PLTS : Stand Alone System

Masih melanjutkan tulisan sebelumnya terkait PLTS, fokus dalam tulisan kali ini lebih kepada sistem PLTS Terpusat atau disebut juga Stand Alone System.

Disebut stand alone system karena pada sistem ini PLTS menjadi satu-satunya sumber energi listrik. Di Indonesia, sistem ini banyak di pasang di pulau-pulau terpencil yang sulit di akses oleh grid (PLN). Sudah ratusan pulau-pulau kecil di Indonesia yang telah terpasang PLTS Terpusat ini yang memang menjadi salah satu program pemerintah. Untuk pulau-pulau atau daerah terpencil yang mendapat bantuan pemerintah umumnya (saat ini) terpasang PLTS stand alone dengan kapasitas 5, 10, atau 15 kWp. Kapasitas tersebut cukup untuk menerangi hingga 100 rumah, dengan catatan listrik hanya untuk penerangan dan tidak dianjurkan untuk televisi (tabung khususnya), kulkas, dll karena dayanya tidak akan cukup.

PLTS Stand Alone terdiri dari beberapa komponen utama :

PV Off Grid

Skema Umum PLTS Off Grid
(www.alternative-energy-tutorials.com/solar-power/stand-alone-pv-system.html)

1. Modul Surya

Tentunya modul surya/solar modul merupakan komponen utama dari PLTS ini. Umumnya (saat ini) modul surya yang paling banyak digunakan berjenis crystalline baik itu Monocrystalline ataupun Polycrystalline sedangkan untuk jenis thin film masih jarang digunakan (di Indonesia).

PLTS Off grid akan terdiri dari beberapa modul surya sesuai dengan kapasitasnya. sebagai contoh, PLTS 5 kWp akan terdiri dari 25 unit solar modul 200 Wp atau 50 unit solar modul 100 Wp. Modul surya ini disusun secara seri dan parallel dengan konfigurasi tertentu.

PHOTOVOLTAIC_ARRAY

PV array disusun secara seri dan parallel dengan konfigurasi tertentu

Beberapa modul surya disusun secara seri bertujuan untuk meningkatkan tegangan agar sesuai dengan spesifikasi input dari charge controller/inverter. rangkaian modul surya yang dirangkai secara seri disebut PV string.

PV string diparallel bertujuan untuk meningkatkan daya sesuai dengan kapasitas yang akan dipasang. sebelum masuk ke charge controller, Modul surya akan diproteksi terlebih dulu dalam sebuah panel yang umumnya disebut combiner box. pada combiner box terdapat fuse yang memproteksi setiap string, surge arrester untuk proteksi petir, MCCB/disconnector, dan beberapa literatur ada yang menyarankan untuk memasang blocking diode.

2. Solar Charge Controller

Solar Charge Controller (SCC) atau disebut juga Battery Control Unit (BCU) merupakan suatu DC-DC converter yang berfungsi dalam mengatur proses charging dari modul surya ke baterai. Pola charging baterai umumnya terdiri dari 3 jenis : boost charge, float charge, dan equalize chargeBoost charge merupakan pengisian (charging) baterai saat kapasitas rendah, tegangan baterai akan naik dan pada tegangan/kapasitas mendekati penuh, pola charging akan berpindah ke float charge. Float charge merupakan pengisian untuk menjaga baterai dalam keadaan full charge, pola ini juga menjaga agar tidak terjadi overcharge pada baterai. sedangkan equalizing charge merupakan proses pengisian untuk menyamakan tegangan pada semua cell baterai. proses equalize charge ini diatur untuk dilakukan seminggu sekali, sebulan sekali, atau sesuai kebutuhan.

Pemilihan solar charge controller akan mempengaruhi konfigurasi sistem. Spesifikasi input akan menentukan konfigurasi seri pada modul surya dan spesifikasi output akan menentukan tegangan nominal sistem/baterai bank dan input Inverter.

3. Baterai

Pada sistem stand alone, baterai berfungsi untuk menyimpan energi matahari yang dihasilkan di siang hari sehingga energinya bisa dipakai baik di siang hari maupun malam hari. Jenis baterai yang banyak digunakan untuk aplikasi PLTS ini umumnya berupa Lead-Acid baik itu OPzS (aki basah) ataupun OPzV (aki kering). Berbeda dengan jenis baterai pada aki mobil yang merupakan baterai starter, baterai yang digunakan pada sistem PLTS merupakan type deep cycle yang artinya baterai bisa didischarge hingga kapasitas 80% (DOD 80%).

Selain Lead Acid, baterai yang bisa digunakan pada sistem PLTS adalah Lithium. Seperti halnya baterai pada handphone kita, baterai lithium dikenal sebagai baterai dengan kerapatan energi yang tinggi artinya dengan volume yang sama energi yang bisa disimpan oleh baterai lithium lebih besar dibanding baterai lainnya. Namun pemakaian baterai lithium pada sistem PLTS masih jarang dikarenakan harganya yang relatif tinggi dan kelemahannya yang mudah tersulut api.

Pada sistem PLTS, baterai akan disusun secara seri dan paralllel sesuai dengan kebutuhan. baterai akan diseri untuk mencapai tegangan nominal yang dibutuhkan. sedangkan diparallel untuk mendapatkan kapasitas yang lebih besar. sebagai contoh, akan dipasang baterai bank dengan kapasitas 96 kWh dengan tegangan sistem 48 V, baterai yang digunakan adalah baterai 2 V 1000Ah maka baterai bank akan disusun dengan 48 unit baterai dengan konfigurasi 24 seri dan 2 paralllel.

4. Inverter Off Grid

Inverter merupakan suatu converter yang akan mengubah tegangan/arus DC pada baterai menjadi tegangan/arus AC pada keluarannya yang akan disalurkan ke beban. Inverter off grid dapat mengatur besarnya daya keluaran berdasarkan besarnya beban.

Kapasitas Inverter yang terpasang tidak mesti sama dengan kapasitas PV yang terpasang, besarnya kapasitas inverter bergantung pada besarnya beban yaitu harus lebih besar dari beban maksimum.

Selain dari skema di atas terdapat skema lain yang bisa digunakan dalam aplikasi off grid.

AC_Coupled_System

Off Grid AC Coupled System
(www.sma.de/en)

Pada skema di atas output PV tidak melalui solar charge controller melainkan masuk ke inverter on grid (merah). Fungsi charge baterai ada pada bidirectional inverter (kuning) yang berfungsi ganda yaitu sebagai rectifier (charger) dan inverter. fungsi charger terjadi pada siang hari saat daya yang dihasilkan PV modul lebih besar dari beban, bidirectional inverter akan mengubah tegangan AC dari output inverter on grid menjadi tegangan DC baterai. Sedangkan fungsi inverter terjadi saat malam hari dengan mengubah tegangan DC baterai menjadi AC untuk disalurkan ke beban.

Sekian sedikit sharing saya terkait PLTS, maap bila ada yang keliru silahkan crosscheck dengan sumber lainnya.

Sumber :

beberapa e-book yang saya baca dan lupa judul dan pengarangnya, nanya mbah google, dokumen teknis buatan senior di kantor, dan pengalaman pribadi.

11 thoughts on “PLTS : Stand Alone System

    • Sore mas,
      Combiner box tanpa blocking diode bisa dan memang lebih direkomendasikan untuk menggunakan Fuse dan PV switch (atau DC switch).
      (seperti pada gambar kedua di atas) dari tiap PV string dihubungkan ke Fuse (baik kutub positif dan kutub negatif, direkomendasikan keduanya jangan hanya kutub positif).
      Beberapa PV string diparallel lalu terhubung ke PV switch/DC switch. keluaran dari PV switch merupakan output combiner box untuk dihubungkan ke SCC atau grid inverter (sesuai desain yang dipakai DC coupled atau AC coupled).
      Fuse yang digunakan berjenis gPV fuse sesuai dengan standar IEC 60269-6.

      di tempat saya kerja, semua desain combiner box sudah tidak menggunakan blocking diode lagi (dulu pernah kami pakai). penggunaan blocking diode bisa mengurangi effisiensi sistem PLTS dan dapat menimbulkan panas yang mempengaruhi temperature combiner.

      Maap bila ada yang salah, mohon dikoreksi.

  1. saya mau tanya mas , cara menentukan tegangan sistem nya bagaimana ya ? mengapa bisa langsung dapat 48 V ? saya masih kurang paham mas, terimakasih

    • tegangan sistem kita yang tentukan sendiri mas. tegangan 48 V hanya contoh kasus.
      umumnya tegangan sistem yang kita pilih merupakan kelipatan 12 V karena :
      1. Baterai yang digunakan di aplikasi PLTS umumnya Lead Acid yang bertegangan 2V, 6V, atau 12V (memiliki KPK 12V).
      2. Solar Charge Controller dan Inverter(off grid) yang ada di pasaran umumnya memiliki tegangan sistem kelipatan 12 V (12V, 24V, 36V, 48V, 120V, 240V, etc). penentuan tegangan sistem diluar itu secara teori bisa namun secara praktek akan kesulitan dalam mencari scc dan inverter yang sesuai.

      Penentuan tegangan sistem juga mempertimbangkan kapasitas PLTS yang akan dipasang. semakin besar sistem PLTS maka tegangan sistem yang dianjurkan juga semakin besar. sebagai contoh, untuk pemakaian PJU dengan solar modul 200 Wp kita cukup menggunakan tegangan sistem 12 V.
      contoh lainnya misal kita ingin memasang PLTS 3 kWp.
      jika kita menggunakan tegangan sistem 12V maka besar arus pada baterai sebesar 250 A. bila kita menggunakan sistem 24V maka besar arus pada baterai sebesar 125 A.
      bila kita menggunakan sistem 48 V maka besar arus pada baterai sebesar 62,5 A.
      bila kita menggunakan sistem 120V maka besar arus pada baterai sebesar 25 A. dst

      Penentuan tegangan sistem disesuaikan dengan kebutuhan kita. tegangan sistem akan mempengaruhi penentuan spesifikasi dan quantity kabel dan proteksi. ketersediaan spesifikasi SCC dan inverter juga menjadi bahan pertimbangan pemilihan tegangan sistem. Pada intinya tegangan sistem berpengaruh pada cost sistem, yang lebih cost effisien itu yang sebaiknya dipilih.

    • PLTS 10 kWp bila dihitung kasar dengan asumsi ESH = 4,5 jam dan effisiensi 80% bisa menghasilkan 10 x 4,5 x 80% = 36 kWh.
      beban (daya) kulkas berkisar 100 Watt dengan pemakaian 24 jam berarti pemakaian dalam sehari berkisar 2400Wh = 2,4 kWh.
      Kesimpulannya tentu sangat bisa dan masih banyak energi PLTS yang tersisa, PLTS 1 kWp pun sudah cukup jika hanya untuk dipakai kulkas.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s