Photovoltaic Power System (PPS) dengan Back-Up Genset

Print
Parent Category: ARTIKEL Category: Listrik & Elektronika
Last Updated on Tuesday, 07 May 2013 Published Date Written by Rugianto, SPd., MT.

Photovoltaic Power System (PPS) dengan Back-Up Genset

Oleh: Rugianto, SPd.,MT. (Widyaiswara Madya PPPPTK BOE Malang)

 

A. Pengantar

Stand-alone Photovoltaics (PV) system juga disebut system otonomi PV yaitu sistem Photovoltaic independen. Stand-alone PV system ini biasanya digunakan di tempat-tempat terpencil atau terisolasi di mana pasokan listrik dari jaringan listrik-tidak tersedia. Contoh aplikasi seperti itu pada daerah terpencil, pompa irigasi terisolasi, telepon darurat, pelampung navigasi terisolasi, rambu lalulintas, kapal, dll. Stand-alone Photovoltaics (PV) system ini sangat cocok untuk dimanfaatkan pada tempat-tempat tersebut dengan kebutuhan daya yang terbatas.

 

B.Perbedaan dengan Grid-Connection PV System

Stand-alone PV system ada yang tidak memerlukan inverter seperti grid-connection PV system, ketika sedang digunakan untuk kasus-kasus tertentu. Sejak sistem PV, apakah grid-connection atau stand-alone, menghasilkan listrik dalam jenis arus searah, sistem ini membutuhkan inverter untuk merubah arus searah menjadi arus bolak-balik / arus AC (alternating current) untuk memasok ke grid (jala-jala Perusahaan Listrik Negara / PLN) atau menjalankan mesin yang membutuhkan arus AC. Tetapi beberapa perangkat seperti pompa air, kipas pendingin, dan lampu filament membutuhkan arus DC (Direct Current / arus searah). Jadi, ketika terhubung dengan PV Stand-alone system, maka sistem ini langsung bias mendapatkan daya dari PV tanpa persyaratan inverter.

 

C.Keuntungan Stand-alone PV system

Stand-alone PV system telah mendapat sejumlah keuntungan dibandingkan dengan sumber energy lainnya.

1. Kita tidak memerlukan bahan bakar untuk menjalankan proses pembangkit listrik. Sinar matahari berlimpah di sebagian besar tempat di bumi setidaknya untuk beberapa jam setiap hari.

2. Sistem ini benar-benar bersifat ramah lingkungan dan tidak menghasilkan limbah atau bi-produk.

3. Kita dapat menghasilkan listrik di manapun dan kapanpun kita butuhkan. Ini bias berada di puncak bukit, di atas atap rumah kita, di perahu dan di semua tempat dimana sinar matahari dapat diperoleh.

4. Sistem ini sangat sederhana, kompak dan modular. Tidak ada yang kompleks baik pada sitem pengkabelan / instalasi, system control atau infra-struktur yang diperlukan.

5. Stand-alone PV System mudah dan cepat untuk menginstalnya. Sebuah system dengan beban seluruhnya 500 watt mungkin berat material kurang dari 70 kilogram. Anda dapat membongkarnya dengan mudah, transportasi dan menginstal di lokasi dapat dilakukan dalam waktu yang relatif singkat.

6. Live time of PV Stand-alone system cukup panjang dan membutuhkan perawatan minimal. Ada yang tidak ada bagian yang bergerak, keausan perangkat hamper tidak ada, karena bahan pelindung terbuat dari bahan bebas dari karat. Sistem ini hamper bebas perawatan yang memerlukan pemeriksaan dan pembersihan sesekali saja.

7. Hampir tidak ada biaya operasional sebagai system yang benar-benar otomatis dan cocok untuk dioperasikan ditempat-tempat tertentu yang tidak membutuhkan petugas penjaga.

 

D. Kelemahan Stand-alone PV system

1. Sebagai Stand-alone PV system dapat menghasilkan listrik hanya selama siang hari, sedangkan pada malam hari atau musim dingin, maka solusinya harus dipasok dari sumber alternatif yang lain.

2. Energi dapat disimpan dalam baterai tetapi ada keterbatasan praktis, untuk menyimpan energi yang dihasilkan pada musim panas (ada sinar matahari) agar dapat digunakan saat tidak ada sinar matahari (malam hari maupun musim hujan/musim dingin) akan membutuhkan bank baterai yang sangat besar.

3.  Di tempat-tempat di mana musim dingin memungkinkan sinar matahari sangat sedikit, Stand-alone PV system dapat dijembatani dengan sistem hybrid dimana alternative sumber energy seperti Genzet yang tersedia.

 

Untuk mengatasi kelemahan-kelemahan diatas muncul ide untuk membangun sistem yang akan bekerja secara otomatis disaat sinar matahari sudah tidak optimal dalam proses pengisian baterai melalui Stand-alone PV system, sementara baterai sudah mendekati batas terendah. Solusinya kita menambah rangkaian kontrol agar sistem berpindah ke Genzet sebagai sumber energi alternatifnya. Berikut ini gambar blok sistem agar proses pengisian baterai tetap dapat dilakukan, sehingga beban tetap dapat berfungsi sesuai dengan kegunaannya.

Pada gambar berikut ditunjukkan Blok diagram Auto Starting Genzet pada Stand-Alone Photovoltaics Systems

 

Adapun Penjelasan masing-masing blok diagram:

Solar Irradiance & Photovoltaic Modules

Photovoltaik merupakan pembangkit listrik yang mampu mengkonversi sinar matahari menjadi arus listrik. Energi matahari sesungguhnya merupakan sumber energi yang paling menjanjikan mengingat sifatnya yang berkelanjutan (sustainable) serta jumlahnya yang sangat besar. Matahari merupakan sumber energi yang diharapkan dapat mengatasi permasalahan kebutuhan energi masa depan setelah berbagai sumber energi konvensional berkurang jumlahnya serta tidak ramah terhadap lingkungan. Total kebutuhan energi yang berjumlah 10 TW tersebut setara dengan 3 x 1020 J setiap tahunnya.

Sementara total energi matahari yang sampai di permukaan bumi adalah 2,6 x 1024 Joule setiap tahunnya. Sebagai perbandingan, energi yang bisa dikonversi melalui proses fotosintesis di seluruh permukaan bumi mencapai 2,8 x 1021 J setiap tahunnya. Jika kita lihat jumlah energi yang dibutuhkan dan dibandingkan dengan energi matahari yang tiba di permukaan bumi, maka sebenarnya dengan menutup 0,05% luas permukaan bumi (total luas permukaan bumi adalah 5,1 x 108 km2) dengan solar cell yang memiliki efisiensi 20%, seluruh kebutuhan energi yang ada di bumi sudah dapat terpenuhi.

Power Conditioning

Power conditioning ini merupakan sistem yang terdiri dari microcontroller system lengkap dengan pemrogramannya, yang bertugas memantau tegangan dan arus yang dihasilkan oleh photovoltaik, manajemen pengisian dan penggunaan battery (Accu), menghubungkan battery dengan inverter, mengatur Auto Starting Genzet saat tegangan/arus dari photovoltaik tidak mencukupi untuk pengisian battery.

Battery Bank

Kumpulan battery yang dirangkai untuk keperluan menyimpan energi dari photovoltaik sekaligus sebagai penyedia tegangan/arus yang diperlukan oleh beban. Jika bebannya berupa DC maka cukup menyesuaikan besar kecilnya tegangan yang dibutuhkan (DC to DC converter), namun jika bebannya berupa beban AC seperti lampu 220Vac, Pompa air 220Vac, Televisi, dll, maka diperlukan rangkaian DC to AC inverter

Inverter DC to AC

Rangkaian ini digunakan untuk merubah tegangan DC yang dihasilkan oleh battery ataupun photovoltaik menjadi tegangan AC 220Vac untuk kepentingan beban AC.

Genzet

Genzet biasa disebut juga mesin generator yang menghasilkan energi listrik  terdiri dari pasokan bahan bakar, regulator kecepatan mesin konstan dan regulator tegangan generator pendinginan dan sistem pembuangan, dan sistem pelumasan. Unit genzet dengan daya sekitar 1 kW sering memiliki baterai dan motor starter listrik, sedangkan unit yang lebih besar biasanya dilengkapi dengan udara terkompresi baik ke udara didorong motor starter atau dimasukkan langsung ke silinder mesin untuk memulai putaran mesin. Daya siaga unit pembangkit sering menggunakan sistem starter otomatis maupun mematikan secara otomatis pula.

AC to DC converter

Rangkaian ini digunakan untuk merubah tegangan AC yang dihasilkan oleh genzet menjadi tegangan DC untuk mengisi battery maupun memanfaatkan tegangan yang dihasilkannya 220Vac untuk kepentingan beban AC. 

Prinsip Kerja Photovoltaic Power System (PPS) dengan Back-Up Genset

Dalam kondisi cuaca cerah yaitu dikala sinar matahari akan menyinari permukaan modul photovoltaic. 

Pada awalnya Supply Daya dari baterai melalui INVERTER. Mikrokontrol mensensor tegangan dari baterai (12V/24V/36V/48V), misalnya low baterai(12V) diatur 10V (bisadiubah), jika mendekati dari 10V (misal:10,2V) maka genset akan start dan mikrocontroler akan mensensor tegangan keluaran dari genset, jika start gagal maka akan starting lagi (max:2x), jikasudah ada tegangan genset tidak akan starting lagi. Ketika tegangan baterai pas 10V, maka catudaya dari INVERTER akan putus dan diambilalih oleh genset sepenuhnya tanpa listrik mati. Genset ini juga melakukan charging baterai. Jika baterai sudah penuh, maka genset secara otomatis akan shutdown dan catudaya diambilalih oleh INVERTER tanpa listrik mati juga. Jadi disini Peralatan listrik tidak akan terganggu dari pergantian supply dayanya dan seolah-olah pemakai tidak tahu apakah dayanya di supply dari photovoltaik atau dari Genset. 

 

Referensi: 

BS 6133:1995, ‘Code of practice for Safe operation of lead-acid stationary batteries.

Green, M A, 2004, 'Third generation photovoltaics: Theoretical and experimental progress', in Proceedings of the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 7-11 June, Paris, France

Henze, A and Hillebrand, W, 1999, Strom von der Sonne, Okobuch Verlag Staufen bei Freiburg, 1 Auflage

IEC 61730-1 ‘Photovoltaic (PV) module safety qualification - Part 1: Requirements for construction & IEC 61730-2 ‘Photovoltaic (PV) module safety qualification.

IEC 62446 Ed.1 ‘Grid connected PV systems – Minimum system documentation, commissioning tests and inspection requirements’.

IEC 62257-7-2 Technical Specification: ‘Recommendations for small renewable energy and hybrid systems for rural electrification – Part 7-1: Generators – Photovoltaic arrays

PPS22 ‘Planning Policy Statement 22: Renewable Energy, ISBN 0 11 753924 4, 2004, www.odpm.gov.uk/index.asp?id=1143908

Roger A. Messenger Jerry Ventre, 2005. Photovoltaic System Engineering , second edition. Washington DC: CRC Pres

The German Energy Society (Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie (DGS LV Berlin BRB), 2008. Planning and InstallingPhotovoltaic Systems : A guide for installers, architects and engineerssecond edition

TUV Technische Uberwachung Hessen GmbH, 2000, PV-Anlagen-Technische Anforderungen. Planungs- und Installationshinweise, Hessisches Umweltministerium, 3. Auflage

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Copyright 2019. Powered by Humas. PPPPTK BOE MALANG