Sistem Tenaga Listrik Tenaga Hybrid (PLTH)

Makalah Seminar KerjaPraktek
Sistem Tenaga Listrik Tenaga Hybrid (PLTH) Yang Dibuat Di Kedubes Austrian
Zulfakar Athur Banartama1,Dr. Ir. Joko Windarto, MT.2
Mahasiswa dan Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia
Email : [email protected]
1
2
Abstrak
Semakin banyaknya kebutuhan akan energi listrik, maka mengakibatkan juga semakin menipisnya
sumber daya alam seperti minyak bumi, gas alam dan lain-lain. Hal ini juga disebabkan kurangnya kesadaran
akan penghematan energi listrik contohnya menyalakan lampu di siang hari.
Ada beberapa cara untuk menghemat energi listrik salah satunya dengan menggunakan Pembangkit
Listrik Tenaga Hybrid. Pembangkit listrik Tenaga Hybrid ialah pembangkit yang menggunakan sumber energi
lebih dari satu macam, diantaranya dengan menggunakan energi matahari. Pemanfaatan matahari merupakan
satu diantara sumber energi yang dapat dimafaatkan untuk membangkitkan tenaga listrik. Selain tersedia
secara gratis pemanfaatan matahari ini sebagai salah satu upaya untuk mengurangi ketergantungan manusia
terhadap batu bara, minyak bumi dan gas alam yang sumbernya akan semakin menipis apabila dipergunakan
terus- menerus.
Kata Kunci : Tenaga Hybrid, energi , matahari, minyak bumi, gas alam
I.
1.1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu negara
yang mempunyai sumber daya alam yang
melimpah, salah satunya minyak bumi yang
diolah untuk digunakan sebagai bahan bakar.
Namun dengan berkembangnya dunia industri,
bahan bakar minyak menjadi dilema, karena
kandungan minyak bumi di dunia semakin
menipis seiring dengan kemajuan ilmu
pengetahuan dan teknologi. Maka dari itu perlu
adanya pengganti bahan bakar minyak, yaitu
suatu bahan bakar alternatif.
Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid
(PLTH) pada prinsipnya mengkonversi sinar
matahari menjadi listrik DC. Mengingat sistem
hybrid menggunakan 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 panel
surya, sebelum masuk ke jaringan distribusi
dikonversi menjadi listrik AC (alternating
current), oleh karena itu output dari panel solar
diusahakan dengan voltage >12VDC (system
voltage 48V ~ 120 VDC umum dipakai).
Untuk kebutuhan ini, BP Solar mengeluarkan
panel surya 130Wp dengan sistem voltage 24V
DC, hal ini memudahkan koneksi untuk
mengejar DC voltage yang tinggi. Koneksi
seri/paralel antar panel surya juga disertai
dengan diode-diode pengaman (Bypass Diode
dan Blocking Diode) untuk mencegah short
circuit, hot spot, dan reverse current.
PT. PP (Persero) yang terletak di Jakarta
merupakan salah satu kontraktor yang
melakukan pembangunan Pembangkit Listrik
Tenaga Hybrid (PLTH) berupa BIPV yang
terintegrasi dengan gedung atau bangunan.
1.2 Tujuan
Tujuan penulisan laporan kerja praktek
ini adalah mahasiswa dapat mengenal dan
mempelajari PLTH dengan menggunakan
energi listrik dan matahari di Kedubes
Autrian..
1.1 Pembatasan Masalah
Makalah ini disusun untuk mengenal dan
mempelajari jenis dan bagian-bagian PLTH
yang terdapat di Kedubes Austrian. Untuk
mempersempit masalah, maka hanya dibahas
mengenai PLTH secara umum.
II.
PROFIL
PT
PP
(PERSERO)
JAKARTA
2.1. Sejarah Singkat PT PP (Persero)
Jakarta
Pada
awal
tahun
1953,
PP
(Pembangunan
Perumahan)
didirikan
berdasarkan Akta Notaris no 48 pada tanggal
26 Agustus 1953. Pada saat itu PP (Persero)
dipercaya untuk membangun rumah bagi
petugas PT Semen Gresik Tbk. Kemudian
anak perusahaan dari BAPINDO di Gresik
seiring dengan meningkatkan kepercayaan,
memberikan proyek kepada PP (Persero).
PP (Persero) menerima tugas untuk
membangun proyek besar yang berkaitan
dengan kompensasi perang Pemerintah Jepang
yang dibayarkan kepada Republik Indonesia,
yaitu: - Hotel Indonesia, Bali Beach Hotel,
Ambarukmo Palace Hotel dan Samudera
Beach Hotel. Pada tahun 1960 karena
kepatuhan terhadap Peraturan Pemerintah No
63 tahun 1960, PN (Perusahaan Negara)
Pembangunan Perumahan diubah menjadi PN
Pembangunan Perumahan.
Pada tahun 1962, PT PP (Persero)
menyelesaikan pembangunan Hotel Indonesia,
14 lantai dengan 427 kamar, yang pada saat itu
adalah bangunan tertinggi di Indonesia. Pada
tahun 1971 sesuai dengan Peraturan
Pemerintah 39 tahun 1971, PN Pembangunan
Perumahan berubah dan menjadi PT
Pembangunan Perumahan (Persero), yang
disahkan melalui Akta No 78 tanggal 15 Maret
1973 dan bisnis inti Perseroan adalah jasa
konstruksi. Pada tahun 1991-2007 selama lebih
dari lima dekade, PT PP (Persero) telah
menjadi pemain kunci dalam bisnis konstruksi
nasional. Beberapa mega proyek yang telah
dibangun dalam periode tersebut.
Selanjutnya, mulai tahun 1991, PT PP
(Persero) diversifikasi usaha, termasuk
penyewaan ruang perkantoran di Plaza PP dan
realty pengembangan usaha di daerah Cibubur,
dan juga pendirian beberapa anak melalui
kemitraan dengan perusahaan asing, antara lain
PT PP Taisei Indonesia Konstruksi dan PT
Mitracipta Polasarana
III.
3.1
SISTEM TENAGA LISTRIK PLTH
Pengertian
Pengertian Hybrid pada umumnya
adalah penggunaan dua atau lebih pembangkit
listrik dengan sumber energi yang berbeda.
Tujuan utama dari sistem 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 beban
tertentu.
Sistem Hybrid atau Pembangkit Listrik
Tenaga Hybrid (PLTH) merupakan salah satu
alternatif sistem pembangkit yang tepat
diaplikasikan pada daerah-daerah yang sukar
dijangkau oleh sistem pembangkit besar seperti
jaringan PLN atau PLTD. PLTH ini
memanfaatkan renewable energy sebagai
sumber utama (primer) yang dikombinasikan
dengan Diesel Generator sebagai sumber
energi cadangan (sekunder).
Pada PLTH, renewable energy yang
digunakan dapat berasal dari energi matahari,
angin, dan lain-lain yang dikombinasikan
dengan Diesel-Generator Set sehingga menjadi
suatu pembangkit yang lebih efisien, efektif
dan handal untuk dapat mensuplai kebutuhan
energi listrik baik sebagai penerangan rumah
atau kebutuhan peralatan listrik yang lain
seperti TV, pompa air, strika listrik serta
kebutuhan industri kecil di daerah tersebut.
Dengan adanya kombinasi dari sumber-sumber
energi tersebut, diharapkan dapat menyediakan
catu daya listrik yang kontinyu dengan
efisiensi yang paling optimal.
Gambar 3.1 Contoh sistem PLTH yang
mengkombinasikan tenaga surya dan diesel
generator.
3.2
Konfigurasi PLTH Secara Umum
Sistem Hybrid PV-Genset terdiri dari
empat komponen utama, sebagai berikut :
1. Genset
2. Panel Surya
3. Inverter
4. Battery
3.3 Cara Kerja PLTH Secara Umum
Cara kerja Pembangkit Listrik Sistem
Hybrid Surya tergantung dari bentuk beban
atau fluktuasi pemakain energi (load profile)
yang mana selama 24 jam distribusi beban
tidak merata untuk setiap waktunya.
Load profil ini sangat dipengaruhi
penyediaan energinya. Untuk mengatasi
permasalahan tersebut maka kombinasi sumber
energi antara Sumber energi terbarukan dan
Diesel Generator atau disebut Pembangkit
Listrik Sistem Hibrida adalah salah satu solusi
paling cocok untuk sistem pembangkitan yang
terisolir dengan jaringan yang lebih besar
seperti jaringan PLN.
Pada umumnya PLTH bekerja sesuai
urutan sebagai berikut:
1. Pada kodisi beban rendah, maka beban
disuplai 100% dari baterai dan PV module,
selama kondisi baterai masih penuh
sehingga diesel tidak perlu beroperasi.
2. Untuk beban diatas 75% beban inverter
(tergantung setting parameter) atau kondisi
baterai sudah kosong sampai level yang
disyaratkan, diesel mulai beroperasi untuk
mensuplai beban dan sebagian mengisi
baterai sampai beban diesel mencapai 7080% kapasitasnya (tergantung setting
parameter). Pada kondisi ini Hybrid
Controller
bekerja
sebagai
charger
(merubah tegangan AC dari generator
menjadi tegangan DC) untuk mengisi
baterai.
3. Pada kondisi beban puncak baik diesel
maupun inverter akan beroperasi dua-
duanya untuk menuju paralel sistem apabila
kapasitas terpasang diesel tidak mampu
sampai beban puncak. Jika kapasitas genset
cukup untuk mensuplai beban puncak,
maka inverter tidak akan beroperasi paralel
dengan genset.
Tabel 4.2 Sequence Sumber Tenaga Listrik
Untuk Gedung Austrian Embassy.
Ilustrasi pemanfaatan Hybrid Sistem :
Gambar 3.2 Contoh grafik pemanfaatan
Hybrid di lokasi Wini, TTU, Nusa Tenggara
Timur.
IV.
SISTEM
PHOTOVOLTAIC
AUSTRIAN EMBASSY
4.1 Sistem Elektrikal
Austrian
Embassy
memanfaatkan
beberapa sumber tenaga listrik antara lain dari
PLN, Photovoltaic System, dan Genset.
Gedung Austrian Embassy mempunyai
konsumsi energy listrik per tahun lebih rendah
daripada gedung perkantoran lain sejenis.
4.1.1 PLN
Sumber listrik dari PLN yang digunakan
oleh Austrian Embassy adalah dengan
langganan jaringan tiga fasa dengan kapasitas
sebesar 66 KVA.
4.1.2 BIPV
BIPV pada Austrian Embassy sebagai
sumber listrik utama pada siang hari
sedangkan pada malam hari bersumber dari
PLN dengan back up system untukkondisi
emergency berasal dari OFF grid System.
Kapasitas ON-Grid sytem adalah berasal dari
solar cell dengan kapasitas total 12,8 KW
sedangkan OFF Grid system mempunyai
kapasitas daya total 30 KW dengan kapasitas
energi yang tersimpan di battery sebesar 54
KWh.
4.2
Rekapitulasi Beban
Beban pada kantor Austrian Embassy
terbagi dalam beberapa sub bagian seperti pada
table rekapitulasi beban pada tabel 3.3 berikut.
Tabel 4.3 Rekapitulasi Beban Austrian
Embassy
Gambar 4.1 Sistem Tenaga Listrik Austrian
Embassy
Masing-masing sumber tenaga listrik
pemakainnya tergantung kepada kondisi dan
waktu
pemakaiannya.
Berikut
adalah
rekapitulasi sumber tenaga listrik Austrian
Embassy.
Tabel 4.1 Rekapitulasi Sumber Tenaga Listrik
Austrian Embassy
4.3
Konfigurasi PLTH pada Gedung
Austrian Embassy Jakarta
Sistem Hybrid PV-Genset- PLN pada
gedung Austrian Embassy Jakarta terdiri dari
empat komponen yaitu :
4.3.1 Genset
Genset ialah singkatan dari Generating
Set. Genset adalah sebuah alat yang
memproduksi energi listrik dari sumber energi
mekanikal, biasanya dengan menggunakan
induksi elektromagnetik. Fungsi genset ialah
alat untuk membangkitkan listrik AC, untuk
system hybrid umumnya dilengkapi dengan
automatic starter, agar nyala-mati nya genset
dapat diatur otomatis dari electronic controller
dan biasanya digunakan untuk mensuplay daya
listrik bagi penerangan lingkungan saat PLN
padam atau pada saat darurat (drop voltage).
Genset yang digunakan pada gedung
Austrian Embassy Jakarta adalah type silent
dengan kapasitas sebesar 62 KVA. Genset ini
digunakan untuk back up seluruh beban listrik
gedung saat kondisi emergency dimana saat
sistem back up dari OFF Grid system sudah
dalam kondisi kritis sehingga power diambil
alih oleh genset.
Gambar 4.2 Genset Brand Cummins, Type
ES68 D5, Capacity 62 KVA
4.4.2 Modul Surya / Panel surya
Panel Surya merupakan suatu alat yang
dapat menyimpan energi listrik yang energinya
di dapat dari sinar matahari,proses perubahan
energi matahari menjadi energi listrik ini
disebut efek photovoltaic. Panel surya
dirancang untuk dapat digunakan baik siang
maupun malam, seperti layaknya listrik dari
PLN. Listrik yang dihasilkan oleh modul surya
akan disimpan didalam battery/Accu, sehingga
listrik
dapat
diambil/digunakan
kapan
saja.Perancangan system Panel surya telah
memperhitungkan faktor cuaca sepanjang
tahun, apabila digunakan sesuai dengan
petunjuk pemakaiannya, maka PLTS akan
dapat digunakan secara normal baik pada
musim kemarau maupun pada musim hujan.
Hal ini dimungkinkan karena ukuran
modul surya dan battery/accu telah
diperhitungkan dengan mempertimbangkan
perubahan iklim sepanjang tahun dan besarnya
kebutuhan listrik harian. Sehingga pada saat
musim hujan listrik dalam battery pelan-pelan
turun karena listrik yang dihasilkan modul
surya cenderung lebih kecil dari pemakaian,
sebaliknya pada musim kemarau listrik yang
dihasilkan modul surya cenderung lebih besar
dari pemakaian sehingga listrik dalam battery
pelan-pelan penuh kembali. Meskipun
hujan/mendung, panel surya masih tetap dapat
menghasilkan listrik, selagi masih ada cahaya.
Dengan dilepasnya subsidi terhadap BBM,
listrik Panel surya sekarang sudah lebih
ekonomis dibandingkan dengan listrik dari
genset (diesel), atau jika dibandingkan dengan
petromak sekalipun.
Gambar 4.3 Kurva IV yang berbeda. Arus (A)
berubah dengan penyinaran, dan voltase (V)
berubah dengan suhu
Kinerja
modul
surya
yang
direpresentasikan oleh kurva karakteristik IV
atau
IV
characteristic
curve,
yang
merepresentasikan arus yang disediakan
berdasarkan tegangan yang ditimbulkan oleh
tingkat radiasi surya tertentu.
Kurva merepresentasikan semua nilai
tegangan-arus
yang
mungkin.
Kurva
bergantung pada dua faktor utama: suhu dan
radiasi surya yang diterima oleh sel. Untuk
sebuah area sel surya, arus yang dihasilkan
secara langsung sebanding dengan penyinaran
surya (G), sedangkan tegangan berkurang
dengan kenaikan suhu. Sebuah pengatur yang
baik akan berusaha memaksimalkan jumlah
daya yang disediakan oleh panel dengan
mengikuti titik yang menyediakan daya
maksimum (V x I). Daya maksimum berkaitan
dengan lutut kurva IV.
Panel Surya yang digunakan pada
gedung Austrian Embassy Jakarta adalah :
Gambar 4.4 Solar cell SharptipeND130T1J kapasitas 130 Wp
Solar cell yang digunakan pada proyek
adalah sebanyak 99 buah dengan kapasitas 130
Wp per panel sehingga total kapasitas BIPV
adalah
12
KWp.
Solar
cell
dirangkaiuntukbeban 3 fasasecara parallel
dengantegangan
DC
600V
DC
menyesuaikandenganspesifikasitegangan input
Inverter.
Berikut adalah spesifikasidari solar cell yang
digunakan :
Merk
: Sharp
Type
: ND-130T1J
bioskop, dan semua tempat yang memerlukan
energi (listrik) cadangan untuk mengganti
listrik PLN.
Rugi-rugi / loss yang terjadi pada
inverter biasanya berupa dissipasi daya dalam
bentuk panas. Effisiensi tertinggi dipegang
oleh grid tie inverter yang diclaim bisa
mencapai 95-97% bila beban outputnya hampir
mendekati rated bebannya. Sedangkan pada
umumnya effisiensi inverter adalah berkisar
50-90% tergantung dari beban outputnya. Bila
beban outputnya semakin mendekati beban
kerja inverter yang tertera maka effisiensinya
semakin besar, demikian pula sebaliknya.
Modified sine wave inverter ataupun square
wave inverter bila dipaksakan untuk bebanbeban induktif maka effisiensinya akan jauh
berkurang dibandingkan dengan true sine wave
inverter. Perangkatnya akan menyedot daya
20% lebih besar dari yang seharusnya.
Keunggulan lain dari power inverter ini
adalah pada saat digunakan tidak akan
bersuara seperti menggunakan genset. Selain
itu gadget ini juga tidak memerlukan
perawatan ekstra. Sehingga Anda bisa lebih
mudah dan nyaman ketika menggunakannya.
Inverter dc ke ac ini juga dilengkapi
dengan fungsi shutdown otomatis dan alarm
yang berbunyi saat baterai hampir habis. Selain
itu inverter watt ini juga dilengkapi dengan
overload short circuit protection yang
berfungsi untuk mengecek penggunaan listrik
sesuai dengan kapasitas atau tidak.
4.4.3.1 On Grid Inverter
Inverter yang digunakan pada gedung
Austrian Embassy Jakarta adalah ON Grid
Inverter/grid-tie
solar
inverter/sinkron
Padaproyek Austrian Embassy ongrid inverter
yang digunakanmempunyaikapasitas total
sebesar 15 KW (17,6 KVA) yang terdiridari 3
buah inverter satufasa yang dirangkaimenjadi
inverter 3 fasa. Berikut adalah spesifikasi
inverter on grid proyek Austrian embassy.
Gambar 4.5 BIPV 12 KWp Austrian Embassy
4.4.3Electronic Controller/Bi directional
Inverter
Inverter adalah sebuah alat yang
mengubah listrik DC (Direct Current) dari
baterai atau solar cell menjadi AC (Alternating
Current)
untuk menjalankan
peralatan
elektronik seperti
komputer, peralatan
telekomunikasi, TV, radio, freezer / kulkas,
AC, mesin cuci, mesin jahit, kompor listrik,
oven microwave dll. Inverter dapat digunakan
di rumah, industri skala kecil, mall,
supermaket, hotel, restoran, cafe, bank, klinik,
SPBU (pom bensin), sekolah, rumah sakit,
Merk
Type
solar inverter
: Xantrex
: GT 5.0SPGrid-tie
Gambar 4.6 ON Grid Inverter Xantrex 15 KW
Sinkronisasi dilakukan antar Inverter
On-grid dengan bantuan kabel Cat-5.
Sinkronisasi dilakukan untuk menyamakan
tegangan dan frekuensi dengan jaringan PLN.
Waktu sinkronisasi yang dibutuhkan oleh
inverter adalah satu menit sejak inverter dipicu
oleh system jaringan PLN. Apabila
sinkronisasi gagal maka sistem inverter akan
mengulang sinkronisasi lagi dari awal.
Besarnya
daya
yang
dihasilkan
merupakan jumlah dari ketiga masing-masing
daya
melalui
masing-masing
inverter.
Besarnya daya, arus, tegangan dan lamanya
waktu system mulai On-line mengikuti sistem
grid dapat dimonitoring melalui inverter yang
ditampilkan secara digital.
4.4.3.2 OFF Grid Inverter
Di proyek Austrian Embassy inverter
yang digunakan adalah OFF Grid Inverter
Sunny Islands 5048US yang berfungsi sebagai
inverter disaat sumber listrik dari jaringan
padam, sedangkan pada saat jaringan listrik
sedang on maka inverter berfungsi sebagai
baterai charger. Besarnya kapasitas total
Offgrid inverter adalah sebesar 30 KW (35,2
KVA) yang terdiri dari 6 buah inverter Sunny
Islands
5048US
yang
masingmasingmempunyaikapasitas 5000 W. Berikut
adalah spesifikasi Offgrid inverter proyek
Austrian embassy .
Gambar 4.9 OFF Grid Inverter Sunny
Islands 5048US
Gambar 4.10 Konfigurasi OFF Grid Inverter
Gambar 4.7 Konfigurasi ON Grid Inverter
Xantrex_GT 5.0 AU
4.4.4 Battery
Baterai adalah alat penyimpan tenaga
listrik arus searah ( DC ). Ada beberapa jenis
baterai / aki di pasaran yaitu jenis aki
basah/konvensional, hybrid dan MF (
Maintenance Free ).
Aki basah/konvensional berarti masih
menggunakan asam sulfat
( H2SO4 )
dalam bentuk cair. Sedangkan aki MF sering
disebut juga aki kering karena asam sulfatnya
sudah dalam bentuk gel/selai. Dalam hal
mempertimbangkan posisi peletakkannya
maka aki kering tidak mempunyai kendala,
lain halnya dengan aki basah. Battery yang
digunakan pada gedung Austrian Embassy
Jakarta adalah :
Brand : Sonnenschein
Type : Solar S12/90A
Gambar 4.11 Battery Sonnenschein Solar
S12/90A
Gambar 4.12 InstalasiOFF Grid Inverter Sunny
Islands 30 KW dan Battery
4.4.5
Kabel
Kabel yang digunakan untuk instalasi
photovoltaic adalah NYYhy .Pertimbangan
pemilihan kabel tersebut adalah, mudah untuk
instalasi karena kabel NYYHy flexible.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Cristiana Honsberg, Stuat Bowden, 1999,
Photovoltaic Devices,
system and Aplication PVCDROM 1.0,
Australia.
[2] David, 2008, Tugas akhir Pemodelan dan
simulasi fotovoltaic
sistem dengan menggunakan PSIM, Jurusan
Teknik elektro,
Fakultas teknik, Universitas kristen petra,
Jakarta.
[3] http://buletinlitbang.dephan.go.id. 2011,
Mengenal sel surya sebagai energi alternatif.
[4] http://energisurya.wordpress. 2008, Melihat
prinsip kerja sel
surya lebih dekat
[5] http://panelsurya.com. 2011, Sistem panel
surya
BIODATA
Penulis yang lahir di
Semarang, 12 Maret
1989
mempunyai
riwayat pendidikan di
SDN Taman Pekunden
Semarang, SLTPN 10 Semarang, SMAN 1
Semarang dan saat ini sedang menjalankan
studi strata 1 di Teknik Elektro Universitas
Diponegoro konsentrasi teknik tenaga listrik.
Menyetujui,
Dosen Pembimbing
Dr. Ir. Joko Windarto, MT
Gambar 4.13 KabelNYYhy.
NIP 196405261989031002