitkan listrik AC, untuk sistem PLTS hybrid umumnya dilengkapi dengan automatic starter, agar nyala-mati nya genset dapat diatur otomatis dari electronic controller.

2.   PLTS (Photovoltaic)

Mengkonversi sinar matahari menjadi listrik DC. Mengingat sistem PLTS hybrid menggunakan modul surya (Solar module/Solar panel) dalam jumlah yang cukup banyak dan semuanya disambungkan baik seri maupun paralel, maka modul surya dengan kapasitas per panel yang besar (> 100 Wp/panel) lebih disukai, dengan demikian dapat mengurangi kebutuhan kabel koneksi. Listrik yang dihasilkan oleh modul surya, sebelum masuk ke jaringan distribusi dikonversi menjadi listrik AC (alternating current), oleh karena itu output dari solar modul diusahakan dengan voltage >12VDC (system voltage 48V ~ 120 VDC umum dipakai). Untuk kebutuhan ini, BP Solar mengeluarkan modul surya 160Wp dengan system voltage 24V DC, hal ini memudahkan koneksi untuk mengejar DC voltage yang tinggi. Koneksi seri/paralel antar modul surya juga disertai dengan diode-diode pengaman (Bypass Diode & Blocking Diode) untuk mencegah short circuit, hot spot, dan reverse current.

3.   Electronic Controller/Bi directional Inverter

Sering juga disebut sebagai power conditioner. Pada hakekatnya berfungsi sebagai : (a). Voltage conditioning sebelum di catu ke load, (b). Berfungsi sebagai inverter dengan mengkonversi listrik DC yang dihasilkan solar pv system menjadi listrik AC yang akan dicatu ke load, (c). Berfungsi sebagai charger untuk mencharge battery dengan memanfaatkan kelebihan listrik dari genset, (d).

Berfungsi mengatur charging battery dari solar module, (e). Mengatur dan mengelola pembangkit mana yang harus bekerja sesuai dengan kebutuhan load, termasuk mematikan dan menyalakan genset.

4.   Battery

Berfungsi sebagai buffer daya untuk mengatasi time lag antara dihasilkannya listrik oleh pembangkit (PV ataupun genset) dengan waktu digunakannya listrik oleh load. Ukuran battery yang dipakai sangat tergantung pada ukuran genset, ukuran solar panel, dan load pattern. Ukuran battery yang terlalu besar baik untuk efisiensi operasi tetapi mengakibatkan kebutuhan investasi yang terlalu besar, sebaliknya ukuran battery terlalu kecil dapat mengakibatkan tidak tertampungnya daya berlebih dari pembangkit dan genset terlalu sering menyala.

Sistem PLTS hybrid secara skematis disajikan pada diagram berikut ini :

Gb 5. Skema sistem PLTS Hybrid

 

Cara Kerja System Hybrid

Terdapat beragam system hybrid, tergantung pada system design dan pilihan peralatan. Pada system hybrid tertentu, peralihan PLTS atau genset yang dioperasikan dilakukan secara manual. System ini tidak disarankan karena sangat tergantung pada ketelitian operator dalam mengamati perilaku load. System hybrid yang baik dilengkapi dengan automatic engine starter pada gensetnya dimana mati-hidupnya genset di atur secara elektronis. Perkembangan teknologi system control untuk hybrid sudah sangat baik akhir-akhir ini.

Apabila load dapat di catu oleh PLTS dan battery, maka SMD akan mengkonversi listrik DC dari PLTS atau battery menjadi listrik AC, lalu di catu ke jaringan. Apabila PLTS dan battery tidak mampu lagi mencatu load, maka genset akan di nyalakan untuk membantu mencatu listrik. Tergantung pada system sizing dan system designnya, hal ini berarti pada dasarnya base load akan dicatu oleh PLTS (dan battery), sedangkan peak load akan dicatu oleh genset.

Battery akan di isi (charge) oleh dua sumber, yakni PLTS pada siang hari, dan genset yang berasal dari daya berlebih (excessive power) pada saat genset mencatu peak load, yakni ketika peak load mulai menurun (dan genset masih menyala). Perilaku hybrid tersebut di atas dapat di set pada SMD, dan dasar set up nya adalah pada saat penentuan system sizing dan system design berdasarkan data load profile. Oleh Battery Modul Surya SMD (Solar Mains Diesel) Controller, Bi-directional Inverter Jaringan Distribusi Genset karena itu, seperti telah dijelaskan di bab sebelumnya, load profile sangat menentukan perilaku system hybrid dalam mencatu listrik.

Apabila system sizing dan system designya tidak baik, genset dapat sering menyala atau menyala pada jam-jam yang tidak diinginkan (misalnya tengah malam), sehingga persediaan BBM tidak dapat diprediksi. Hal ini akan menjadi masalah besar apabila system hybrid di tempatkan di wilayah dimana supply BBM relatif sulit.

System Sizing dan Design

1. System sizing

adalah proses menentukan kapasitas (ukuran) system berdasarkan load profile yang ingin di catu dengan memperhatikan kemampuan output masing-masing pembangkit.

2. System Design

adalah proses menentukan design peralatan yang akan dipakai agar dapat dicapai tujuan yang telah ditetapkan, dan agar peralatan satu dengan lainnya dapat berinteraksi dengan baik. Sebagai contoh, system hybrid dapat saja menggunakan genset dengan manual starter atau automatic starter, dan genset manapun yang dipilih maka harus disesuaikan dengan system control yang akan dipakai. SIstem PLTS Hybrid yang digunakan pada jaringan captive genset/isolated genset (off grid system), dapat juga dilengkapi dengan system pra bayar, dimana masyarakat dapat membeli listrik untuk kebutuhan satu minggu/bulan.

Artikel berkaitan: Prinsip kerja PLTS