Category Archives: Electrical
Perancangan Sistem Tenaga Surya (Photovoltaic Design) Part 1
Saat ini hampir semua kebutuhan energi listrik rumah tangga menggunakan suplai dari perusahaan listrik. Di Indonesia, pada umumnya, pengusahaan listrik dilakukan oleh PLN (Perusahaan Listrik Negara). Permasalahan timbul ketika ada suatu kebutuhan listrik (demand) yang oleh karena suatu hal tidak dapat atau sulit dipenuhi dengan menggunakan suplai dari perusahaan listrik tersebut. Salah satu hal yang dapat menyebabkan misalnya lokasinya yang terpencil (remote) sehingga transmisi dan distribusi listrik ke lokasi tersebut memakan biaya yang relatif mahal atau secara teknis sulit.
Di sisi lain, Indonesia terletak di daerah tropis yang hampir setiap hari mendapatkan sinar matahari dengan radiasi yang cukup tinggi. Radiasi sinar matahari tersebut membawa energi yang memiliki peranan sangat penting pada proses yang terjadi di alam baik yang dibutuhkan oleh makhluk hidup maupun proses-proses alami lainnya. Selain itu, sinar matahari dapat dimanfaatkan tanpa merusak zatnya sehingga energi dari sinar matahari tergolong energi terbarukan (renewable energy).
Sistem tenaga surya (photovoltaic system) mulai digunakan dewasa ini, yaitu dengan memanfaatkan panel surya untuk mengkonversi energi radiasi sinar matahari tersebut menjadi energi listrik, yang kemudian dapat didistribusikan dan digunakan untuk kebutuhan beban-beban listrik. Akan tetapi permasalahan yang dimiliki oleh panel surya adalah secara alami, sinar matahari hanya ada di siang hari. Sehingga sistem tenaga surya biasanya menggunakan baterai untuk menyimpan kelebihan energi yang ditangkap di siang hari untuk selanjutnya digunakan di malam hari ketika tidak ada sinar matahari atau digunakan di siang hari pada saat radiasi sinar matahari sangat kecil, misalnya pada saat mendung gelap.
Suatu kebutuhan listrik (demand) timbul dengan acuan beban listrik rumah tangga dengan kelas R-1 atau 2.200 VA. Untuk dapat memenuhi kebutuhan listrik tersebut diperlukan suatu kajian tekno-ekonomi untuk merancang sistem tenaga surya teknis dan memberikan gambaran pembiayaannya.
Dalam artikel ini, akan dijelaskan cara untuk merancang suatu sistem tenaga surya stand-alone (tanpa sumber tenaga yang lain) untuk memenuhi kebutuhan beban yang diberikan. Hasil akhir dari perancangan tersebut adalah konfigurasi sistem tenaga surya tersebut berikut banyaknya masing-masing komponen utama sistem tenaga surya.
Suatu Sistem Tenaga Surya secara umum terdiri atas Panel Surya (Photovoltaic Panel), Baterai, Pencatu Baterai (Battery Charger) berupa DC-to-DC Converter, Inverter (apabila beban menggunakan arus bolak-balik atau beban AC) dan pemutus sirkuit serta kabel-kabel penghubung komponen satu sama lain. Dalam bentuk diagram, suatu Sistem Tenaga Surya secara umum digambarkan sebagai berikut.
Gambar 1. Diagram Sistem Tenaga Surya “Stand-Alone”
Metodologi Perancangan
Perancangan suatu sistem tenaga surya memiliki urut-urutan tertentu. Urutan tersebut dimulai dari identifikasi kebutuhan beban listrik. Dari identifikasi tersebut dapat dihitung energi yang dibutuhkan berikut profil atau kurvanya. Perhitungan selanjutnya adalah kapasitas baterai hingga pemilihannya. Lokasi sistem tenaga surya tersebut amat menentukan karena sumber tenaga berasal dari radiasi matahari yang mana antara satu lokasi dengan lokasi lainnya berbeda. Begitu pula dengan temperatur lokasi tersebut yang mempengaruhi sel surya dan baterai. Apabila beban adalah beban AC atau beban dengan arus bolak balik, maka diperlukan perhitungan kapasitas inverter. Hasil keseluruhannya akan dicek dengan cara iterasi. Dari penjelasan tersebut, metodologi perancangan sistem tenaga surya secara umum dapat dibuat diagram alir (flowchart) sebagai berikut.
Gambar 2. Diagram Alir (flowchart) Desain Sistem Tenaga Surya
Contoh Studi Kasus
Pada contoh studi kasus kali ini, akan diberikan contoh perancangan dan perhitungan sistem tenaga surya dengan mengambil lokasi di Depok tepatnya di lokasi kampus UI. Dengan data-data sebagai berikut:
Tabel 1. Data Beban
LOKASI BEBAN: KAMPUS UI DEPOK
Data beban harian diperoleh dari beban rumah tangga 2.200 VA seperti terlihat pada Tabel 1. Total energi harian diperoleh dengan penjumlahan semua konsumsi energi tiap jam sehingga total energi per hari sebesar 15.926 Wh/hari. Dari data beban tersebut dapat dibuat kurva beban harian (daily load profile) seperti terlihat pada gambar 3 di bawah ini.
Gambar 3. Kurva Beban Harian
Pada kurva beban yang terlihat di gambar 3 di atas, warna merah menunjukkan beban di waktu siang sedangkan warna hijau menunjukkan beban di waktu malam. Sehingga, energi rata-rata di waktu siang (Ldm) dapat dihitung sebagai berikut:
Rata-rata Energi di Waktu Siang = Ldm = Jumlah Energi di Waktu Siang/Total Waktu Siang
Ldm = 3.973 Wh/12 = 331Wh
Demikian pula dengan cara yang sama, energi rata-rata di waktu malam (Lnm) juga
dapat dihitung sebagai berikut:
Rata-rata Energi di Waktu Malam = Lnm = Jumlah Energi di Waktu Malam/Total Waktu Malam
Lnm = 11.953 Wh/12 = 996Wh
- Data Radiasi Matahari
Data radiasi matahari merupakan masukan yang sangat penting dalam perancangan Sistem Tenaga Surya. Data radiasi di daerah Kampus UI Depok diperoleh dari NASA. Untuk memperoleh data tersebut diperlukan koordinat lokasi yang dapat diperoleh dari alat GPS atau secara online dari internet. Dari data NASA, diperoleh koordinat lokasi dalam format DMS (degree-minute-second) adalah 6° 21’ 52.3” LS dan 106° 49’ 43.2” BT. Dengan koordinat tersebut dapat diperoleh data radiasi matahri yang diperlukan secara bulanan dapat digambarkan sebagai berikut:
Gambar 4. Radiasi Matahari Rata-rata di lokasi (kWh/m2/hari)
Data tersebut menunjukkan rata-rata tahunan sebesar 4,76 kWh/m2/hari. Dengan kata lain dapat juga diartikan sebagai PSH (peak sun hours), atau lama jam ekuivalen matahari bersinar dengan radiasi puncaknya, sebesar 4,76 jam per hari dengan daya sebesar 1 kW/m2.
- Data Iklim Temperatur
Dengan menggunakan data yang sama dari NASA pada Lampiran 8, diperoleh juga suhu rata-rata di lokasi, baik suhu udara maupun suhu di daratan, yang setiap bulannya dapat digambarkan pada gambar 5 berikut. Suhu di daratan adalah suhu pada elevasi nol meter dari permukaan tanah. Dalam satu tahun, di Lokasi, suhu di darat rata-rata adalah 26,8 derajat Celcius sedangkan suhu di udara (ambient) adalah 25,2 derajat Celcius.
Gambar 5. Suhu Rata-rata Tiap Bulan di Lokasi
Sekian dulu untuk artikel perancangan sistem tenaga surya part 1. Untuk artikel selanjutnya dalam perancangan sistem tenaga surya part 2 akan dibahas metode perancangan sistem tenaga surya beserta perhitungannya berdasarkan IEEE 1562-2007 Guide for Array and Battery Sizing in Stand-Alone Photovoltaic (PV) Systems dan IEEE 1013-2007 Recomended Practice for Sizing Lead-Acid Batteries for Stand-Alone Photovoltaic (PV) Systems.
Referensi:
[1] IEEE Recommended Practice for Sizing Lead-Acid Batteries for Stand-Alone Photovoltaic (PV) Systems, IEEE Standard 1013, 2007.
[2] IEEE Guide for Array and Battery Sizing in Stand-Alone Photovoltaic (PV) Systems, IEEE Standard 1562, 2007.
[3] Website NASA Surface Meteorology and Solar Energy – RETScreen Data,
https://eosweb.larc.nasa.gov/sse/RETScreen/ diakses pada tanggal 9 Juni 2014.
Menghitung Plant Heat Rate PLTU
Suatu peralatan atau sistem yang menghasilkan output yang diinginkan misalnya listrik, uap, gerak, dan lainnya tentunya memiliki performa terukur. Nilai performa ini didefinisikan sebagai perbandingan antara usaha yang dilakukan dibandingkan dengan nilai posistif yang didapatkan. Misalnya pada pompa diukur dengan effisiensinya, Air conditioner (AC) performanya diukur berdasarkan Coefficient of performance (COP) , begitupun pembangkit listrik tentu ada suatu nilai performa yang diukur.
Suatu pembangkit listrik diukur performanya berdasarkan suatu nilai yang disebut dengan Heat rate dengan satuan yang biasa digunakan adalah kKal/kW h. Parameter tersebut merepresentasikan nilai energi input dibandingkan dengan energi yang dihasilkan dalam kilo watt hour (kWh). Misalkan suatu PLTU memiliki heatrate 3000 kkal/ kW h artinya PLTU tersebut membutuhkan bahan bakar dengan energi sebesar 3000 kkal untuk menghasilkan 1 kWh.
Pada PLTU ada beberapa heatrate berdasarkan posisi pengambilan titik pengukurannya:
- Turbine Heat rate (THR)
- Gross Plant Heat rate (GPHR)
- Nett Plant Heat Rate (NPHR)
Kurang Energi, (harusnya) Sudah Tidak Jaman
Oleh : M. Ari Mukhlason
Indonesia adalah Negara kepulauan, dengan jumlah pulau terbanyak di seluruh dunia. Tercatat tidak kurang dari 13.000 pulau ada di Negara kesatuan republik Indonesia. Membentang dari pulau weh sampai pulau Irian. Dari Sabang sampai Merauke, dari Sangihe Talaud sampai Nusa Tenggara Timur.
Listrik, sebagai kebutuhan dasar manusia modern adalah bentuk konversi energi yang paling universal sifatnya dan menjadi salah satu hak warga Negara Indonesia. Di sini dikatakan sebagai bentuk energi yang paling universal, karena dari energi listrik bisa diubah menjadi bermacam-macam bentuk energi yang lain seperti energi panas (mesin las, kompor, pemanas air, dkk), gerak dan putaran (motor listrik, kipas angin), dan berbagai macam peralatan manusia modern yang sangat banyak ragam, jumlah dan fungsinya.
Sekilas Pembangkit Listrik Batu Bara
Tulisan menarik dari Pak Mukhlason untuk awal perkenalan dengan PLTU. Silahkan disimak.
(Mukhlason) “PROYEK pemerintah pembangunan pembangkit listrik 10.000 MW tahap pertama sudah beberapa tahun berjalan. Pada tahap pertama ini fokus pembangunannya adalah pembangkit bertenaga batu bara, dengan spesifikasi batu bara Kalimantan. Kalor jenis batu bara Kalimantan berada pada kisaran 4.000 s/d 7.000 kCal/kg, sedikit lebih rendah dibandingkan batubara asal Sumatera. Ketersediaan batu bara Kalimantan diprediksi masih bisa menyangga kebutuhan konsumsi untuk industri pembangkitan selama 100 tahun ke depan.”
Tahapan Konstruksi Pembangkit Listrik Part #1
Didalam konstruksi pembangkit listrik urutan konstruksi adalah hal yang wajib dibuat agar konstruksi berjalan lancar yang mana hal akan tertuang didalam project master Schedulle (PMS). PMS ini adalah tugas utama dari seorang Project Control yang mana merupakan salah satu bidang ilmu yang dipelajari oleh mahasiswa teknik sipil. Pembuatan PMS ini dalam proyek dapat dibantu dengan berbagai macam software yang diantaranya adalah Microsoft Projet, Primavera, Prolog dan lain-lain. Setelah PMS dibuat maka semua bagian dalam proyek dari admistrasi, engineering sampai dengan Project Director harus sepakat (konsuken) menjalankan pekerjaannya untuk memenuhi targer sesuai dengan jadwal yang ada didalam PMS.
