“ittaqunnar walau bisyiqqo tamrotin: Jagalah diri kalian dari api neraka, meski hanya dengan bersedekah sepotong kurma”(Hadits Shahih, Riwayat Bukhari dan Muslim. Lihat Shahiihul jaami’ no. 114)

Monday, April 16, 2018

Pembangkit Listrik Tenaga Matahari di Rumah


Assalamualaikum Warrahmatullahi Wabarakatuhu,
Buat para pembaca yang budiman, kali ini penulis ingin berbagi ilmu teknik kelistrikan mengenai bagaimana membuat pembangkit listrik tenaga surya di rumah, sebagai pengganti sumber listrik dari pemerintah.

Perangkat pembangkit listrik tenaga surya ini dapat kita gunakan selamanya dan tidak memerlukan biaya tinggi setelah perangkat tersebut bekerja, hal ini sangat berbeda dengan pembangkit listrik tenaga diesel, dimana setiap kali kita akan menggunakannya kita harus mengerluarkan biaya dahulu untuk membeli bahan bakarnya. 

Apabila kita bandingkan dengan pembangkit listrik tenaga generator, maka kita perlu memberikan tenaga dorongan awal dahulu dan juga kita akan menghadapi kendala kebisingan saat perangkat bekerja. Apabila kita bandingkan dengan pembangkit listrik tenaga magnet, dimana tenaga magnet membutuhkan daya magnet yang besar untuk menggerakkan dinamo pembangkit listrik, dan kita juga akan kembali dihadapkan dengan kendala kebisingan dari dinamo pembangkit listrik tersebut.

Perlu kita ketahui bahwa kebutuhan listrik setiap hari semakin bertambah seiring dengan kemajuan teknologi saat ini. Sebelum adanya teknologi gadget, komputer, tablet dan perangkat elektronika lainnya, dimana penggunaan listrik sangat sedikit sekali, bisa dikatakan hanya digunakan untuk kebutuhan yang penting seperti untuk penerangan, televisi, radio, pompa listrik maupun mesin cuci.

Belakangan ini kebutuhan listrik tidak hanya semakin hari bertambah, selain itu juga tarif biaya listrik dari pemerintah semakin naik dikarnakan keterbatasan sumber daya listrik yang ada.

Untuk mengatasi suasana seperti itulah, penulis mencoba membantu kita semua dalam penyediaan sumber daya listrik yang sangat mudah dengan penggunaan sumber tenaga matahari. Memang dalam pembuatan perangkat ini kita harus mengeluarkan biaya untuk pembelian beberapa alat diantaranya panel solar, controller solar panel, aki, dan inverter. Biaya tersebut akan terbayar setelah penggunaan listrik yang tidak memerlukan biaya selama-lamanya.

Keuntungan menggunakan listrik dengan solar panel:
  1. Mengurangi biaya listrik jangka panjang karena tidak dapat dipungkiri bahwa kita menggunakan listrik seumur hidup.
  2. Mengurangi ketergantungan pada listrik dari pemerintah.
  3. Menghindari dampak pemadaman saat harus mengejar deadline, sementara komputer tidak bisa dinyalakan.
  4. Turut mengurangi pemanasan global karena sistem solar panel menghasilkan energi yang ramah lingkungan yang tidak menyebabkan polusi.
Skhema diagram sederhana pembangkit listrik tenaga matahari:



PEMAHAMAN PERANGKAP SOLAR PANEL


SOLAR PANEL

Panel surya (Solar panel) berfungsi untuk melewati efek fotolistrik dimana bahan-bahan tertentu menciptakan aliran listrik saat matahari bersinar di atasnya. Panel surya sendiri terdiri dari kristal silikon di mana setiap setengah didopin menjadi dopan yang berbeda untuk menghasilkan sebuah semikonduktor. Ketika matahari muncul di permukaan, panel surya menyediakan energi yang dibutuhkan untuk semikonduktor untuk menghasilkan arus searah (DC).

Pada umumnya, setiap Sel Surya menghasilkan Tegangan sebesar 0,45 ~ 0,5V dan arus listrik sebesar 0,1A pada saat menerima sinar cahaya yang terang. Sama halnya dengan Baterai, Sel Surya yang dirangkai secara Seri akan meningkatkan Tegangan (Voltage) sedangkan Sel Surya yang dirangkai secara Paralel akan meningkatkan Arus (Current).

Satuan solar panel yang digunakan adalah WP (Watt Peak) artinya kondisi daya tertinggi yang dihasilkan solar cell disaat matahari sedang terik. Biasanya lamanya waktu terik matahari berkisar antara 3-5 jam tergantung lokasi. Jadi apabila kita menggunakan solar cell 100WP maka solar cell tersebut dalam kurun waktu 3-5 jam (saat terik matahari) dapat mengisi aki selama 100Watt perjam nya. Diliar 3-5 jam tersebut sudah tentu daya yang dihasilkan dibawah 100WP bahkan saat terhalang mendung atau sore tidak ada daya yang dihasilkan sama sekali.

Pada dasarnya kebutuhan solar cell harus disesuaikan dengan berapa banyak aki yang kita gunakan. Sebagai contoh apabila kita menggunakan sebuah aki dengan kapasitas 12V 100Ah, berarti daya yang dibutuhkan aki tersebut adalah 12x100 = 1200W setiap jamnya. Kembali hubungannya dengan kebutuhan solar cell tadi, kita anggap waktu terik sekitar 5 jam, berarti 1 solar cell 100WP bisa mengisi 500W selama 5 jam tersebut. sementara aki 1200W belum terisi penuh dengan 1 solar cell tersebut. Untuk itu dibutuhkan 3 solar cell guna mengisi sebuah aki 1200W tersebut dalam kurun waktu 5 jam.

Ukuran solar panel ada berbagai ukuran tergantung kebutuhan dimulai dari: 30WP, 50WP, 100WP, 200WP. Untuk penggunaan solar cell di rumah, sebaiknya menggunkan yang ukuran 100 WP (Watt Peak) dengan dimensi 1000x665x30 mm, maksimum tegangan 18V dan maksimum arus 5.73A.

Untuk membuat rangkaian solar panel bisa bekerja, maka tegangan output dari panel surya harus lebih besar daripada tegangan aki yang akan diisi muatan listrik. Apabila tegangan output panel surya sama atau bahkan malah kurang dari tegangan aki, maka proses pengisian muatan listrik ke aki tidak akan terjadi.

Jenis panel surya:


CONTROLLER

Perangkat ini berfungsi sebagai pengatur arus, yakni menutup arus ke baterai jika tegangan sudah berlebih di baterai dan memberhentikan pengambilan arus dari baterai jika baterai sudah hampir kosong.
Circuit hubungan kabel pada controller

Contoh: Solar Charge Controller Shinyoku 12 Volt 10A adalah:
Alat yang digunakan untuk menstabilkan voltase 12 Volt yang akan diteruskan ke baterai penyimpan daya, dikarenakan voltase yang dialirkan dari panel surya tidak sepenuhnya stabil, karena bergantung pada panas teriknya sinar matahari yang diserap / diterima panel surya / solar panel. Alat ini digunakan sebagai pengontrol seluruh sistem solar panel / panel surya, diposisikan diantara Solar panel / panel surya, battery SLA dan lampu bervoltase DC 12 Volt. Alat ini dapat digunakan sampai dengan 120 Watt ( 12 Volt 10 A).

”Ingat pemasangan controller harus dimulai dgn memasang jalur aki terlebih dahulu baru kemudian jalur panel surya. Jangan melepas sambungan battery ketika sedang charge, hal ini dapat merusak solar charge controller“

Dalam pemilihan controller perlu diperhatikan jenisnya agar daya yang diterima dari solar cell bisa tersalurkan semua ke aki yang akan kita gunakan nanti. Ada 2 jenis tipe controller diantaranya:

1. Tipe PMW (Pulse Width Modulation)
Tipe PWM akan melakukan pengisian muatan listrik ke aki dengan arus yang besar ketika aki kosong, dan kemudian arus pengisian diturunkan secara bertahap ketika aki semakin penuh. Teknologi ini memungkinkan aki akan terisi dalam kondisi yang benar-benar penuh tanpa menimbulkan ‘stress’ pada aki. Ketika aki penuh solar controller ini akan menjaga aki tetap penuh dengan tegangan float tertentu.

2. MPPT (Maximum Power Point Tracking)
Umumnya panel surya dapat mempunyai tegangan output sekitar 18 volt, masuk ke solar controller yang mempunyai tegangan output antara 14,2 – 14,5 volt untuk pengisian aki 12 volt. Dengan demikian akan terdapat kelebihan tegangan sekitar (18 – 14,5 = 3,5) volt. Pada solar controller dengan teknologi MPPT, kelebihan tegangan ini akan dikonversikan ke penambahan arus pengisian aki, sehingga teknologi ini mempunyai efisiensi yang lebih tinggi daripada PWM. Oleh sebab itu sebelum beli controller sebaiknya belilah yang tipe MPPT ini.


AKI/BATRE

Untuk menghasilkan daya yang besar maka kita juga harus menggunakan aki dengan arus yang besar pula meskipun tegangan input dan outputnya standar 12V.


Aki yang baik itu, mampu menyimpan tenaga selama mungkin (jika tidak terpakai tenaganya sama sekali tidak berkurang), semakin lama ia bisa simpan semakin baik. Akan tetapi tidak ada aki yang bisa menjaga 100 persen waduk tenaga nya selama mungkin, pasti ada kehilangan daya walaupun sedikit. Kenyataannya yang saya temui adalah semakin mahal aki itu maka semakin lama juga ia mempunyai kemampuan menyimpan tenaga pada waktu tidak dipakai.

Untuk jenis baterai deep cycle tidak boleh kosong, dan apabila kosong, maka kemungkinan besar tidak bisa diisi (charge) lagi (rusak). Dalam kasus ini, tergantung jenis akinya dan dari pabrikan mana, karena ada aki yang tidak diisi 6 bulan asal tidak terpakai, maka tegangan tidak berkurang. Sementara ada aki yang tidak dipakai 2 minggu tegangan langsung turun dari 12V menjadi 6V.

Baterai yang digunakan di teknologi solar panel, atau sering disebut baterai industrial dan sebaiknya menggunakan aki kering yang memiliki batas ideal 80%. Ini berarti dari maksimal daya baterai 100%, hanya 80% yang dapat digunakan. Contohnya tipe baterai AGM VRLA Gel 12V100Ah, yang memiliki daya 1200 Wh, hanya dapat digunakan 960 Wh.

VRLA kepanjangan dari Valve Regulated Lead Acid yang memiliki sebutan lain SLA (Sealed Lead Acid), di Indonesia lebih dikenal dengan sebutan Aki/ Baterai Kering/ tertutup. Baterai jenis ini bersifat tertutup (sealed), sehingga penguapan/ evaporasi yang dikeluarkan sangat kecil (rekombinasi) maka tidak memerlukan penambahan cairan electrolyte selama masa pemakaian baterai tersebut. Proses penguapan/ evaporasi pada baterai diatur oleh bagian yang disebut Valve (Katup).

Sedangkan tipe baterai lithium, memiliki batas ideal 100%, yang berarti lithium dapat digunakan secara maksimal dibandingkan dengan baterai industrial. Walaupun lebih ideal, namun baterai lithium memiliki biaya yang masih lebih mahal dibandingkan baterai industrial. Sehingga penggunaan secara luas, masih belum cukup banyak.

Pertanyaan yang sering banyak muncul adalah ”Apakah Aki mobil bisa digunakan untuk sistem solar panel?“. Jawabanyya adalah mungkin bisa, namun disarankan untuk tidak digunakan. Alasannya karena aki mobil tidak dirancang untuk digunakan kapasitasnya dalam waktu yang lama. Selain itu juga aki mobil biasa menggunakan aki basah yang apabila digunakan dalam waktu lama akan menimbulkan reaksi asam dan sangat tidak baik untuk kesehatan apabila diletakkan didekat rumah.

Aki mobil hanya digunakan sementara sebagai daya pendorong berfungsinya mesin mobil, jika mesin mobil hidup, maka daya yang telah dipakai akan segera dikembalikan. Berbeda dengan Aki industrial untuk solar panel sistem, Aki industrial dapat digunakan dalam jangka waktu yang panjang (karena kapasitas discharge nya hingga 80%) dan mampu diisi ulang (charge) dalam waktu yang relatif lebih singkat dan dengan arus yang besar. Oleh karena itu, tidak disarankan menggunakan aki mobil untuk sistem panel surya.

Satuan aki yang biasa digunakan untuk solar panel adalah 12V/100Ah. 100Ah tersebut menunjukkan aki tersebut mampu mengalirkan arus 100 Ampere setiap jam nya. Dalam arti lain aki tersebut bisa menghasilkan daya 80% dari 1200W setiap jam (sekitar 960W yang bisa dipakai). Berarti setelah 1 jam aki tersebut perlu mendapatkan asupan tegangan kembali dari controller solar panel.

Apabila kita menggunakan beban sebagai contoh TV dengan daya 100W, artinya TV tersebut akan memakan daya sebanyak 100W dalam setiap jam nya. Dengan aki sebesar 12V/100Ah tadi menghasilkan daya 960W, Berarti daya aki akan habis setelah 960/100 = 9.6 jam penggunaan TV tersebut.

Jadi kesimpulannya apabila kita akan merancang sistem pembangkit tenaga surya, sebaiknya kita hitung-hitungan dahulu, berapa besar daya beban yang akan kita gunakan selain itu juga berapa lama kita akan gunakan beban tersebut. Jangan sampai daya yang dihasilkan tidak dapat meng-cover semua beban peralatan rumah tangga kita, dan juga jangan sampai beban yang dibutuhkan hanya bisa digunakan dalam waktu beberapa jam saja.



INVERTER

Perangkat ini berfungsi sebagai pengubah arus DC (searah) yang dihasilkan oleh rangkaian solar panel menjadi AC (bolak – balik) karena pada umumnya peralatan rumah tangga menggunakan arus AC.


Tipe inverter ada beberapa macam diantaranya:

1. Pure Sine Wave (PSW)
PSW adalah gelombang sinus murni yang bentuknya seperti gelombang listrik AC dari PLN. Bentuk gelombang ini merupakan yang paling ideal untuk semua peralatan elektronik pada umumnya. Sebaiknya gunakan inverter dengan tipe PSW ini karena gelombang yang dihasilkan sudah murni seperti gelombang listrik PLN. Untuk inverter dengan tipe SW dan MSW tidak bisa menjalankan pelaralan yang terbuat dari motor seperti kipas angin, pompa air maupun dinamo, karena listriknya masih berbentuk gelombang DC meskipun sudah di modifikasi mendekati bentuk gelombang AC.

2. Square Wave (SW)
SW mempunyai bentuk gelombang kotak sebagai hasil dari proses swicthing sederhana. Bentuk gelombang ini tidak ideal dan dalam banyak kasus dapat merusak peralatan elektronik rumah tangga. Inverter square wave sebaiknya dihindari supaya tidak merusak peralatan elektronik.

3. Modified Sine Wave (MSW)
MSW mempunyai gelombang yang dimodifikasi mendekati bentuk sinus. Bentuk gelombang ini dapat merusak peralatan yang bersifat sensitif. Inverter modified sine wave sebaiknya tidak digunakan untuk peralatan yang mengubah listrik menjadi gerakan seperti pompa, kipas angin, printer, dll.

Kapasitas inverter ada beberapa macam, diantaranya: 300W, 500W, 600W, 800W, 1000W, 1500W, 2000W, 3000W bahkan 5000W. Untuk menentukan kapasitas inverter yang kita gunakan sebaiknya menambahkan total semua beban daya keperluan rumah tangga dengan 20% dari total beban daya tersebut. Karena 20% tersebut merupakan daya yang dipakai untuk keperluan catu daya inverter tersebut.

Contoh :
Alat-alat rumah tangga terdiri dari :
1 unit oven microwave yang berdaya 800 Watt
1 unit TV yang berdaya 100 Watt
Jadi total beban peralatan rumah tangga adalah 800+100 = 900W.
Kebutuhan daya inverter yang kita inginkan adalah sebesar 900W + (20%x900) = 1,080W
Jadi untuk memenuhi kebutuhan daya tersebut, kita bisa menggunakan inverter dengan kapasitas 1500W. Karena apabila penggunaan inverter dengan daya dibawah total beban daya keperluan rumah tangga akan mengakibatkan aki cepat rusak karena tidak kuat mengangkat total beban yang melebihi perhitungan tersebut.

Skema diagram pemasangan perangkat pembangkit tenaga surya di rumah

Perhitungan Cara Membuat Pembangkit Listrik Solar Panel

1. Tentukan waktu penggunaan listrik solar panel
Dari jam 6 sore sampai jam 6 pagi = total 12 jam
Untuk kondisi jam 6 pagi ke jam 6 sore bisa langsung terisi setelah 5 jam terik matahari selesai.

2. Tentukan beban daya yang digunakan selama waktu penggunaan diatas
Lampu penerangan = 100W
AC 1/2PK = 400W
Total beban daya = 100W+400W = 500 watt dipakai dalam waktu yang sama 12jam secara kontinyu

3. Tentukan kapasitas inverter
Formula = Total beban daya + (20% x total beban daya) = 500W + (20/100x500W) = 600W
Sebaiknya gunakan inverter dengan kapasitas 1000W dengan tipe PSW

4. Tentukan berapa banyak keperluan aki
Formula = (Waktu pakai x Total beban daya) / (80% x kapasitas daya aki)
Sebaiknya gunakan aki dengan kapasitas 12V/100Ah (berarti daya aki yang dihasilkan 1200Wh), lebih besar amperenya lebih baik lagi untuk menghemat tempat.
= (12jam x 500W) / (80/100x1200Wh) = 6.25 buah = 7 buah aki dengan kapasitas 12V/100Ah
Pada dasarnya lamanya penggunaan pembangkit solar panel tergantung dari berapa banyak aki yang kita gunakan, bukan tergantung dari banyaknya solar panel yang kita gunakan.

5. Tentukan berapa banyak solar panel yang dipakai
Sebaiknya gunakan solar panel dengan kapasitas 100WP, tegangan output 18V
Formula = Total beban daya / (Kapasitas panel x waktu terik) = 500W/(100WP x 5jam) = 1 solar panel dengan kapasitas 100WP tipe Mono dengan output  tegangan 18V.
Artinya 5 buah aki bisa terisi penuh dengan 1 solar panel 100WP selama 5 jam terik.
Semakin cepat waktu terik yang dibutuhkan maka semakin banyak solar panel yang digunakan. Kita bisa jadikan waktu terik menjadi 2 jam pengisian, dengan catatan kita membutuhkan solar panel sebanyak = 500W/(100WP x 2jam) = 2.5 pembulatan 3 solar panel dengan ukuran 100WP.

6. Tentukan kapasitas solar controller
Formula = (Total daya panel x banyak panel / Tegangan output panel) = (100Wx3panel) / 18V = 16.6A Maka sebaiknya gunakan solar controller dengan kapasitas 20A dengan tipe MPPT


Kesimpulan:
Dalam pemasangan instalasi pembangkit listrik tenaga surya ini, yang terpenting adalah berapa lama aki bisa mensuplay total kebutuhan daya yang akan digunakan, semakin banyak aki yang digunakan, maka semakin lama waktu penggunaan pembangkit solar panel. Sebaliknya bukan dari berapa banyak solar panel yang digunakan dan bukan juga dari berapa besar daya inverter yang dihasilkan. Standar pengisian solar panel kita bisa ambil acuan selama 5 jam dengan kondisi terik matahari terhadap daya solar panel dan besarnya daya aki.

Demikianlah cara membuat listrik tenaga matahari dirumah yang dapat penulis sampaikan.


VIDEO APLIKASI DI RUMAH:



Semoga bermanfaat,
DK

No comments:

Post a Comment