bab ii kajian pustaka 2.1 tinjauan mutakhir - sinta.unud.ac.id. bab ii (tinjauan pustaka).pdf ·...

30
6 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir Penelitian mengenai jaringan listrik mikro ini telah banyak dilakukan, namun untuk daerah Bali sendiri belum ada penelitian mengenai jaringan listrik mikro ini. Hasil yang diperoleh dari beberapa penelitian menunjukkan perbedaan wilayah mempengaruhi presentase penggunaan pembangkit listrik terbarukan. Penelitian – penelitian tersebut masih terpusat pada pengembangan jaringan jaringan listrik mikro untuk wilayah yang tidak dapat terjangkau oleh jaringan untillity yaitu PLN. Penelitian mengenai jaringan pembangkit terbarukan untuk gedung perkantoran atau lingkungan pendidikan yang membentuk sebuah jaringan listrik mikro masih sangat terbatas. Penelitian dalam skripsi ini akan mendesain suatu jaringan listrik mikro (mikrogrid) dengan memanfaatkan PLTS dan generator set yang terdapat di Jurusan Teknik Elektro Universitas Udayana yang akan dipararelkan dengan jaringan PLN, sehingga dapat meminimalkan penggunaan listrik dari PLN. Rencana penambahan kapasitas PLTD di wilayah Indonesia Timur dan barat memerlukan bahan bakar minyak sebanyak 60,85 juta liter per tahun dengan asumsi harga per liternya sebesar 9500 sehingga anggaran yang harus dikeluarkan hanya untuk membeli bahan bakar sebesar 578 milyar rupiah pertahun. Penelitian ini memberi solusi dengan pembangunan Pembangkit Listrik Hybrid yang dapat digunakan sebagai pengganti PLTD. Pembangkit Listrik Hybrid pada penelitian ini berupa Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu atau Angin (PLTB). Pemasangan PLTS dan PLTB akan menghemat kebutuhan BBM sebesar 15,2 juta liter pertahun atau menghemat biaya bahan bakar sebesar 144 milyar rupiah per tahun dengan asusmsi PLTS dan PLTB menanggung 25% beban yang terpasang dan kualitas ketersediaan pasokan energi listrik yang lebih terjamin (Nurrohim, 2012). Pengujian tanpa beban dan berbeban untuk mengetahui mengenai kinerja PLTS dan PLTB yang memasok jaringan listrik mikro arus searah menunjukkan

Upload: vuonghanh

Post on 16-Jul-2019

227 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

6

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Mutakhir

Penelitian mengenai jaringan listrik mikro ini telah banyak dilakukan,

namun untuk daerah Bali sendiri belum ada penelitian mengenai jaringan listrik

mikro ini. Hasil yang diperoleh dari beberapa penelitian menunjukkan perbedaan

wilayah mempengaruhi presentase penggunaan pembangkit listrik terbarukan.

Penelitian – penelitian tersebut masih terpusat pada pengembangan jaringan

jaringan listrik mikro untuk wilayah yang tidak dapat terjangkau oleh jaringan

untillity yaitu PLN. Penelitian mengenai jaringan pembangkit terbarukan untuk

gedung perkantoran atau lingkungan pendidikan yang membentuk sebuah jaringan

listrik mikro masih sangat terbatas. Penelitian dalam skripsi ini akan mendesain

suatu jaringan listrik mikro (mikrogrid) dengan memanfaatkan PLTS dan

generator set yang terdapat di Jurusan Teknik Elektro Universitas Udayana yang

akan dipararelkan dengan jaringan PLN, sehingga dapat meminimalkan

penggunaan listrik dari PLN.

Rencana penambahan kapasitas PLTD di wilayah Indonesia Timur dan barat

memerlukan bahan bakar minyak sebanyak 60,85 juta liter per tahun dengan

asumsi harga per liternya sebesar 9500 sehingga anggaran yang harus dikeluarkan

hanya untuk membeli bahan bakar sebesar 578 milyar rupiah pertahun. Penelitian

ini memberi solusi dengan pembangunan Pembangkit Listrik Hybrid yang dapat

digunakan sebagai pengganti PLTD. Pembangkit Listrik Hybrid pada penelitian

ini berupa Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dan Pembangkit Listrik

Tenaga Bayu atau Angin (PLTB). Pemasangan PLTS dan PLTB akan menghemat

kebutuhan BBM sebesar 15,2 juta liter pertahun atau menghemat biaya bahan

bakar sebesar 144 milyar rupiah per tahun dengan asusmsi PLTS dan PLTB

menanggung 25% beban yang terpasang dan kualitas ketersediaan pasokan energi

listrik yang lebih terjamin (Nurrohim, 2012).

Pengujian tanpa beban dan berbeban untuk mengetahui mengenai kinerja

PLTS dan PLTB yang memasok jaringan listrik mikro arus searah menunjukkan

Page 2: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

7

PLTS dan PLTB mengalami penurunan tegangan sebesar 9,4% dan 8,4% dari

tegangan DC nominal 12V pada saat dibebani 80% dari beban nominal 100W. Hal

ini disebabkan adanya impedansi dari baterai sebesar 1,8 ohm. Beban yang

terpasang pada jaringan listrik mikro arus searah memperoleh pasokan daya dari

PLTS dan PLTB yang masing-masing dilengkapi baterai dengan kapasitas sama

12V, 45Ah. Pada kondisi tanpa beban, PLTS dan PLTB mengisi baterai,

sedangkan pada kondisi berbeban, arus yang dihasilkan kedua pembangkit

mengalir ke beban, dengan pembagian pasokan daya ke beban tergantung muatan

baterai masing-masing. Pembangkit dengan baterai bermuatan besar memasok

daya lebih besar dibanding pembangkit dengan baterai bermuatan lebih kecil.

Penelitian ini menunjukkan peletakan sel surya 12V,80W kearah timur pada bulan

Juni 2010 menghasilkan arus rata – rata terbesar yaitu 1,954 A dan mengisi

baterai 12V, 45Ah selama 23 jam lebih cepat dibanding kearah lain (Isdawimah,

dkk, 2010).

Penggunaan Pembangkit Listrik Hybrid memerlukan sebuah skema kontrol

yang digunakan untuk mengatur sistem tiga fasa hybrid photofoltaic (PV)-diesel

microgrid pada daerah terisolasi tanpa menggunakan penyimpan energi (energy

storage) yang bertujuan untuk menjaga daya yang dihasilkan Photovoltaic yang

dihubungkan dengan diesel tetap stabil. Tujuan tersebut dapat dicapai dengan

mengkontrol inverter Pulse With Modulation (PWM) yang menghubungkan

antara PV dengan sistem. Skema kontrol tersebut diharapkan mampu

menghasilkan daya yang baik dengan dimodelkan berdasarkan beragam kondisi.

Hasil penelitian ini menunjukkan perbedaan tingkat intensitas cahaya

mempengaruhi daya yang dihasilhan oleh PV. Semakin besar tingkat intensitas

cahaya matahari (W/m2) maka semakin tinggi nilai daya maksimum yang

dihasilkan oleh PV. Pada pengujian PV yang telah dilakukan maka didapatkan

hasil yang berbeda antara pengujian dan spesifikasi dari pabrik sebesar 99.65 %.

PV digunakan sebagai pembangkit yang dihubungkan dengan generator, maka

biaya operasional dari generator dapat ditekan sehingga lebih menghemat biaya.

Baterai sebagai back up dari PV tidak digunakan mengingat biaya untuk

pengadaan dan perawatan baterai sendiri mahal. Beban dan radiasi matahari yang

Page 3: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

8

berubah-ubah dapat mempengaruhi supply daya dari PV ke beban (Pratama, dkk,

2012).

Pembuatan model jaringan mikro di pulau St.Martin, Bangladesh yang

berkoordinat antara 20o

34’ – 20o 39’ LU dan 92

o 18’ – 92

o 21’ BT dengan

menggunakan sumber daya PV module, turbin angin, generator set berbahan

bakar biogas dan baterai sebagai media penyimpanan dengan melayani 650 unit

rumah tangga. HOMER digunakan untuk analisis sensitivitas dampak yang

ditimbulkan dari jaringan mikro yang akan dibangun. Hasil penelitian

menunjukkan penggunaan energi terbarukan sebagai sumber daya dapat

mengurangi efek rumah kaca dari emisi yang dihasilkan oleh pembangkit listrik

konvensional. Sistem jaringan mikro yang dibangun menghasilkan hanya 12.000

kg CO2, 32,2 kg CO dan 23,8 kg SO2 per tahun. Hasil ini lebih kecil dibandingkan

emisi dari efek rumah kaca. Sistem ini direncanakan hanya akan menghasilkan

CO2 sebesar 10.469 kg/tahun yang lebih kecil dari generator set. Biaya energi

yang dihasilkan sistem sebesar 35,26 BDT/KWh untuk tahap instalasi dan

direncanakan akan menurun sampai berkisar 7,56 BDT/KWh untuk tahun - tahun

berikutnya. Sistem ini memberikan kinerja yang lebih baik karena jika PV module

atau turbin angin tidak dapat bekerja, masih terdapat generator set yang akan

memasok daya (Ruhul, dkk, 2014).

Optimal Rural Microgrid Energy Management Using HOMER menjelaskan

mengenai perancangan model jaringan mikro yang terdiri dari PV module,

subsistem energi angin, mikrohidro, biogas dan baterai sebagai media

penyimpanan. Penelitian dilakukan disebuah desa terpencil dengan koordinat 30o

32’ LU dan 76o 39’ BT yang terdiri dari sekitar 400 orang penduduk dan 200 ekor

hewan ternak yang terdiri dari sapi, unggas, babi dan lain – lain. Penelitian ini

bertujuan untuk memaksimalkan output energi dari sumber daya energi

didistribusikan (DERs) dengan optimasi menggunakan software HOMER. Hasil

simulasi menunjukkan sistem PV module, hidro, biogas dari tanaman

menggunakan baterai dan konverter memiliki nilai NPC yang terendah yaitu $

146.987 dan harga listriknya sebesar $ 0,108 per KWh. Sistem dengan sumber

Page 4: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

9

daya energi didistribusikan (DERs) dapat diterapkan dimasyarakat pedesaan

dengan biaya yang efektif (Gerry dan Sonia, 2013).

Penelitian mengenai jaringan listrik mikro di Indonesia salah satunya

dilakukan di Desa Pinolosian yang terletak di Kabupaten Bolaang Mongondow

Selatan Provinsi Sulawesi Utara, yang memiliki jumlah penduduk mencapai 1165

jiwa dengan konsumsi energi listrik sebesar 1246,572 kWh/hari. Penelitian ini

membahas mengenai perencanaan Pembangkit Listrik Hybrid yang terdiri dari

PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi

software HOMER. Hasil dari penelitian ini menunjukkan daya yang dihasilkan

PV sebesar 19.080 kWh/tahun dan daya yang dihasilkan Microhydro sebesar

566.868 kWh/tahun sehingga jumlah daya yang dihasilkan cukup untuk

memenuhi kebutuhan energi listrik di desa Pinolosian sebesar 450.774

kWh/tahun. Hasil simulasi ini mengacu pada NPC (Net Present Cost), biaya

modal awal dan biaya operasional (Kanata dan Buhohang, 2014).

Optimum Management And Control Of Smart Microgrid With Renewable

DG menjelaskan mengenai pengelolaan dan pengontrolan energi listrik dalam satu

atau sekelompok rumah yang membentuk sebuah jaringan mikro berdasarkan

manajemen permintaan. Optimalisasi pada penelitian ini dilakukan dengan

menerapkan analisis sensitifitas terhadap pengelolaan sumber daya dan unit DG

berdasarkan fungsi biaya. Sumber daya seperti PV module, turbin angin dan lain –

lain dimodelkan dalam software HOMER dan dicari biaya operasi, biaya

pergantian dan pemeliharaannya. Penelitian ini menggunakan 3 jenis simulasi

berdasarkan sumber daya yang digunakan. Simulasi tersebut antara lain

penggunaan jaringan mikro yang tidak terhubung dengan grid. Simulasi ini

menggunakan sumber daya dari PV module dan turbin angin. Simulasi kedua

merupakan pengembangan dari simulasi pertama, generator set ditambahkan pada

sistem. Simulasi ketiga dengan menghubungkan sistem pada simulasi kedua

dengan grid. Hasil simulasi menunjukkan pengaruh masing – masing sumber daya

yang digunakan dalam melayani permintaan energi dan biaya keseluruhan sistem.

Kehandalan sistem ini sangat baik meskipun biaya instalasi sistem masih sangat

Page 5: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

10

tinggi terutama untuk turbin angin, namun untuk beberapa tahun berikutnya akan

lebih hemat (Amirkhanloo dan Ghafouri, 2014).

2.2 Jaringan Listrik Mikro

Jaringan listrik mikro adalah jaringan listrik dengan kapasitas pasokan daya

yang relatif kecil, biasanya hanya 1 MW sehingga jaringan ini hanya bekerja pada

tingkat distribusi tegangan menengah dan rendah. Jaringan ini terdiri dari

beberapa pembangkit listrik lokal seperti Pembangkit Listrik Tenaga Surya

(PLTS), Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB), Pembangkit Listrik

Mikrohidro, Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa dan generator diesel/solar.

Terdapat 2 jenis sistem jaringan mikro berdasarkan sambungan jaringan listrik ke

grid, yaitu (Isdawimah, dkk, 2010) :

1. Sistem jaringan mikro off-grid

Jaringan ini tidak terhubung dengan grid. Pasokan daya sistem jaringan ini

sepenuhnya bergantung pada kemampuan pembangkit – pembangkit dalam

menghasilkan daya dan cadangan energi yang tersimpan pada media

penyimpanan yang digunakan. Sistem ini banyak digunakan untuk lokasi

terpencil yang tidak dapat diakses oleh jaringan listrik milik PLN.

2. Sistem jaringan mikro on-grid

Jaringan ini terhubung dengan grid atau jaringan listrik utama seperti jaringan

listrik milik PLN seperti gambar 2.1. Kelebihan dari sistem jaringan ini adalah

ketika pasokan daya dari pembangkit – pembangkit lokal (PLTS atau PLTB)

yang digunakan kurang dapat dibantu oleh pasokan daya dari jaringan listrik

utama sehingga kontinyuitas daya tetap terjaga sedangkan jika terjadi

kelebihan pasokan daya yang dihasilkan oleh pembangkit – pembangkit lokal

dapat dijual ke jaringan utility.

Jaringan mikro terdiri dari beberapa teknologi dasar untuk beroperasi, yaitu

(Glover, dkk, 2011) :

1. Distributed Generation

Unit Distributed Generation (DG) merupakan sumber pembangkit listrik

seperti PV module, turbin angin, biomasa, generator diesel. Unit ini

Page 6: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

11

didukung dengan alat untuk mengkonversikan energi, hal ini karena

kebanyakan dari daya yang dibangkitkan oleh pemabngkit listrik yang

digunakan memiliki tegangan/arus DC (direct current) sehingga harus

dikonversikan dengan inverter menjadi tegangan/arus AC (alternating

current) bila ingin dipararelkan dengan jaringan untillity seperti jaringan

PLN. Konverter dapat digunakan jika daya yang dibangkitkan ingin

disimpan dimedia penyimpanan seperti baterai karena daya yang

dibangkitkan oleh generator diesel berupa tegangan/arus AC sehingga harus

dikonversikan menjadi tegangan/arus DC agar dapat disimpan pada media

penyimpanan.

2. Distributed Storage

Unit Distributed Storage (DS) merupakan media penyimpanan yang

diperlukan oleh sebuah jaringan mikro. Fungsi dari distributed storage

adalah untuk menjaga kestabilan dan keandalan dari unit distributed

generation meskipun terjadi fluktuasi beban, menjaga kontinyuitas pasokan

daya listrik ke beban meskipun cuaca mendung (untuk PLTS) atau

berkurangnya kecepatan angin (untuk PLTB), mampu memasok daya listrik

sementara ketika generator diesel sedang diperbaiki, mampu meredam

ketika terjadi lonjakan permintaan listrik, menangani gangguan sesaat.

Media penyimpanan ini dapat berupa baterai, aki, superkapasitor.

3. Interconnection Switch

Interconnection Switch merupakan sakelar penghubung antar unit pada

jaringan mikro dan menghubungkan jaringan mikro dengan jaringan

untillity (jaringan PLN).

4. Control System

Sistem pengontrolan digunakan untuk menjaga tegangan/arus, frekuensi,

amplitudo dan bentuk gelombang dari daya yang dibangkitkan oleh

pembangkit listrik sama dengan jaringan untillity dan dalam mempararelkan

pembangkit listrik. Sistem pengontrolan akan bekerja sesuai pengaturan

yang dilakukan sebelumnya. Sistem pengontrolan berfungsi sebagai salah

media pengaman pada jaringan mikro.

Page 7: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

12

Gambar 2.1 Konsep arsitektur jaringan mikro

sumber : CPES, 2010

Gambar 2.1, menunjukkan selain beban dapat memperoleh pasokan listrik

dari grid yang lebih besar (national smart grid), melalui konsep jaringan mikro,

beban-beban tersebut juga dapat dipasok dari local generation (pembangkit lokal).

Pusat pembangkit tidak terpusat lagi namun tersebar, konsep ini selanjunya

disebut sebagai distributed generation. Normalnya generator yang terdistribusi

berkapasitas lebih kecil dari 50 MW. Generator langsung terhubung ke sistem

distribusi pada tegangan 230 V/ 415 V (220/380 V untuk sistem Indonesia).

Berbeda dengan sistem kelistrikan konvensional, dimana pembangkit

terpusat di suatu tempat dan jauh dari pusat beban dan dibutuhkan transmisi

panjang untuk mengrimkan daya dari pusat pembangkit ke pusat-pusat beban,

sistem generator terdistribusi ini tidak membutuhkan perencanaan pusat

pembangkit yang terpusat. Generator terdistribusi sumber energi dan konsumen

berada dekat satu sama lain, sehingga rugi-rugi transmisi dan distribusi menjadi

berkurang.

Penggunaan jaringan mikro memiliki beberapa keuntungan. Keuntungan

tersebut antara lain :

1. Komunitas dalam grid tersebut dapat mengatur pembangkitan dan

pendistribusian dan koneksinya ke untillity grid sebagai suatu entitas tunggal.

Page 8: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

13

2. Dapat mengisolasi sistemnya dari jaringan listrik secara lebih luas menjadi

sebuah sistem yang terpisah (as an island).

3. Mengurangi rugi-rugi jaringan karena lebih banyaknya sistem pembangkitan

lokal sehingga mengurangi transmisi daya listrik dan rugi-ruginya.

4. Keseimbangan antara pasokan energi dan permintaan kebutuhan listrik menjadi

lebih baik dibandingkan jaringan listrik dalam skala besar.

5. Kepedulian akan pemanfaatan energi menjadi lebih baik.

2.2.1 Perancangan jaringan mikro

Perancangan jaringan mikro memerlukan perencanaan yang baik, untuk

mendapatkan kualiltas daya yang baik. Tahapan dalam perancangan jaringan

mikro, antara lain (IEEE 1547.4) :

1. Mengidentifikasi kebutuhan beban

2. Pengklasifikasian beban

3. Pengklasifikasian sumber daya alam

4. Evaluasi Pembangkitan dengan kebutuhan beban

5. Pengembangan sistem manajemen energi

6. Penentuan peralatan dan spesifikasi

2.2.2 Penerapan listrik mikro di Indonesia

Penerapan konsep sistem jaringan mikro di Indonesia telah banyak

berkembang, terutama untuk daerah – daerah di Indonesia yang belum terhubung

jaringan listrik milik PLN. Perkembangan ini didominasi di daerah timur

Indonesia yang daerahnya berupa pegunungan dan hutan, dimana untuk

membangun jaringan listrik PLN masih sangat sulit. Beberapa faktor yang

mendukung penerapan jaringan mikro di Indonesia antara lain :

1. Meningkatnya perekonomian di Indonesia menyebabkan meningkatnya

kebutuhan terhadap energi listrik.

2. Masih banyak daerah di Indonesia yang belum mendapat pelayanan dari

jaringan listrik PLN.

Page 9: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

14

3. Harga bahan bakar yang semakin mahal dan ketersediaannya yang semakin

menipis.

4. Alam Indonesia mendukung untuk penerapan konsep pembangkitan listrik

melalui energi terbarukan, seperti: photo voltaic, solar thermal energy, energi

pasang surut air laut, energi angin, energi biomass, dll.

5. Lingkungan yang semakin rusak karena ekploitasi sumber bahan bakar fosil

seperti batubara.

Penerapan jaringan mikro di Indonesia masih terkendala beberapa

tantangan. Tantangan tersebut antara lain :

1. Dukungan pemerintah yang kurang dalam mengembangkan sumber energi

terbarukan.

2. Masih tingginya biaya untuk penerapan pembangkit dengan energi terbarukan,

sehingga pembangunan PLTU masih menjadi pilihan menarik.

3. Masih kurangnya kesadaran masyarakat akan isu emisi CO2, padahal saat ini

terutama di negara maju, berlomba-lomba untuk mengurangi emisi gas buang

CO2 oleh pembangkit yang menggunakan bahan bakar fosil.

2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)

2.3.1 Potensi PLTS di Indonesia

Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki iklim tropis, sehingga

potensi energi mataharinya sangat tinggi. Berdasarkan data penyinaran matahari

di Indonesia dapat diklasikfikasikan sebagai berikut, untuk Kawasan Barat

Indonesia (KBI) sekitar 4,5 kWh/m2/hari dan di Kawasan Timur Indonesia (KTI)

sekitar 5,1 kWh/m2/hari, sehingga potensi matahari rata – rata Indonesia yaitu

sebesar 4,8 kWh/m2/hari seperti yang ditunjukkan tabel 2.1.

Page 10: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

15

Tabel 2.1 Intensitas radiasi matahari di Indonesia

No Kota Provinsi Radiasi rata-rata (kWh/m²)

1 Banda Aceh Aceh 4.1

2 Palembang Sumatera Selatan 4.95

3 Menggala Lampung 5.23

4 Rawasragi Lampung 4.13

5 Jakarta Jakarta 4.19

6 Bandung Jawa Barat 4.15

7 Lembang Jawa Barat 5.15

8 Citius, Tangerang Jawa Barat 4.32

9 Darmaga, Bogor Jawa Barat 2.56

10 Serpong, Tangerang Jawa Barat 4.45

11 Semarang Jawa Tengah 5.49

12 Surabaya Jawa Timur 4.3

13 Kenteng, Yokyakarta Yokyakarta 4.5

14 Denpasar Bali 5.26

15 Pontianak Kalimantan Barat 4.55

16 Banjarbaru Kalimantan Selatan 4.8

17 Banjarmasin Kalimantan Selatan 4.57

18 Samarinda Kalimantan Timur 4.17

19 Menado Sulawesi Utara 4.91

20 Palu Sulawesi Tenggara 5.51

21 Kupang Nusa Tenggara Barat 5.12

22 Waingapu, Sumba Timur Nusa Tenggara Timur 5.75

23 Maumere Nusa Tenggara Timur 5.7

Sumber: Rahardjo, 2008

Potensi ini cukup digunakan sebagai alasan utama dalam pengembangan

PLTS di Indonesia. Indonesia tergolong wilayah yang memiliki intensistas

penyinaran matahari yang tinggi dan stabil sepanjang tahun, sehingga PV module

mendapatkan daya yang optimal. PLN sangat kesulitan dalam membangun

jaringan listrik untuk beberapa wilayah di Indonesia karena kontur wilayah

Indonesia yang terdiri dari pulau – pulau, pegunungan dan hutam rimba yang

sangat lebat, sehingga pengembangan PLTS ini sangat cocok untuk mengatasi

permasalahan hal tersebut.

2.3.2 Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) off-grid

PLTS tipe ini merupakan sistem PLTS yang tidak terhubung dengan

jaringan atau berdiri sendiri (stand alone system). Sistem ini biasanya

menggunakan pola pemasangan yang tersebar (distributed) dan kapasitas

Page 11: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

16

pembangkitannya relatif kecil. Sistem ini menggunakan media penyimpanan

seperti baterai untuk menjaga ketersediaan pasokan listrik ketika malam hari

maupun ketika intensitas penyinaran matahari menurun. Sistem ini kebanyakan

digunakan untuk wilayah yang tidak dapat dijangkau oleh jaringan listrik utama

seperti jaringan listrik PLN. Jenis beban listrik yang dicatu seperti penerangan dan

beban listrik yang relatif kecil. Sistem ini dapat digunakan untuk keperluan yang

lebih luas seperti telekomunikasi, penerangan jalan, stasiun transmisi untuk

observasi gempa dan lain-lain. Gambar 2.2 menunjukkan PLTS tipe off-grid (IFC,

2012).

Gambar 2.2 PLTS tipe off-grid

Sumber : ABB QT10, 2010

2.3.3 Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) on-grid

PLTS tipe ini merupakan sistem PLTS yang terhubung dengan jaringan

listrik utama seperti jaringan listrik PLN seperti yang ditunjukkan oleh gambar

2.3.

Page 12: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

17

Gambar 2.3 PLTS tipe on-grid

Sumber : ABB QT10, 2010

Sistem ini dapat menggunakan media penyimpanan seperti baterai dan tanpa

menggunakan media penyimpanan. Fungsi baterai pada sistem PLTS on-grid

selain sebagai media penyimpanan yang dapat digunakan sebagai pemasok tenaga

listrik ketika jaringan mengalami kegagalan untuk periode tertentu, dapat juga

digunakan sebagai pemasok tenaga listrik ke jaringan listrik utama yaitu jaringan

listrik PLN ketika ada kelebihan daya listrik yang dibangkitkan oleh PLTS.

Sistem ini memiliki 2 tipe berdasarkan aplikasinya dilapangan, yaitu (IFC, 2012) :

1. PLTS on-grid tipe terdistribusi

PLTS pada sistem ini diaplikasikan sangat dekat dengan beban listrik seperti

pemasangan PLTS di atap gedung atau rumah. Setiap gedung atau rumah

memiliki PLTS sebagai salah satu sumber listriknya seperti gambar 2.4.

Keuntungan dari sistem ini adalah rugi-rugi listrik penyaluran dari PLTS lebih

kecil daripada rugi-rugi listrik dari jaringan untillity (jaringan PLN) karena

letak PLTS yang berada dekat dengan area konsumen (beban listrik).

Page 13: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

18

Gambar 2.4 Aplikasi PLTS on-grid tipe terdistribusi dengan pemasangan PV module di atap

rumah

Sumber : ABB QT10, 2010

2. PLTS on-grid tipe terpusat

PLTS pada sistem ini sama seperti pembangkit listrik konvensional yang letak

pembangkitnya berada di satu area yang sama. Keuntungan dari sistem ini

adalah pengawasan pada sistem lebih baik karena berada dalam satu area dan

rugi – rugi daya pada pembangkitan lebih kecil daripada sistem tipe distribusi.

2.3.4 Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) hybrid

PLTS tipe ini merupakan PLTS yang terhubung dengan pembangkit listrik

lain seperti PLTB (Pembangkit Listrik Tenaga Bayu), mikrohidro atau generator

set seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.5. Tujuan dari tipe ini adalah untuk

meningkatkan kehandalan dari sistem sehingga kontinyuitas dalam pemasokan

daya listrik dapat tetap terjaga.

Page 14: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

19

Gambar 2.5 Contoh PLTS hybrid dengan PLTS dan PLTD sebagai sumber pembangkit

Sumber : LEN, 2011

2.3.5 Komponen – komponen Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)

Pembangkit listrik tenaga surya pada dasarnya merupakan rangkain PV

module yang membentuk suatu PV array, baik terhubung seri maupun pararel.

Komponen – komponen pembangkit listrik tenaga surya antara lain (ABB QT10,

2010) :

1. Sel Surya

Sel surya tersusun dari dua lapisan semikonduktor dengan muatan yang

berbeda. Lapisan atas sel surya bermuatan negatif sedangkan lapisan bawahnya

bermuatan positif. Silicon adalah bahan semikonduktor yang paling umum

digunakan untuk sel surya. Apabila permukaan sel surya dikenai cahaya maka

dihasilkan pasangan elektron dan hole. Elektron akan meninggalkan sel surya

dan akan mengalir pada rangkaian luar sehingga timbul arus listrik. Arus listrik

yang dihasilkan oleh sel surya dapat dimanfaatkan langsung atau disimpan dulu

dalam baterai untuk digunakan kemudian. Gambar 2.6 menunjukkan contoh sel

surya.

Page 15: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

20

Gambar. 2.6 Contoh sel surya

Sumber : SHARP, 2011

2. Photovoltaic Module

Rangkaian dari beberapa sel surya dinamakan PV module (Photovoltaic

Module). Hubungan antara sel surya dengan PV module ditunjukkan oleh

gambar 2.7.

Gambar 2.7 Hubungan sel surya, PV module dan array

Sumber : ETAP, 2015

Terdapat 3 jenis PV module berdasarkan jenis dan bentuk sususnan atom

– atom penyusunnya, yaitu monokrisntal, polikristal dan amorphous.

Monokristal merupakan PV module yang paling efisien dengan nilai efesiensi

Page 16: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

21

sekitar 14% - 17%. Kelemahan dari PV module jenis ini adalah tidak akan

berfungsi baik ditempat yang cahaya mataharinya kurang (teduh), sehingga

efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca berawan serta harganya yang relatif

lebih mahal. Pada tabel 2.2 dibawah akan diperlihatkan karakteristik nilai

efisiensi, kelebihan dan kekurangan dari berbagai jenis sel surya

Tabel 2.2 Karakteristik teknologi sel surya

Sumber: ABB QT10, 2010

3. Charger Controller

Charger controller adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk

mengatur pengisian arus searah dari PV module ke baterai dan mengatur

penyaluran arus dari baterai ke peralatan listrik (beban). Charger controller

mempunyai kemampuan untuk mendeteksi kapasitas baterai. Bila baterai sudah

penuh terisi maka secara otomatis pengisian dari PV module berhenti.

Page 17: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

22

4. Baterai

Baterai adalah komponen PLTS yang berfungsi menyimpan energi listrik yang

dihasilkan oleh PV module pada siang hari, untuk kemudian dipergunakan pada

malam hari dan pada saat cuaca mendung. Baterai yang dipergunakan pada

PLTS mengalami proses siklus mengisi (charging) dan mengosongkan

(discharging), tergantung pada ada atau tidaknya matahari. Selama ada sinar

matahari, PV module akan menghasilkan energi listrik. Apabila energi listrik

yang dihasilkan tersebut melebihi kebutuhan bebannya, maka energi listrik

tersebut akan segera dipergunakan untuk mengisi baterai. Proses pengisian dan

pengosongan disebut satu siklus baterai.

5. Inverter

Inverter berfungsi untuk merubah arus dan tegangan listrik DC (direct current)

yang dihasilkan PV array menjadi arus dan tegangan listrik AC (alternating

current) dengan frekuensi 50Hz/60Hz. Pemilihan inverter yang tepat untuk

aplikasi tertentu, tergantung pada kebutuhan beban dan tergantung pada apakah

inverter akan menjadi bagian dari sistem yang terhubung ke jaringan listrik

atau sistem yang berdiri sendiri.

2.3.6 Prinsip kerja PLTS

Pembangkit Listrik Tenaga Surya adalah suatu teknologi pembangkit yang

mengkonversikan energi foton dari surya menjadi energi listrik. Konversi ini

terjadi pada PV module yang terdiri dari sel surya. Sel surya merupakan lapisan-

lapisan tipis dari silicon (Si) murni dan bahan semikondukator lainnya. Bahan

tersebut mendapat energi foton, akan mengeksitasi elektron dari ikatan atomnya

menjadi elektron yang bergerak bebas dan akhirnya akan mengeluarkan tegangan

listrik arus searah. Rangkaian sel – sel surya yang biasanya digunakan adalah

rangkaian kombinasi seri-pararel, untuk mendapatkan daya keluaran dua kali lebih

besar dari daya keluaran sel surya dengan tegangan yang konstan. Setiap modul

biasanya terdiri dari 10 – 36 unit sel. Pembangunan PLTS menggunakan beberapa

rangkaian modul yang disebut susunan modul (array) yang jumlahnya

Page 18: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

23

disesuaikan dengan luas lahan dan modal yang dimiliki. Semakin banyak array

yang terpasang semakin besar daya yang dapat dibangkitkan.

2.3.7 Energi yang dibangkitkan

Terdapat dua faktor utama yang mempengaruhi besaran daya yang dapat

dibangkitkan oleh PV module yaitu intensitas cahaya dan temperature PV module.

Besarnya intensitas cahaya matahari per hari yang diterima PV module akan

mempengaruhi energi harian yang mampu dibangkitkan PV module per harinya,

dengan menggunakan persamaan berikut produksi energi harian PV module dapat

diketahui (Utomo,2009) :

Emodul = Pout × Ph/hari ………………………………………………. (2.1)

dimana:

Emodul = Produksi energi harian PV module (Wh)

Pout = Daya output PV module (W)

Ph/hari = Peak hour per day (Hour)

Peak Hour per Day adalah peredaran matahari dalam 1 tahun untuk wilayah

Bali yang di rata-ratakan dalam tiap-tiap 3 bulan pada periode edar matahari dari

kuartal 1 sampai 4. Karena dalam 1 tahun terjadi 4 kali perubahan peredaran bumi

mengelilingi matahari (Mario, 2009). Peak Hour per Day untuk daerah Bali dapat

dilihat pada tabel 2.3 berikut:

Tabel 2.3 Peak hour per day rata-rata daerah Bali

Kuartal Energi Matahari (MJ/m²) Peak Hour per Day (Hour)

Kuartal I 20 5,55

Kuartal II 15 4,16

Kuartal III 20 5,55

Kuartal IV 15 4,16

Rata-rata Peak Hour per Day 4,85 Ph/day

Sumber: Mario, 2009

Page 19: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

24

Komponen semikonduktor seperti diode sensitif terhadap perubahan

temperatur, begitu pula dengan sel surya. Secara umum, sebuah PV module dapat

beroperasi secara maksimum jika temperatur yang diterimanya tetap normal pada

temperatur 25oC. Kecepatan tiupan angin disekitar lokasi sel surya akan sangat

membantu terhadap pendinginan temperatur permukaan sel surya sehingga

temperatur dapat terjaga dikisaran 25oC. Kenaikan temperatur lebih tinggi dari

temperatur normal pada PV module akan melemahkan tegangan (Voc) yang

dihasilkan. Setiap kenaikan temperatur PV module 1oC (dari 25

oC) akan

mengakibatkan berkurang sekitar 0,5% pada total tenaga (daya) yang dihasilkan.

Tidak semua energi matahari yang menyinari PV module dapat

dikonversikan 100% menjadi energi listrik. PV module pada kenyataannya hanya

mengkonversikan energi matahari kurang dari 20% menjadi energi listrik,

sementara sisanya akan terbuang sebagai panas. Hal ini sangat mempengaruhi

nilai efesiensi PV module. Efisiensi PV module didefinisikan sebagai irradiance

yang diterima oleh permukaan sel surya. Nilai efisiensi ini selalu dihitung pada

kondisi standar (irradiance = 1000 W/m2) AM 1,5 dan temperature 250 C).

Efesiensi PV module dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai

berikut (Diputra. 2008) :

……………………………………………………. (2.2)

dimana:

ƞ = Efisiensi PV module

Pout = Daya keluaran PV module

Pin = Intensitas radiasi matahari × luas area PV module

2.4 Generator Set

Generator set merupakan salah satu jenis pembangkit listrik bertenaga diesel

atau berbahan bakar solar yang berkapasitas kecil hingga sedang. Generator set

biasanya digunakan sebagai pembangkit listrik cadangan yang terdapat pada sisi

konsumen seperti lingkungan industri, perkantoran, rumah sakit dan lingkungan

yang membutuhkan kestabilan pasokan daya. Generator set terdiri dari 2 bagian

Page 20: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

25

utama yaitu, motor diesel atau motor bakar sebagai penggerak mula (prime

mover) dan generator. Penggerak mula (prime mover) berfungsi sebagai penghasil

energi mekanik (prime mover). Energi mekanik ini dihasilkan dari proses

pembakaran bahan bakar diesel atau solar sehingga motor ini sering disebut

dengan motor diesel atau motor bakar. Bagian generator pada generator set

memiliki konstruksi yang sama dengan generator – generator lainnya. Terdiri dari

2 bagian utama yaitu rotor dan stator, serta cara kerjanya sama dengan generator –

generator lainnya yaitu mengubah energi mekanik pada motor diesel atau motor

bakar menjadi energi listrik dengan memanfaatkan medan magnet. Ukuran dari

generator beragam, sesuai dengan daya listrik yang ingin dibangkitkan seperti

pada gambar 2.8 merupakan jenis generator set skala kecil yang biasanya

digunakan dilingkungan rumah tanggga maupun rumah took dengan kapasitas

daya sekitar 1 KW hingga 6,5 KW dan gambar 2.9 merupakan jenis generator set

yang biasanya terdapat pada lingkungan perumahan, perkantoran maupun

kegiatan – kegiatan yang membutuhkan tambahan daya listrik.

Gambar 2.8 Jenis generator set skala kecil

Sumber : Honda, 2011

Page 21: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

26

Gambar 2.9 Jenis generator set yang terdapat di lingkungan perkantoran dan perumahan

Sumber : Yamagen, t.t

2.4.1 Cara kerja generator set

Generator set biasanya digunakan sebagai pembangkit listrik cadangan

ketika terjadi pemadaman listrik oleh PLN. Generator set dapat bekerja secara

manual maupun otomatis tergantung dari peralatan transfer yang digunakan.

Generator set tidak dapat langsung dibebani ketika terjadi pemadaman, hal ini

karena generator set membutuhkan beberapa detik hingga siap untuk beroperasi.

Generator set juga tidak dapat langsung berhenti beroperasi ketika listrik sudah

mengalir kembali, karena generator set membutuhkan waktu untuk cooling down

hingga benar – benar berhenti beroperasi. Cara kerja dari generator set tidak

berbeda dengan cara kerja dari generator – generator yang terdapat pada pusat

pembangkit listrik yang memiliki ukuran generator yang besar.

Motor diesel atau motor bakar pada generator set akan berputar dan

menghasilkan energi mekanik. Energi mekanik ini timbul akibat pembakaran

bahan bakar diesel / solar yang terjadi didalam ruang pembakaran pada motor.

Pembakaran ini mengakibatkan piston pada motor bekerja dan kerja dari piston ini

menggerakkan poros dari motor. Poros motor yang terhubung dengan poros

generator mengakibatkan poros generator akan ikut berputar. Poros generator

Page 22: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

27

merupakan bagian rotor dari generator. Putaran rotor ini akan menghasilkan

perbedaan fluksi antara bagian rotor dan stator pada generator. Perbedaan fluksi

ini menimbulkan arus dan tegangan yang akan akan disalurkan ke jaringan. Beban

listrik yang harus dipasok oleh generator set harus sesuai dengan kapasitas dari

generator set tersebut. Hal ini karena jika bebannya melebihi dari kapasitas

generator set maka generator akan berhenti bekerja dan yang paling parah adalah

terjadinya kerusakan pada generator.

Syarat – syarat yang wajib dilaksanakan untuk mempararelkan generator set

dengan jala – jala listrik milik PLN dalam keadaan on – grid atau mempararelkan

generator set dengan generator set lainnya adalah sebagai berikut :

1. Nilai efektif tegangan antar generator set atau jala – jala PLN harus sama

2. Frekuensi antar generator set atau jala – jala PLN harus sama

3. Urutan fasanya, sudut fasa dan polaritasnya harus sama

2.5 Inverter

Inverter merupakan suatu alat yang memiliki fungsi merubah arus listrik

searah (direct current) menjadi listrik arus bolak balik (alternating current).

Inverter merupakan salah satu bagian penting dalam sebuah jaringan mikro. Hal

ini karena peran inverter dalam jaringan mikro adalah sebagai pengkondisi tenaga

listrik dan sistem kontrol dari pembangkit listrik yang digunakan dalam jaringan

mikro. Pembangkit listrik yang digunakan dalam jaringan mikro seperti PLTS dan

PLTB menghasilkan arus listrik searah (direct current) sehingga diperlukan

sebuah inverter untuk mengubahnya kedalam bentuk aruh bolak – balik

(alternating current). Komponen semikonduktor daya yang digunakan dapat

berupa SCR, transistor, MOSFET yang beroperasi sebagai sakelar dan pengubah

Inverter dapat disebut sebagai inverter catu tegangan (voltage inverter) bila

tegangan masukan selalu diatur konstan dan disebut sebagai inverter catu arus

(current inverter) bila arus masukan selalu diatur konstan. Inverter dapat disebut

pula variable dc linked inverter bila tegangan masukan dapat diatur atau diubah –

ubah. Pengkonversian tegangan DC menjadi tegangan AC pada inverter lebih

banyak menggunakan rangkaian modulasi lebar pulsa atau PWM (Pulse Width

Page 23: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

28

Modulation). Penggunaan teknik PWM dapat menghasilkan frekuensi yang baik

sesuai dengan nilai rms dari bentuk gelombang keluaran pada saat pengaturan. .

Terdapat 2 jenis inverter, yaitu inverter satu fasa yang biasanya digunakan pada

sistem dengan beban listrik yang relatif kecil dan inverter tiga fasa untuk sistem

yang terhubung dengan jaringan untillity (jaringan PLN) seperti yang ditunjukkan

gambar 2.10 dan 2.11 (Sujanarko,2010).

Gambar 2.10 Rangkaian inverter satu fasa

Sumber : ABB QT, 2010

Gambar 2.11 Rangkaian inverter tiga fasa

Sumber : Jung, 2005

2.5.1 Inverter tiga fasa

Jenis inverter tiga fasa yang banyak digunakan adalah jenis inverter

jembatan atau bridge inverter seperti gambar 2.11 sebelumnya. Terdapat tiga sisi

Page 24: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

29

sakelar yaitu sakelar S1 dan S4, S3 dan S6, S5 dan S2. Masing – masing sisi

sakelar tidak boleh bekerja secara serempak/simultan, karena akan mengakibatkan

tejadinya hubungan singkatpada rangkaian. Kondisi on dan off dari kedua sisi

sakelar ditentukan dengan teknik modulasi, yaitu membandingkan antara sinyal

modulasi (tegangan bolak-balik luaran yang diharapkan) dengan sinyal pembawa

dengan bentuk gelombang gigi-gergaji.

Inverter harus mampu menghasilkan amplitudo, frekuensi dan

tegangan/arus yang sama dengan jaringan PLN sehingga jaringan mikro dapat

sinkronisasi dengan jaringan PLN pada saat pengoperasian pararel. Inverter yang

menghasilkan karakteristik daya listrik yang tidak sinkron dengan jaringan PLN

akan mengakibatkan ketidakstabilan bahkan dapat mengakibatkan kegagalan.

Karakteristik inverter untuk jaringan mikro off-grid dan on-grid memiliki

perbedaan, yaitu (Setiawan, 2014). :

1. Inverter untuk jaringan mikro off-grid harus mampu mensuplai tegangan AC

yang konstan pada variasi dari pembangkit listrik dan tuntutan beban yang

dilayani.

2. Inverter untuk jaringan on-grid mampu menghasilkan tegangan yang sama

persis dengan tegangan jaringan pada waktu yang sama dan mengoptimalkan

keluaran energi yang dibangkitkan oleh pembangkit listrik.

2.5.2 Konfigurasi inverter terpusat

Konfigurasi tipe ini relative murah, karena inverter yang terpasang biasanya

hanya satu inverter terpusat untuk string pembangkit tenaga listrik yang

dihubungkan secara seri dan pararel. Kelemahan dari konfigurasi ini adalah

kurangnya kehandalan sistem ini, karena jika inveter mengalami kerusakan akan

mempengaruhi operasi keseluruhan sistem. Contoh dari konfigurasi ini dapat

dilihat pada gambar 2.12.

Page 25: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

30

Gambar 2.12 Konfigurasi inverter terpusat

Sumber : PLN, 2014

2.5.3 Konfigurasi inverter individual string

Konfigurasi rangkaian ini berupa rangkaian seri tunggal dan string, dimana

satu inverter untuk satu string. Keuntungan dari konfigurasi ini adalah inverter

memiliki kemampuan pelacakan titik daya maksimum atau Maximum Power

Point Tracking (MPPT) secara terpisah dari setiap string. Kelemahan dari

konfigurasi ini diperlukannya banyak inverter dalam sistem. Contoh dari

konfigurasi ini dapat dilihat pada gambar 2.13.

Gambar 2.13 Konfigurasi inverter individual string

Sumber : PLN, 2014

2.5.4 Konfigurasi inverter multi-string

Konfigurasi menggunakan MPPT yang terpisah (menggunakan DC/DC

konverter) terhubung ke inverter yang disalurkan ke sistem distribusi. Konfigurasi

Page 26: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

31

ini memungkinkan untuk mengoptimalkan efesiensi pengoperasian setiap string

secara terpisah dan integrasi berbagai orientasi pembangkit untuk memaksimalkan

produksi energi. Contoh dari konfigurasi ini dapat dilihat pada gambar 2.14.

Gambar 2.14 Konfigurasi inverter multi-string

Sumber : PLN, 2014

2.5.5 Konfigurasi inverter modul AC

Konfigurasi ini menggunakan inverter dan MPPT yang tersambung pada

masing – masing pembangkit sehingga masing – masing – masing pembangkit

memiliki inverter dan MPPT sendiri. Keuntungan dari konfigurasi ini terletak

pada desainnya uyang fleksibel sehingga mudah untuk menambahkan inverter

guna meningkatkan kapasitas pembangkit listrik, produksi energi menjadi

meningkat dengan mengurangi kerugian energi dan ketidaksesuain inverter dan

meningkatkan keandalan. Kelemahan dari konfiguarsi ini adalah diperlukan biaya

tambahan untuk inverter dan pemeliharaan yang relative komplek. Contoh dari

konfigurasi ini dapat dilihat pada gambar 2.15.

Page 27: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

32

Gambar 2.15 Konfigurasi inverter modul AC

Sumber : PLN, 2014

2.6 Automatic Transfer Switch (ATS) – Atomatic Main Failure (AMF)

Automatic Transfer Switch (ATS) merupakan suatu alat yang digunakan

untuk memindahkan secara otomatis distribusi daya listrik dari jaringan listrik

PLN ke generator set untuk memasok daya listrik pada suatu jaringan listrik. ATS

merupakan pengembangan dari Change Over Switch yang sistem kerjanya masih

manual. Penggunaan ATS lebih banyak digunakan ketika jaringan listrik PLN

gagal memasok daya listrik atau mengalami pemadaman sehingga generator set

digunakan sebagai pemasok daya cadangan untuk menjaga kontinuitas pasokan

daya ke beban. ATS akan secara otomatis memindahkan distribusi daya listrik

dari generator set ke jaringan listrik PLN, jika jaringan listrik PLN sudah kembali

bekerja secara normal. Proses menghidupkan dan mematikan generator set dapat

dilakukan secara otomatis dengan menggunakan panel Atomatic Main Failure

(AMF) tanpa bantuan operator. Fungsi AMF juga untuk melindungi generator set

dari pemakaian yang berlebihan dan perlindungan terhadap tegangan maupun

frekuensi generator set apabila melebihi parameter yang digunakan. ATS akan

melepas distribusi listrik dari genset ke beban dan selanjutnya AMF akan

Page 28: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

33

menghentikan kerja generator set. Penggunaan ATS dan AMF dapat membantu

kontinuitas pasokan daya ketika jaringan listrik PLN padam. Gambar 2.16

menunjukkan contoh dari panel ATS-AMF.

Penggunaan ATS dan AMF memiliki beberapa keuntungan, yaitu sebagai

berikut :

1. Waktu yang diperlukan untuk memindahkan distribusi daya listrik dari PLN ke

generator set relatif lebih singkat.

2. Proses pemanasan generator set dapat dilakukan secara otomatis sehingga

dapat memperpanjang usia kerja dari generator set.

3. Meningkatkan keamanan dan kenyamanan.

4. Mengurangi biaya operasional karena tidak diperlukannya operator atau teknisi

dalam mengoperasikan generator set.

2.6.1 Komponen – komponen Automatic Transfer Switch (ATS) – Atomatic

Main Failure (AMF)

1. Relay

Relay merupakan suatu alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk

menutup atau membuka kontak saklar. Relay juga berfungsi sebagai

pengaman.

2. Selector Switch

Selector Switch merupakan suatu alat yang digunakan untuk

memilih.menyambungkan rangkaian sesuai dengan yang ditunjuk oleh tangkai

selector. Tipe selector switch yang banyak digunakan yaitu 2 posisi (ON-PFF)

dan 3 posisi (ON-OFF-ON).

3. Kontaktor

Kontaktor merupakan suatu komponen yang berfungsi sebagai penyambung

dan pemutus rangkaian.

4. MCB (Miniatur Circuit Breaker)

MCB merupakan sekering yang digunakan sebagai sistem pengaman peralatan

listrik dari gangguan arus hubung singkat dan beban lebih.

Page 29: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

34

5. MCCB (Moulded Case Circuit Breaker)

MCCB memiliki peranan yang sama dengan MC yaitu sebagai sakering yang

digunakan sebagai pengaman peralatan listrik dari gangguan arus hubung

singkat dengan rating arus yang relatif lebih tinggi.

6. Current Transformer (CT)

Current Transformer pada ATS-AMF digunakan untuk memperoleh arus

pengukuran dan pengamanan yang bekerja pada rating tegangan rendah. Jenis

CT yang biasanya digunakan adalah Low Voltage Current.

7. PLC (Programmable Logic Controller)

PLC merupakan salah satu sistem kontrol yang biasanya digunakan dalam

mengontrol kerja komponen-komponen di dalam ATS sehingga dapat bekerja

otomatis. PLC merupakan pengontrol berbasis mikroprosesor yang

memanfaatkan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan perintah-

perintah untuk mengontrol suatu peralatan.

2.7 Aturan Penyambungan Pembangkit Listrik Energi Terbarukan ke

Sistem Distribusi PLN

Salah satu jenis jaringan mikro yang ada adalah jaringan on-grid, yaitu

jaringan mikro yang terhubung dengan jaringan untillity seperti jaringan PLN.

Terdapat beberapa aturan yang harus diperhatikan untuk menghubungkan jaringan

mikro dengan jaringan milik PLN, hal ini karena jaringan mikro yang tidak

didesain dan dioperasikan dengan baik, dapat mempengaruhi keselamatan,

keandalan dan kualitas daya listrik pada sistem distribusi PLN. Terdapat beberapa

syarat yang harus dipenuhi, yaitu (PLN,2014) :

1. Sinkronisasi

Pengoperasian jaringan mikro harus secara pararel dengan sistem distribusi

PLN tanpa menyebabkan fluktuasi tegangan di titik sambungan. Toleransi yang

diberikan adalah maksimal ± 5% dari tegangan sistem distribusi PLN. Batas

parameter untuk sinkronisasi ditunjukkan oleh tabel 2.4.

Page 30: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir - sinta.unud.ac.id. BAB II (Tinjauan Pustaka).pdf · PLTS dan Pembangkit Listrik Mikrohidro dengan menggunakan simulasi software HOMER

35

Tabel 2.4 Batas Parameter untuk Sinkronisasi Penyambungan

Sumber : IEEE 1547 – 5.1.1B

2. Pengaturan tegangan

Toleransi perbedaan tegangan dengan sistem distribusi PLN adalah +5% dan -

10%. Jaringan mikro tidak diperbolehkankan secara aktif ikut mengatur

tegangan pada titik sambungan ketika sedang pararel dengan sistem distribusi

PLN yang dapat menyebabkan gangguan sehingga tegangan layanan konsumen

lain tidak memenuhi toleransi tersebut.

3. Frekuensi

Jaringan mikro harus mampu beroperasi dengan output maksimum dalam

rentang frekuensi 47,5 sampai 51 Hz, untuk PLTB dan PLTS rentang

frekuensinya 49 sampai 51 Hz (SPLN No. D3.022-2:2012)

4. Faktor daya

Setiap generator pada jaringan mikro harus mampu beroperasi dalam rentang

faktor daya dari 0,9 leading sampai dengan 0,85 lagging.