TUGAS PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS) SKALA RUMAH TANGGA

NAMA : Dwi Mahmudin

NIM : 2203030026

Prodi : Teknik Elektro

Mata Kuliah : Renewable Energy

Berdasarkan data beban puncak sebesar 1385 Watt, direkomendasikan menggunakan inverter dengan daya 2000 Watt. Kapasitas yang lebih besar ini penting untuk menangani lonjakan arus sesaat saat peralatan dinyalakan.

Dari data diatas pilihan terbaik menggunakan baterai 48 V, karena dengan tegangan yang lebih tinggi arus yang mengalir akan lebih kecil, sehingga memungkinkan penggunaan kabel yang lebih kecil (diameter lebih tipis) untuk menghubungkan baterai ke inverter, yang mengurangi biaya dan mempermudah instalasi. Arus yang lebih rendah pada sistem 48 V menghasilkan kerugian energi (panas) yang lebih sedikit di kabel dan komponen sistem, sehingga meningkatkan efisiensi sistem secara keseluruhan dan memperpanjang umur komponen. 

• Kebutuhan Energi Harian: Beban puncak 1385 W tidak berarti digunakan 24 jam. Kita asumsikan total pemakaian energi setara dengan beban puncak berjalan selama 6 jam.

• Kebutuhan Energi = 1385 Watt × 6 jam = 8310 Wh atau 8,31 kWh per hari.

• Tegangan Sistem Baterai: Harus sama dengan tegangan inverter, yaitu 48 V.

• Hari Otonomi (Days of Autonomy): Kita tetapkan 2 hari sebagai cadangan energi jika tidak ada sinar matahari sama sekali (cuaca sangat mendung/hujan).

• Depth of Discharge (DoD): Untuk menjaga umur baterai, kita gunakan DoD sebesar 50% (0,5). Artinya, kita hanya akan menggunakan setengah dari total kapasitasnya.

• Efisiensi Baterai: Baterai tidak 100% efisien. Kita asumsikan efisiensi pengisian dan pengosongan sebesar 85% (0,85).

Perhitungan Kapasitas Baterai

• Menghitung Kapasitas Total dalam Wh (Watt-hour): 

Kapasitas Wh = (Kebutuhan Energi Harian × Hari Otonomi) / (DoD × Efisiensi Baterai) 

Kapasitas Wh = ( 8.310 Wh × 2) / (0,5 × 0,85) 

Kapasitas Wh = 16.620 Wh / 0,425

Kapasitas Wh = 38.832 Wh

• Mengkonversi Kapasitas ke Ah (Ampere-hour): 

Kapasitas Ah = Kapasitas Wh / Tegangan Sistem 

Kapasitas Ah = 38.832 Wh / 48 V 

Kapasitas Ah = 809 Ah

Kita bulatkan ke atas untuk kemudahan, sehingga kapasitas bank baterai yang dibutuhkan adalah 1000 Ah pada tegangan 48 V.

Spesifikasi Baterai yang Digunakan

Sangat jarang ada satu baterai 48V 1000Ah. Oleh karena itu, kita akan membangunnya dari baterai standar yang lebih kecil (misalnya 24V / 500Ah) yang dihubungkan secara seri dan paralel.

• Jenis Baterai yang Dipilih: Baterai Lithium Iron Phosphate (LiFePO4 atau LFP) 24V / 500Ah, Jenis ini dipilih karena bebas perawatan dan dirancang khusus untuk siklus pengisian-pengosongan PLTS.

• Konfigurasi Seri (untuk mencapai 48V):

Jumlah Seri = Tegangan Sistem / Tegangan Baterai Satuan

Jumlah Seri = 48 V / 24 V = 2 Baterai

• Konfigurasi Paralel (untuk mencapai 1000Ah):

Jumlah Paralel = Kapasitas Total Ah / Kapasitas Baterai Satuan

Jumlah Paralel = 1000 Ah / 500 Ah = 2 String Paralel

• Total Baterai yang Dibutuhkan:

Total Baterai = Jumlah Seri × Jumlah Paralel

Total Baterai = 2 × 2 = 4 Buah

Sistem ini membutuhkan bank baterai dengan kapasitas total 48V 1000Ah, yang terdiri dari 4 buah baterai 24V 500Ah jenis Baterai Lithium Iron Phosphate (LiFePO4 atau LFP). Baterai tersebut disusun dalam 2 string paralel, di mana setiap string terdiri dari 2 baterai yang terhubung secara seri.

Perhitungan Ukuran Panel

• Ukuran Panel = Kebutuhan Energi Harian / Rerata Matahari

• Ukuran Panel = 8,310 kWh / 5 jam

• Ukuran Panel = 1,66 kW atau 1.662 Watt

Penerapan Faktor Keamanan

Ditambahkan faktor keamanan sebesar 1,25 untuk mengantisipasi berbagai kerugian sistem

• Kapasitas yang direkomendasikan = Ukuran panel x 1,25

• Kapasitas yang direkomendasikan = 1.662 Watt x 1,25

• Kapasitas yang direkomendasikan = 2.077,5 Watt

Penentuan Jumlah Panel

Jika ingin menggunakan panel berkapasitas 600 Watt per unit, maka jumlah yang dibutuhkan adalah:

• Jumlah Panel = Kapasitas yang direkomendasikan / kapasitas per panel

• Jumlah Panel = 2.077,5 W / 600 W

• Jumlah Panel = 3,462 (dibulatkan menjadi 4)

Dengan menggunakan 4 panel surya berkapasitas 600 W, maka total kapasitas sistem terpasang menjadi

• Kapasitas Terpasang = Jumlah Panel x Kapasitas Panel

• Kapasitas Terpasang = 4 Panel x 600 W

• Kapasitas Terpasang = 2.400 W atau 2,4kW

Rancangan Anggaran Biaya (RAB)

Analisis Break-Even Point

Sebelum melakukan perhitungan BEP,diperlukan beberapa nilai dasar dan asumsi perhitungan

• Total Investasi Awal: Rp 102.000.000

• Produksi Energi Harian: 8,31 kWh per hari

• Tarif Listrik PLN: Rp 1.352 per kWh

• Hari Operasional: 365 Hari

Setelah mengetahui beberapa nilai dasar,selanjutnya menghitung berapa banyak uang yang dapat dihemat setiap hari, bulan dan tahun dengan tidak membeli listrik dari PLN.

• Penghematan Harian:

Penghematan Harian = Produksi Energi Harian x Tarif Listrik PLN

Penghematan Harian = 8,31 kWh x Rp 1.352

Penghematan Harian = Rp 11.221,6

• Penghematan Bulanan:

Penghematan Bulanan = Penghematan Harian x 30 Hari

Penghematan Bulanan = Rp 11.221,6 x 30

Penghematan Bulanan = Rp 336.648

• Penghematan Tahunan:

Penghematan Tahunan = Penghematan Harian x 365 Hari

Penghematan Tahunan = Rp 11.221,6 x 365

Penghematan Tahunan = Rp 4.095.884

Berdasarkan hasil perhitungan, sistem PLTS ini dapat melakukan penghematan biaya sebesar 4,095 juta rupiah/tahun. Setelah mengetahui angka penghematan biaya, maka bisa dilanjutkan menghitung BEP yaitu dengan membagi nilai total investasi dengan penghematan tahunan.

• Rumus BEP:

BEP(Tahun) = Total Investasi Awal / Penghematan Tahunan

BEP = Rp 102.000.000 / Rp 4.095.884

BEP = 24,9 Tahun

Dari hasil perhitungan BEP diatas menunjukan bahwa untuk mengembalikan modal awal sebelum nantinya energi listrik yang digunakan terhitung bersih (keuntungan pribadi) termasuk dalam jangka yang cukup lama atau tidak efisien, hal ini dikarenakan modal awal yang dibutuhkan terhitung sangat besar dibanding dengan penggunaan listrik harian yaitu sebesar 8,32kWh/hari dengan penghematan tahunan yang hanya sebesar RP. 4.095.884. Hasil BEP 25 tahun untuk PLTS ini sangat tidak efisien dibanding menggunakan energi listrik dari PLN langsung. Akan tetapi jika terjadi peningkatan konsumsi energi listrik atau penambahan beban yang cukup tinggi, maka investasi yang dilakukan akan lebih efisien dengan kondisi estimasi RAB tetap. Dan juga bila seluruh harga RAB mengalami penurunan hingga 50% dari estimasi maka akan lebih efisien dengan kisaran BEP 12,45 Tahun.