Bagaimana Merancang dan Menginstal Sistem PV Surya Mandiri

Perancangan dan Pemasangan Sistem PV Surya

Masyarakat modern bergantung pada energi untuk kebutuhan sehari-hari seperti industri, pemanasan, transportasi, dan pertanian, yang sebagian besar dipenuhi oleh sumber daya tidak terbarukan (batu bara, minyak, gas). Namun, sumber-sumber ini menyebabkan kerusakan lingkungan, distribusi yang tidak merata, dan menghadapi volatilitas harga karena cadangan yang terbatas—mendorong permintaan akan energi terbarukan.

Energi surya, yang melimpah dan mampu memenuhi kebutuhan global, menonjol. Sistem PV mandiri (Gambar 1) menawarkan kemandirian energi dari utilitas. Berikut adalah gambaran tentang perencanaan, perancangan, dan pemasangan mereka untuk pembangkit listrik.

Perencanaan Sistem PV Mandiri
Penilaian & Survei Lokasi:

• Minimisasi Bayangan: Pastikan lokasi pemasangan (atap atau tanah) bebas dari struktur peneduh, dan tidak ada konstruksi di masa depan yang akan menghalangi radiasi surya.

• Luas Permukaan: Tentukan luas area lokasi untuk memperkirakan jumlah/ukuran panel PV, dan rencanakan penempatan untuk inverter, konverter, dan bank baterai.

• Pertimbangan Atap: Untuk atap miring, catat sudut kemiringannya dan gunakan pemasangan yang sesuai untuk memaksimalkan insidensi surya (idealnya tegak lurus dengan panel).

• Rute Kabel: Rencanakan rute kabel (menghubungkan inverter, bank baterai, pengontrol muatan, dan array PV) untuk meminimalkan penggunaan kabel dan penurunan tegangan, seimbangkan efisiensi dan biaya.

Penilaian Sumber Energi Surya:

• Data Insolasi: Ukur atau peroleh (dari stasiun meteorologi) energi surya yang diterima, menggunakan kilowatt-jam per meter persegi per hari (kWh/m²/hari) atau Jam Puncak Matahari Harian (PSH, jam dengan iradiansi rata-rata 1000 W/m²).

• Metrik Kunci: Gunakan PSH untuk perhitungan yang disederhanakan (bedakan dengan "jam sinar matahari rata-rata," yang mencerminkan durasi bukan energi). Adopsi rata-rata bulanan insolasi terendah untuk memastikan keandalan sistem selama periode rendah sinar matahari.

Pertimbangan untuk Sistem PV Mandiri
1. Perhitungan Permintaan Energi

Ukuran sistem tergantung pada permintaan beban, dihitung sebagai:

• Permintaan energi harian (Wh) = Jumlah (daya peralatan dalam watt × jam operasional harian).

• Gunakan permintaan harian tertinggi untuk menyeimbangkan keandalan dan biaya (memastikan operasi selama puncak penggunaan, meskipun ini meningkatkan biaya sistem).

2. Penentuan Ukuran Inverter & Pengontrol Muatan

• Inverter: Diberi rating 25% lebih tinggi dari total beban (untuk mengakomodasi kerugian).
  Contoh: Untuk beban 2400W, diperlukan inverter 3000W (2400W × 1.25).

• Pengontrol Muatan: Rating arus = 125% dari arus singkat panel PV (faktor keselamatan).
  Contoh: 4 panel dengan arus singkat 10A memerlukan pengontrol 50A (4×10A ×1.25).
  Catatan: Pengontrol MPPT mengikuti spesifikasi produsen.

3. Energi Harian ke Inverter

Akuntansi untuk efisiensi inverter (mis., 90%):

• Energi yang disuplai oleh baterai ke inverter = Energi beban total / efisiensi.
  Contoh: Beban 2700Wh → 3000Wh (2700 / 0.9) dari baterai.

4. Tegangan Sistem

Ditentukan oleh tegangan baterai (biasanya 12V, 24V, dll.), dengan tegangan yang lebih tinggi mengurangi kerugian kabel. Contoh: sistem 24V.

5. Penentuan Ukuran Baterai

Parameter kunci: kedalaman lepas (DOD), hari otonomi, dan tegangan sistem.

• Kapasitas yang dapat digunakan = Ah baterai × DOD.

• Kapasitas muatan yang diperlukan = Energi dari baterai / tegangan sistem.
  Contoh: 3000Wh dari baterai dalam sistem 24V → 125Ah diperlukan.

• Untuk baterai 12V, 100Ah (70% DOD):

• Jumlah baterai = 125Ah / (100Ah × 0.7) ≈ 2 (dibulatkan ke atas).

• Hubungkan 2 baterai secara seri untuk mencapai tegangan sistem 24V.

Jadi, total akan ada empat baterai 12 V, 100 Ah. Dua dihubungkan secara seri dan dua dihubungkan secara paralel. Kapasitas baterai yang diperlukan juga dapat ditemukan dengan rumus berikut.

Penentuan Ukuran Array PV

• Kapasitas total array PV (W): Dihitung menggunakan jam puncak matahari harian terendah (atau Faktor Pembangkitan Panel, PFG) dan permintaan energi harian:
  Total Wₚₑₐₖ = (Permintaan energi harian (Wh) / PFG) × 1.25 (faktor penskalaan untuk kerugian).

• Jumlah modul: Bagi total Wₚₑₐₖ dengan daya terpasang satu panel (mis., 160W).

  Contoh: Untuk permintaan 3000Wh harian dan PFG = 3.2, total Wₚₑₐₖ = 3000 / 3.2 ≈ 931W. Dengan panel 160W, diperlukan 6 modul (931 / 160 ≈ 5.8, dibulatkan ke atas).

• Faktor kerugian (untuk menyesuaikan PFG): Termasuk sudut cahaya (5%), non-titik daya maksimum (10%, dikecualikan untuk MPPT), kotoran (5%), penuaan (10%), dan suhu tinggi (>25°C, 15%).

Penentuan Ukuran Kabel

• Pertimbangan kunci: kapasitas arus, penurunan tegangan minimal (<2%), kerugian resistif, ketahanan cuaca (tahan air/UV).

• Rumus luas penampang:
  A = (&rho; &times; Iₘ &times; L / VD) &times; 2
  (&rho; = resistivitas, Iₘ = arus maksimal, L = panjang kabel, VD = penurunan tegangan yang dapat diterima).

• Seimbang: Hindari ukuran yang terlalu kecil (kerugian energi/kecelakaan) atau terlalu besar (ketidakefisienan biaya). Gunakan pemutus sirkuit dan konektor yang sesuai.