Jurnal P3tkebtke Fix.docx

PENDAHULUAN

Teknologi

Latar Belakang

Terbarukan

Pada banyak

umumnya

sekali

memenuhi perkembangan

Indonesia

pembangkit kebutuhan ekonomi

memiliki

listrik

untuk

listrik dan

Ketenagalistrikan dan

P3TKEBTKE

)

Energi

Konversi Jakarta

Baru

Energi

sebagai

(

obyek

penelitian.

guna

pertumbuhan

Tujuan Tujuan dari studi ini adalah untuk

industri dalam negeri, penggunaan pembangkit listrik berbahan bakar fosil pun di gunakan hampir di seluruh wilayah Indonesia. Salah satu nya adalah PLTU ( Pembangkit Listrik Tenaga Uap) batubara yaitu pembangkit listrik berbahan bakar batu bara. Penggunaan bahan fosil ini memiliki banyak sekali keuntungan seperti mudah di dapatkan, menghasilkan panas yang

mengetahui rata-rata produksi listrik (kWh) harian

Sistem Photovoltaik On

Grid di

P3TKEBTKE. Kemudian untuk mengetahui perbandingan biaya beban listrik yang disuplai Sistem Photovoltaik

On

Grid

kantor

P3TKEBTKE dengan biaya beban listrik apabila langsung disuplai dari PLN.

cepat dan tahan lama sehingga listrik yang dihasilkan besar, namun dibalik kelebihannya batubara tetap salah satu bahan fosil yang akan

Teori Grid Connected PV System (Sistem

habis pada waktunya karena jumlahnya yang

Photovoltaik

terbatas di bumi serta mengeluarkan polusi yang

Green Energy bagi penduduk perkotaan baik

sangat

perumahan ataupun perkantoran. Sistem ini

berbahaya

mengakibatkan

bagi

manusia

dan

global

yang

pemanasan

mengancam kehidupan mahluk hidup di bumi.

On

menggunakan

Grid)

Modul

merupakan solusi

Surya

(Photovoltaic

Module) untuk menghasilkan listrik yang ramah

Dengan kata lain pengganti batubara

lingkungan dan bebas emisi. Dengan adanya

sebagai bahan yang dapat menghasilkan listrik.

sistem ini akan mengurangi tagihan listrik

Jumlah energi surya

rumah tangga, dan memberikan nilai tambah

tidak akan habis-habis

khususnya di Negara Indonesia yang beriklim

pada pemiliknya.

tropis PLTS ini sehingga tepat sekali di manfaatkan dan tidak perlu khawatir akan kekurangan suplai bahan penghasil listrik. Ramah akan lingkungan sehingga tidak akan menyebabkan pemanasan global. Berdasarkan

atas

pemikiran

dan

pertimbangan di atas, dilakukan suatu penelitian

Gambar 1. Prinsip Kerja PLTS On Grid

untuk menganalisis, secara teknis dan ekonomis, sebagai

Sesuai namanya, Grid Connected-PV,

penyuplai daya listrik dengan beban daya

maka sistem ini akan tetap berhubungan dengan

listrik di Pusat Penelitian dan Pengembangan

jaringan

penerapan Sistem

Photovoltaik

PLN

dengan

mengoptimalkan

pemanfaatan Energi PV untuk menghasilkan energi listrik semaksimal mungkin. Pada siang hari, Modul Surya yang

Keuntungan menggunakan Energi Surya (Grid Connected PV) : 1.

terpasang pada atap akan mengkonversi sinar

fosil

matahari menjadi Energi listrik Arus Searah (DC). Selanjutnya sebuah komponen yang

2.

3.

berbagai peralatan disuplai

4.

5.

Bersih, tidak berisik, menggunakan energi

Pengoperasian dan Perawatan sistem yang

Membantu menstabilkan tegangan PLN

Membantu

mengurangi

biaya

tagihan

listrik bulanan 6.

kelebihan energi dari PV maka kelebihan energi ini dapat dijual ke PLN.

mengurangi polusi/emisi

pada sisi beban

langsung oleh

Modul Surya. Jika pada kondisi ini terdapat

bakar

sangat mudah

seperti Lampu, TV, Kulkas, Mesin Cuci, dll. Jadi pada siang hari, kebutuhan energi listrik

sehingga

bahan

gratis dari matahari sepanjang tahun

(AC) yang kemudian dapat digunakan untuk mensuplai berbagai peralatan rumah tangga

penggunaan

bahan bakar

disebut Grid-inverter merubah listrik arus searah (DC) dari PV menjadi listrik arus bolak-balik

Mereduksi

Meningkatkan

nilai

prestise

pada

rumah/perkantoran 7.

Pada malam hari atau jika kondisi cuaca

Kelebihan Listrik yang dihasilkan PV dapat dijual kepada PLN

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 :

METODOLOGI Metode yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1.

Pengambilan Data Pengambilan data klimatologi lokasi penelitian yang meliputi intensitas radiasi matahari tahun 2014 . Data ini diperoleh dari NASA (National Aeronautics and Space Admitration) melalui website NASA sesuai koordinat lokasi penelitian. Pengambilan data berupa produksi energy listrik menggunakan alat ukur

Gambar 2. Grafik Penggunaan Grid Connected

pyranometer serta inverter yang kemudian

Photovoltaic System

di rata- ratakan.

2.

Analisis Data Setelah data terkumpul, data tersebut dianalisis sesuai dengan teori-teori dari literature. Analisis data bertujuan untuk

mengetahui nilai-nilai yang berhubungan

ketebalan kabel yang harus dipasang pada

pada rumusan masalah pada skripsi ini

sistem.

yaitu meliputi :  Perhitungan dan analisis daya listrik sistem photovoltaic  Perhitungan

dan

analisis

data-rata

produksi energi listrik harian sistem  Perhitungan

dan

analisis

Tabel 1. Tabel perbandingan rating ampere dengan ketebalan kabel SI SYSTEM OR METRIC (DECIMAL) SYSTEM Current Carrying Capacity (in Amp)

Area (in mm2)

rata-rata

3

0.5

produksi energi listrik harian sistem

6 11

0.75 1

photovoltaic

13

1.25

 Perhitungan dan analisis keekonomian

15 18

1.5 2.5

 Perhitungan dan analisis pengeluaran

24

4

31 42 56 73 90 145 185 230

6 10 16 25 35 50 70 95

biaya beban listrik yang disuplai PLN  Perhitungan dan analisis pengeluaran biaya beban listrik disuplai sistem photovoltaic on grid

Analisis

Hubung

Singkat/ShortCircuit

Analysis

b. Menentukan kapasitas CB Untuk melakukan analisis short-circuit

a. Menentukan spesifikasi kabel / Cable Sizing

pada ETAP 12.6.0 metode yang dipakai adalah arch flash method IEEE 1584.

Untuk menentukan ketebalan kabel yang harus diketahui berapa besar Ampere agar kabel yang digunakan memenuhi syarat untuk dipakai pada sistem photovoltaic maka dapat digunakan persamaan sebagai berikut : Kabel DC

yang telah di tentukan maka akan diketahui rating ampere sehingga dari rating ampere tersebut kita bisa menentukan kapasitas CB atau peralatan pengaman lainnya yang akan dipasang.

I = P/Vdc

(1)

Kabel AC

Analisis Aliran Daya / Load Flow Analysis

I = P/Vac

(2)

Dengan

Analisis aliran daya digunakan untuk mengetahui rugi-rugi daya (losses), jatuh

I

= Arus (A)

P

= Daya (W)

tegangan ( drop voltage ) atau fluktuasi tegangan pada Sistem Tenaga Listrik. Metode aliran daya

Vdc = Tegangan DC (Volt)

yang digunakan adalah Adaptive Newton-

Vac = Tegangan AC (Volt) Untuk

Dengan memberi gangguan pada BUSBAR

mengetahui

Raphson. rating

ampere

terdapat pada table 1 sebagai acuan berapa

Setelah program di-run maka akan diketahui losses dari perbandingan daya yang

dibangkitkan dan daya yang dihasilkan sampai ke beban. Indikator fluktuasi tegangan dapat diliihat dari warna busbar.

Gambar 3. SLD PLTS P3TKEBTKE on-grid Simulasi

telah

dibuat

untuk

bisa

menjalankan short-circuit analysis, load-flow analysis dan transient stability analysis. Sistem



Merah-Sistem dalam keadaan trip

PLTS terdiri dari PLTS berkapasitas 4 kW.



Pink-Tegangan

Menggunakan inverter berkapasitas 4.04 kW



Untuk

sistem

pada

kondisi batas wajar

dengan beban lampu TL 10x10 watt dan lampu

Hitam-Sistem berjalan dengan

TL 20x20 watt. Sistem juga on-grid dengan

Normal

PLN 220 volt.

memperbaiki

keadaan

yang

dianggap berjalan dengan tidak normal pada

Analisis

Hubung

kondisi busbar merah maka perlu dilakukan

Analysis

pengaturan pembangkitan dan pengaturan beban

a. Menentukan spesifikasi kabel / Cable

dan bila perlu ditambahkan peralatan seperti

Sizing

Capasitor Bank, Static VAR Compensator dll.

Kabel DC

Singkat/ShortCircuit

I = P/Vdc Analisis Kestabilan Sistem / Transient

I = P/Vdc

Stability

I = 4000 watt/140volt

Sistem Tenaga Listrik di Indonesia

I = 28,6 A

menggunakan frekuensi 50 Hz. Toleransi fluktuasi yang boleh digunakan adalah ±1% yaitu 49,5 Hz dan 50,5 Hz. Kestabilan sistem juga dilihat dari fluktuasi tegangan dan daya output-nya.

HASIL DAN PEMBAHASAN Laporan Penelitian

Gambar 4. Short-Circuit DC Cable

(1)

Dari hasil perhitungan pada kabel DC hasil dari

Kabel AC

rumus didapat rating ampere sebesar 28,6 A dan

I = P/Vac

hasil simulasi sebesar 30 A. Sehingga dengan

I = P/Vac

melihat tabel 1 maka ketebalan kabel DC yang

I = 4000 watt/220volt

2

digunakan adalah rating 31 A dengan 6 mm .

(2)

I = 18,18 A

Gambar 5. Report Short-Circuit AC Cable

Dari hasil perhitungan pada kabel AC hasil dari rumus didapat rating ampere sebesar 18,18 A dan hasil simulasi sebesar 0.022 kA atau 22 A pada peak current . Sehingga dengan melihat tabel 1 maka ketebalan kabel AC yang digunakan adalah rating 24 A dengan 4 mm2. b. Menentukan kapasitas CB Menentukan

CB

sama

seperti

menentukan ketebalan kabel berdasarkan rating ampere. Pada hasil simulasi shortcircuit DC didapat rating arus 30 A, dilihat pada gambar 6 maka pada CB dipilih spesifikasi dengan rating arus 32 A.

Gambar 6. Penentuan kapasitas DC Circuit Breaker

Pada hasil simulasi short-circuit DC didapat rating arus 22 A, dilihat pada gambar 6 maka pada CB dipilih spesifikasi dengan rating arus 25 A.

Gambar 7. Penentuan Kapasitas CB Low Voltage 220 Volt

Analisis Aliran Daya / Load Flow Analysis

Gambar 8. Load Flow Analysis

Gambar 9. Losses dan drop voltage dari daya output PV menuju ke inverter

Hasil simulasi aliran daya rangkaian DC pada

gambar

9

menunjukan

daya

101,15% dari 140 volt menjadi 141,6 volt masih

yang

dalam toleransi berjalan normal. Tegangan pada

dibangkitkan PV sebesar 4,067 kW setelah

dcbus2 penurunan tegangan 95% dari 140 volt

melewati kabel DC menuju ke inverter daya

menjadi 133.0 volt bus berwarna pink artinya

menjadi 3,820 kW. Terjadi losses sebesar 0.247

masih dalam toleransi.

kW. Tegangan pada dcbus13 kenaikan tegangan

Gambar 10. Losses dan drop voltage dari daya output inverter menuju beban AC

Gambar 11. Load Flow Analysis rangkaian AC

Hasil simulasi aliran daya rangkaian AC

toleransi berjalan normal. Tegangan pada bus19

pada gambar 10 dan 11 menunjukkan tidak ada

99,93 % penurunan tegangan 0.07% dari 220

losses pada rangkaian DC menuju beban AC.

volt masih dalam toleransi berjalan normal.

Tegangan pada bus18 99,98 % penurunan tegangan 0.02% dari 220 volt masih dalam

Analisis Kestabilan Sistem / Transient Stability Simulasi PLTS daya output 50% Simulasi ini dibuat pada saat terjadi gangguan awan melintas di atas PV sehingga masuknya photon ke dalam PV tidak maksimal. Ini disimulasikan daya output-nya adalah 2 kW. Berkurangnya daya output akan mempengaruhi kondisi pada sistem dan beban yaitu fluktuasi frekuensi, tegangan, dan arus. Dalam gambar 12 tidak terjadi fluktuasi frekuensi, pada gambar 13 terjadi penurunan tegangan tetapi masih dalam batas wajar. Dan pada gambar 14 arus pada beban naik akibat daya output plts dan tegangan menurun.

Gambar 12. Frekuensi Stabil

Gambar 13. Penurunan Tegangan Dalam Batas Wajar

Gambar 14. Kenaikan Arus Pada Beban Masih Dalam Kondisi Wajar

Perhitungan dan Analisis Daya Listrik

Perhitungan dan Analisis Rata-rata Produksi

Sistem Photovoltaik

Energi Listrik Harian Sistem Photovoltaik

Perhitungan dan Analisis daya listrik PLTS

P3TKEBTKE

menentukan

daya

dibangkitkan

Sistem

digunakan listrik

yang

Photovoltaik

Dari nilai Pwp (kWp) yang telah

untuk

diketahui maka untuk menentukan rata-rata

dapat

produksi

energi

listrik

harian

Sistem

dengan

Photovoltaik (kwh) perlu perkiraan ESH

asumsi area yang mendapat cahaya matahari

(Equivalen Sun Hour) yaitu suatu pendekatan

atau area pemasangan modul surya. Dengan luas

untuk merata-ratakan jumlah penyinaran energi

tempat pemasangan Sistem Photovoltaik sebesar

setiap harinya. Data untuk nilai ESH didapat

± 25 m2 maka daya yang dapat dibangkitkan

dari beberapa website penelitian seperti NASA

Sistem Photovoltaik dapat dihitung dengan

(National Aeronautics and Space Admitration)

menggunakan Persamaan 3.2 Sebagai berikut :

atau Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika (BMKG). Seperti tabel dibawah ini :

Pwp = Area array x PSI x ŋpv Tabel 2. Radiasi Matahari Dengan area array adalah 25 m2, Peak Sun Insulation (PSI) adalah 1000 W/m2 dan effisiensi panel surya adalah 16 % maka : Pwp = 25 m2 x 1000 W/m2 x 0,16 Pwp = 4000 Wp = 4 kWp

ESH = ESH =

𝑰𝒏𝒔𝒖𝒍𝒂𝒔𝒊 𝑹𝒂𝒕𝒂−𝒓𝒂𝒕𝒂 𝑻𝒂𝒉𝒖𝒏𝒂𝒏

Data Penelitian dan Analisis Rata-Rata

𝑷𝑺𝑰

Produksi Energi Listrik Harian Sistem

𝑾𝒉 /𝒉𝒂𝒓𝒊 𝒎𝟐 𝒘 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒎𝟐

𝟓𝟐𝟏𝟗

Photovoltaik

ESH =5,219 jam/hari Dari data tabel dibawah ini maka untuk Dalam sistem photovoltaik terdapat rugirugi daya yang dihasilkan, salah astunya adalah rugi-rugi temperature PV. Temperatur PV idealnya 25 °C maka rata-rata rugi-rugi yang

menentukan rata-rata produksi energi listrik sistem photovoltaik (kwh) dalam tahun perlu memperhitungkan perkiraan cuaca dalam 1 tahun pada tabel 4.6, data tabel yang didapat ini berdasarkan pengukuran dilapangan melalui

terjadi adalah :

inverter sunny boy dan pyranometer dengan

= temperature udara + 15 °C

berbagai kondisi cuaca per bulan kemudian data

=28,28 °C + 15 °C = 43,28 °C Jika dalam prosentase maka rugi-rugi tempertaur sebesar 9,14 %, untuk rugi-rugi

tersebut di rata-rata dan memperoleh hasil sebagai berikut :

keseluruhan sistem photovoltaik dengan asumsi rugi-rugi komponen lain 9 % adalah sekitar

Tabel 3. Produksi Energi Listrik PV Saat Cuaca Cerah

18,14 %. Dengan

memperhitungkan

berbagai

aspek seperti ESH dan kompensasi rugi-rugi

Jam

Radiasi Matahari (W/m2)

yang terjadi pada PV maka EPV(TERMANFAATKAN)

E-heute (kWh) [komulatif]

06.00

0

0

07.00

134

0,05

EPV = 4 kWp x 5,219 jam/hari

08.00

233

0,23

EPV = 20,876 kWh/hari

09.00

438

0,64

EPV(TERMANFAATKAN) = EPV - (18,14 % x EPV )

10.00

813

1,24

EPV(TERMANFAATKAN) = 20,876 - (18,14 % x EPV )

11.00

1005

1,76

EPV(TERMANFAATKAN) = 20,876 – 3,787

12.00

976

2,53

EPV(TERMANFAATKAN) = 17,089 kWh/hari

13.00

1127

3,45

EPV(1 TAHUN) = 17,089 kWh/hari x 365 hari

14.00

854

4,36

EPV(1 TAHUN) = 6237,485 kWh

15.00

465

4,98

16.00

220

5,32

17.00

74

5,48

18.00

0

5,5

(kWh) adalah : EPV = Pwp x ESH

Keterangan Tabel : E-heute = jumlah produksi energi listrik yang didapat seluruh modu

Tabel 4. Produksi Energi Listrik PV

Tabel 4. Tabel curah hujan SaatCuaca

Mendung dan Hujan daerah

Bulan basah = curah hujan lebih dari 100 mm Bulan lembab = curah hujan antara 60-100 mm Bulan kering = curah hujan kurang dari 60 mm

Jakarta selatan dan sekitarnya

Total E-heute dalam 1 tahun = 10,8 + 60 + 825 kWh Maka rata-rata E-heute harian

Hujan

= 3 bulan

=

Lembab

= 4 bulan

=

Cerah

= 5 bulan

Produksi Sistem Photovoltaik dalam 1 tahun (cuaca hujan) = E-heute x 30 x perkiraan cuaca dalam 1 tahun

𝑷𝒓𝒐𝒅𝒖𝒌𝒔𝒊 𝒍𝒊𝒔𝒕𝒓𝒊𝒌 𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎 𝒑𝒗 𝒅𝒂𝒍𝒂𝒎 𝟏 𝒕𝒂𝒉𝒖𝒏 (𝒌𝑾𝒉) 𝟑𝟔𝟓 𝒉𝒂𝒓𝒊 𝟖𝟗𝟓,𝟖 𝟑𝟔𝟓

Rata-rata E-heute harian = 2,45 kWh/hari

Pendapatan Penjualan Listrik Yang Didapat Dari Produksi Listrik Sistem Photovoltaik Selama 10 Tahun

= 0,12 kWh/hari x 30 x3 = 10,8 kWh Produksi Sistem Photovoltaik dalam 1 tahun (cuaca lembab)

Untuk E-heute dalam 10 tahun kedepan diambil perkiraan cuaca pada tahun 2014 maka : E-heute (1 tahun) = 895,8 kWh

= E-heute x 30 x perkiraan cuaca dalam 1 tahun

Pendapatan Penjualan Listrik dalam 10 tahun

=0,5 kWh/hari x 30x 4

A

= 60 kWh Produksi Sistem Photovoltaik dalam 1 tahun (cuaca hujan) = E-heute x 30 x perkiraan cuaca dalam 1 tahun = 5,5 kWh/hari x 30 x 5 = 825 kWh

= 895,8 kWh x Rp 3.125/kWh = Rp 2.799.375

P

= A (P/A,5%,10) = Rp 2.799.375 x (7,772) = Rp 21.616.774

KESIMPULAN DAN SARAN

batas wajar dan arus pada beban naik

Kesimpulan

akibat daya output plts dan tegangan

Dari hasil pembahasan atas studi ini dapat disimpulkan : 1.

2.

menurun. 5.

Produksi Sistem Photovoltaik dalam 1

Untuk sistem DC maka dipilih ukuran

tahun (cuaca hujan) sebesar 10,8 kWh.

kabel yang digunakan adalah rating 31 A

Produksi Sistem Photovoltaik dalam 1

dengan 6 mm2 sedangkan untuk sistem

tahun (cuaca lembab) sebesar 60 kWh.

AC maka dipilih ukuran kabel yang

Produksi Sistem Photovoltaik dalam 1

digunakan adalah rating 24 A dengan 4

tahun (cuaca cerah) sebesar 825 kWh.

mm2.

Sehingga didapat rata-rata E-heute

Hasil simulasi aliran daya rangkaian DC

harian = 2,45 kWh/hari.

pada gambar 9 menunjukan daya yang

Saran

dibangkitkan PV sebesar 4,067 kW

Perlu dilakukan pengamatan daya output

setelah melewati kabel DC menuju ke

PLTS yang lebih banyak untuk dapat lebih

inverter daya menjadi 3,820 kW. Terjadi

dalam mempelajari kondisi Transien Stability

losses sebesar 0.247 kW. Tegangan pada

PLTS pada saat terjadi fluktuasi daya output.

dcbus13 kenaikan tegangan 101,15% dari

3.

140 volt menjadi 141,6 volt masih dalam

DAFTAR PUSTAKA

toleransi berjalan normal. Tegangan pada

[1].

dcbus2 penurunan tegangan 95% dari 140

2014. A Novel Approach for Ramp-Rate

volt menjadi 133.0 volt bus berwarna pink

Control of Solar PV Using Energy

artinya masih dalam toleransi.

Storage to Mitigate Output Fluctuations

Hasil simulasi aliran daya rangkaian AC

Caused by Cloud Passing.

pada gambar 10 dan 11 menunjukkan

[2].

Marcos, Javier. Marroyo, Luis. Lorenzo,

tidak ada losses pada rangkaian DC

Eduardo. Alvira, David. Izco, Eloisa.

menuju beban AC. Tegangan pada bus18

2010. Power output fluctuations in large

99,98 % penurunan tegangan 0.02% dari

scale PV plants: one year observations

220 volt masih dalam toleransi berjalan

with one second resolution and a derived

normal. Tegangan pada bus19 99,93 %

analytic model.

penurunan tegangan 0.07% dari 220 volt

4.

M J. E Alam, KM. Muttaqi, D Sutanto.

[3].

Buku Pembangkit Listrik Tenaga Surya

masih dalam toleransi berjalan normal.

(PLTS).

Untuk simulasi transient stability ketika

Tangerang.

terjadi penurunan daya akibat awan

https://energisurya.wordpress.com/2008/

melintas (cuaca mendung/berawan) tidak

07/10/melihat-prinsip-kerja-sel-surya-

terjadi

lebih-dekat/

fluktuasi

frekuensi,

terjadi

penurunan tegangan tetapi masih dalam

2005.

B2TE,

Serpong,

[4].

Advanced Training for Trainers in Photovoltaics

and

Bioenergy,

2014,

renewable academy (renac), Jakarta [5].

Abdul

Kadir,

Ir.,

Prof.,

Energi,

Universitas Indonesia Press, Jakarta. [6].

I Nyoman Pujawan, 1995. Ekonomi Teknik, Surabaya: PT Guna Widya

[7].

Bansai NK, et .al. 1990. Renewable Energy

Sources

Technology, Publishing

And

Tata Co.Limited,

Conversion McGraw-Hill New

Delhi.

http://rakhman.net/2013/04/jenis-sistemplts.html