Mengenal Pembangkit Listrik Tenaga Surya

PLTS atau Pembangkit Listrik Tenaga Surya adalah pembangkitan listrik berbasis energi terbarukan yaitu sumber energinya didapatkan dari radiasi matahari. PLTS ini juga dikenal dengan nama lain yaitu sistem fotovoltaik. Panel Surya / Modul Surya akan menangkap energi matahari dan mengubahnya menjadi energi listrik. Listrik yang dihasilkan oleh panel surya masih merupakan Listrik DC sehingga perlu adanya komponen tambahan untuk mengubah menjadi listrik yang dikonsumsi oleh konsumen gedung atau perumahan yaitu listrik AC atau listrik arus bolak-balik.

Dalam beberapa tahun terakhir, Pembangkit Listrik tenaga Surya (PLTS) off-grid mengambil peranan penting dalam meningkatkan rasio elektrifikasi di daerah perdesaan di Indonesia. Direktorat Jenderal Energi Baru, Terbarukan dan Konservasi Energi (EBTKE) dan sejumlah institusi lain termasuk sektor swasta, telah berusaha meningkatkan kualitas dan keandalan instalasi sistem PLTS yang dibangun dengan dana APBN maupun Dana Alokasi Khusus (DAK). Desain yang bagus dan kualitas yang baik merupakan kunci penting dalam keandalan dan berkelanjutan sistem PLTS.

fotovoltaik PLTS
fotovoltaik PLTS
Pembangkit listrik tenaga surya yang berbasis energi terbarukan ini merupakan salah satu solusi yang direkomendasikan untuk listrik di daerah pedesaan terpencil di mana sinar mataharinya melimpah dan bahan bakar sulit didapat dan relatif mahal. Selain itu juga wilayah pedesaan terpencil sangat sulit diakses oleh jaringan PLN yang ada atau perlu effort yang luar biasa untuk bisa mengakses jaringan listrik ke tempat tersebut.

Pada dasarnya alasan utama menggunakan teknologi fotovoltaik ini adalah sebagai berikut:

▪ Sumber energi yang melimpah dan tanpa biaya
▪ Sumber energi tersedia di tempat dan tidak perlu diangkut
▪ Biaya pengoperasian dan pemeliharaan sistem PLTS yang relatif kecil
▪ Tidak perlu pemeliharaan yang sering dan dapat dilakukan oleh operator setempat yang terlatih
▪ Ramah lingkungan, tidak ada emisi gas dan limbah cair atau padat yang berbahaya

Komponen apa saja yang terdapat pada PLTS?

Sistem PLTS terdiri dari beberapa unit komponen penting diantaranya adalah:

▪ Modul fotovoltaik, sebagai komponen yang dapat merubah radiasi sinar matahari menjadi listrik DC
▪ Solar charge controller atau inverter jaringan, sebagai komponen yang berperan merubah listrik DC dari modul fotovoltaik menjadi listrik AC untuk konsumsi
▪ Baterai, sebagai komponen yang berfungsi menyimpan muatan listrik DC yang diperoleh pada proses fotovoltaik
▪ inverter baterai, sebagai komponen yang berperan merubah listrik DC dari baterai menjadi listrik AC untuk konsumsi
▪ Dan beberapa komponen pendukung lainnya.

Apa saja jenis sistem pembangkit listrik tenaga surya ?

Terdapat beberapa jenis sistem pembangkit listrik tenaga surya (PLTS), baik untuk sistem yang tersambung ke jaringan listrik PLN (on-grid) maupun sistem PLTS yang berdiri sendiri atau tidak terhubung ke jaringan listrik PLN (off-grid). Meskipun sistem PLTS tersebar (SHS, solar home system) lebih umum digunakan karena relatif murah dan desainnya yang sederhana, saat ini PLTS terpusat dan PLTS hibrida (PLTS yang dikombinasikan dengan sumber energi lain seperti angin atau diesel) juga banyak diterapkan, yang bertujuan untuk mendapatkan daya dan penggunaan energi yang lebih tinggi serta mencapai keberlanjutan sistem yang lebih baik melalui kepemilikan secara kolektif (komunal). PLTS tersebar dapat menjadi pilihan ketika persebaran rumah penduduk yang berjauhan satu sama lain.

Jenis sistem PLTS
Jenis sistem PLTS
Dibandingkan teknologi energi terbarukan lainnya, seperti PLTA atau pembangkit listrik tenaga air (hidro), sistem PLTS relatif baru di Indonesia. Pemerintah pertama kali mengimplementasikan sistem PLTS tersebar untuk listrik pedesaan pada tahun 1987. Seiring berjalannya waktu, penerapan sistem PLTS di Indonesia telah berkembang dari sistem tersebar ke sistem komunal atau terpusat. Terlepas dari kenyataan bahwa Indonesia telah menjajaki teknologi PLTS sejak tahun 1970-an, keahlian tentang sistem fotovoltaik masih dalam tahap awal. Hal ini disebabkan oleh kurangnya ketersediaan tenagaahli, teknisi terampil, dan perusahaan rekayasa yang kompeten untuk merancang, membangun, dan memelihara sistem.

Sementara itu, rantai pasokan suku cadang sistem PLTS yang lebih baik sangat diperlukan untuk menjamin keberlanjutan sistem ini di Indonesia terutama di daerah pedesaan. Sangat disadari, butuh waktu yang cukup lama untuk membangun penyedia layanan teknis dan suku cadang di daerah pedesaan. Meskipun demikian, dengan tetap konsisten menjaga kualitas sistem, kemungkinan rusaknya sistem akan berkurang dan umur pakai sistem akan lebih panjang.

Untuk selanjutnya saya membatasi pembahasan PLTS di artikel ini yaitu tentang PLTS dengan sistem Off Grid yaitu PLTS yang berdiri sendiri atau tidak terhubung / tidak sinkron dengan jaringan PLN.

Pembangkit listrik tenaga surya Off-Grid

Suatu PLTS off-grid yang dikelola secara komunal atau yang sering disebut sistem PLTS berdiri sendiri (stand-alone), beroperasi secara independen tanpa terhubung dengan jaringan PLN. Sistem ini membutuhkan baterai untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan di siang hari untuk memenuhi kebutuhan listrik di malam hari. Ada dua konfigurasi sistem PLTS off-grid yang umum digunakan yang akan dijelaskan dalam bab ini, yaitu sistem penyambungan AC atau AC-coupling dan penyambungan DC atau DC-coupling.

Secara singkat, DC adalah singkatan untuk direct current (arus searah), sementara AC adalah singkatan untuk alternating current (arus bolak-balik). Penyambungan (coupling) mengacu pada titik penyambungan di dalam sistem. Sistem DC-coupling menghubungkan rangkaian modul fotovoltaik ke sisi DC sistem PLTS melalui solar charge controller. Sementara itu, sistem AC-coupling menghubungkan rangkaian modul surya dan baterai ke sisi AC melalui inverter jaringan dan inverter baterai. Jika ada kelebihan daya yang tidak digunakan oleh beban, maka kelebihan daya akan dikonversi kembali ke DC oleh inverter baterai dan energi akan disimpan dalam baterai. Gambar di bawah mengilustrasikan contoh sistem PLTS dalam konfigurasi DC-coupling.

PLTS Off-Grid
Secara umum, kedua konfigurasi tersebut yaitu sistem DC coupling ataupun sistem AC coupling pada PLTS Off-Grid ini menggunakan komponen yang sama kecuali untuk solar charge controller (SCC), komponen yang dipasang di sisi setelah kotak penggabung (combiner box). Penggunaan SCC di dalam sistem DC-coupling diganti dengan inverter jaringan di dalam sistem AC-coupling.

berikut adalah penjelasan secara singkat fungsi dari masing-masing komponen pada gambar diatas :

1. Rangkaian modul fotovoltaik
modul fotovoltaik
Rangkaian modul fotovoltaik atau juga disebut larik atau array terdiri dari beberapa modul yang dihubungkan secara seri dan/atau paralel. Rangkaian ini mengubah radiasi sinar matahari yang mengenai seluruh permukaan rangkaian menjadi tenaga listrik.

2.  Kotak penggabung
Kotak penggabung
Kotak penggabung atau combiner box menggabungkan beberapa string modul surya atau modul surya dalam konfigurasi paralel. Kotak penggabung ini juga dilengkapi perangkat proteksi untuk melindungi setiap string modul fotovoltaik.

3. Pengkabelan dari larik fotovoltaik ke rumah pembangkit
Pengkabelan menghubungkan keluaran dari kotak penggabung ke solar charge controller yang berada di rumah pembangkit. Kabel pada umumnya dipasang di bawah tanah dan harus tahan cuaca maupun tahan sinar ultraviolet (UV).

4. Solar charge controller (SCC)
Solar charge controller (SCC)
SCC mengubah keluaran dari modul surya untuk mencapai tingkat tegangan baterai dan mengendalikan proses pengisian baterai.

5. Panel distribusi DC
Panel distribusi DC
Panel distribusi DC digunakan sebagai titik sambungan (bus) untuk tegangan DC. Panel ini menghubungkan SCC, bank baterai, dan inverter.

6. Bank baterai
Bank baterai
Bank baterai menyimpan energi yang dihasilkan modul surya di siang hari dan digunakan ketika beban meningkat dan energi dari modul fotovoltaik tidak mencukupi untuk memasok energi.

7. Inverter baterai
Inverter baterai
Inverter baterai mengubah tegangan DC bank baterai (sekitar 48 VDC) ke tegangan AC pada 230 VAC. Inverter ini juga menjaga baterai agar energi di dalam baterai tidak habis terpakai.

8. Panel distribusi AC
Panel distribusi AC
Panel distribusi AC digunakan untuk menghubungkan beberapa inverter baterai secara paralel serta menghubungkan ke jaringan distribusi. Panel ini terdiri dari beberapa titik sambungan atau busbar, sistem proteksi, meteran energi, dan indikator operasional.

9. Sistem pemantauan dan pyranometer
Sistem pemantauan dan pyranometer
Sistem pemantauan jarak jauh atau remote monitoring system (RMS) dan pyranometer adalah instrumen untuk memantau kinerja sistem secara lengkap dan iradiasi matahari di lokasi tertentu. Jika jaringan komunikasi tersedia dan bekerja dengan baik, pemantauan dapat dilakukan dari jarak jauh selama sistem terhubung dengan GSM.

10. Rumah pembangkit
Rumah pembangkit
Rumah pembangkit adalah bangunan tempat dipasangnya sebagian besar komponen elektronik termasuk inverter baterai, panel distribusi AC , SCC, dan bank baterai. Rumah pembangkit melindungi komponen-komponen yang sensitif terhadap cuaca buruk atau kondisi lingkungan lainnya yang dapat merusak sistem PLTS.

11. Penangkal petir
Penangkal petir
Penangkal petir digunakan untuk menangkap sambaran petir untuk menghindari sambaran langsung ke bagian-bagian yang berbahan konduktor lainnya di area sistem pembangkit. Sistem PLTS juga harus didukung pembumian yang baik dan perangkat proteksi tegangan surja (surge protection device) tambahan untuk melindungi perangkat elektronik dari efek tak langsung dari sambaran petir.

12. Kotak pembumian (elektroda pembumian dan ikatan ekipotensial)
Kotak pembumian (grounding box) berfungsi sebagai tempat penanaman elektroda pembumian dan ikatan ekipotensial dari semua sistem pentanahan komponen PLTS termasuk rangkaian modul surya, rumah pembangkit, dan penangkal petir.

13. Distribusi tegangan menengah
Distribusi tegangan menengah
Distribusi tegangan menengah adalah solusi alternatif untuk mengurangi rugi-rugi distribusi termasuk jatuh tegangan (voltage drop). Distribusi tegangan menengah terdiri dari transformator penaik dan penurun tegangan untuk mengubah tegangan dari tegangan rendah ke menengah, dan sebaliknya. Distribusi tegangan menengah diperlukan bila jarak dari sistem PLTS ke beban atau ke sambungan pelanggan lebih dari 1 hingga 3 km, tergantung pada ukuran kabel dan beban yang tersambung.

14. Distribusi tegangan rendah dan lampu jalan
Distribusi tegangan rendah terdiri dari tiang jaringan yang dikombinasikan dengan lampu jalan untuk menopang kabel saluran udara (overhead cable). Konfigurasi jalur distribusi tersebut dapat berupa satu-fasa (230 VAC) atau tiga-fasa (400 VAC) tergantung pada total kapasitas sistem.

15. Rumah tangga
Rumah tangga
Para pelanggan tersambung melalui tiang jaringan dan masing-masing dilengkapi dengan soket dan tiga lampu LED (Light Emitting Diode). Setiap instalasi rumah tangga dilindungi oleh miniature circuit breaker (MCB) dan pembatas energi (energy limiter) untuk mengendalikan alokasi energi.

Sistem DC-coupling

Sistem dianggap memiliki konfigurasi penyambungan sistem DC (DC-coupling) jika komponen utamanya terhubung di bus DC. Daya listrik dibangkitkan oleh modul fotovoltaik dan digunakan untuk mengisi baterai melalui solar charge controller. SCC adalah pengonversi DC-DC untuk menurunkan tegangan modul fotovoltaik ke level tegangan baterai yang juga dilengkapi dengan maximum power point tracker (MPPT) untuk mengoptimalkan penangkapan energi.

konfigurasi sistem DC-coupling
Di siang hari, dengan radiasi sinar matahari yang cukup, baterai diisi untuk mencapai kondisi pengisian (SoC, state of charge) yang maksimal. Seiring dengan meningkatnya permintaan listrik hingga beban melebihi daya larik fotovoltaik yang terhubung, inverter baterai akan menyalurkan energi dari baterai ke beban dan akan berhenti beroperasi ketika SoC baterai mencapai batas minimum.

Sistem AC-coupling

Komponen utama yang membedakan sistem AC-coupling dengan DC-coupling adalah inverter jaringan. Dalam konfigurasi AC-coupling, modul fotovoltaik dan baterai dihubungkan di bus AC melalui inverter jaringan dan inverter baterai. Modul fotovoltaik terhubung ke inverter jaringan dimana tegangan diubah dari DC ke AC. Serupa dengan charge controller, inverter jaringan juga dilengkapi dengan perangkat MPPT untuk mengoptimalkan penangkapan energi. Daya dari rangkaian modul fotovoltak dapat langsung digunakan oleh beban di siang hari dan kelebihannya digunakan untuk mengisi baterai melalui inverter baterai pada saat yang sama.

konfigurasi sistem AC-coupling
Berbeda dengan sistem DC-coupling, inverter baterai dalam sistem AC-coupling bekerja secara dua arah (bidirectional). Alat ini berfungsi sebagai pengatur pengisian baterai (charger) ketika radiasi sinar matahari cukup, beban terpenuhi, dan baterai belum terisi penuh (SoC rendah). Ketika beban melampaui jumlah daya masukan modul fotovoltaik, biasanya pada malam hari atau saat hari sedang berawan, maka inverter baterai akan beralih menjadi inverter mengubah arus DC-AC sehingga energi dari baterai dapat digunakan untuk memenuhi permintaan beban.

Sistem konversi di sistem AC-coupling bekerja dalam dua cara. Hal ini menyebabkan rugi-rugi konversi yang lebih besar dibandingkan sistem DC-coupling. Namun demikian, sistem AC-coupling lebih menguntungkan jika kemungkinan beban pada siang hari lebih besar karena dalam hal ini kerugian konversi hanya akan terjadi di inverter jaringan. Disisi lain, konfigurasi AC memberi lebih banyak fleksibilitas untuk dengan mudah diperluas dengan tambahan rangkaian modul fotovoltaik atau dijalankan secara hibrida bersama dengan pembangkit listrik lainnya.

Mirip dengan sistem DC-coupling, inverter baterai harus bekerja secara paralel untuk mencapai keluaran daya yang lebih besar. Karena inverter baterai adalah “otak” pembentukan jaringan distribusi di dalam PLTS off-grid, harus ada setidaknya satu inverter yang bertindak sebagai “master” yang menyediakan referensi tegangan dan frekuensi, sementara inverter baterai sisanya bertindak sebagai “slave” yang bergabung di dalam jaringan. Konfigurasi inverter baterai dan pembuatan jaringan (grid forming) akan dijelaskan lebih detail pada bab inverter baterai.

Demikian artikel singkat tentang mengenal pembangkit listrik tenaga surya (PLTS), Semoga menjadi pengetahuan tambahan bagi kita semua meskipun masih banyak komponen-komponen dari PLTS tersebut belum terbahas pada artikel ini.

Wassalam.

Sumber pustaka dan gambar :
Buku Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya: Dos and Don’ts (2018), penyusun : Ditjen EBTKE bekerja sama dengan GIZ melalui Proyek Energising Development (EnDev) Indonesia

Berlangganan update artikel terbaru via email:

0 Response to "Mengenal Pembangkit Listrik Tenaga Surya"

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel