Friday, February 2, 2018

Pengalaman Memasang Panel Surya

Dewasa ini, dunia mulai menyadari bahwa energi fosil menimbulkan pemanasan global dan suatu saat akan habis. Oleh karena itu, saat ini transisi menuju energi terbarukan sedang menjadi tren dunia. Saudi Arabia pada 2017 lalu mulai memasang 50 GW sistem fotovoltaik. Denmark saat ini menggunakan energi angin sebagai 40% sumber energinya. Indonesia pun juga tak kalah tren. Kementerian ESDM Indonesia menargetkan pada tahun 2030 menggunakan EBT sebagai 31% sumber energinya. Mereka tidak hanya berbicara. Kementerian ESDM 2017 lalu baru saja meresmikan PLTB Sidrap yang berkapasitas 75 MW. Energi surya, energi angin, energi air, energi panas bumi, dan sebagainya jelas tak lama lagi akan menggantikan peran bahan bakar fosil seperti gas, batu bara, dan minyak sebagai sumber energi utama. Oleh karena itu, rasanya ada yang kurang ketika kita hanya menonton tren perubahan tersebut begitu saja. Akan lebih asyik jika kita ikut berpesta di dalamnya. Partisipasi itu salah satu bentuknya ialah yang akan kuceritakan sekarang, yaitu pengalamanku mendesain dan memasang sistem panel surya.



Pada akhir tahun 2017, ayahku memperoleh hak atas (baca: meminjam) sebuah tanah di Ledok, Kotagede, Yogyakarta. Dia memang orang yang hobi bercocok tanam terutama tanaman hias seperti Sansevieria. Untuk bercocok tanam dengan nyaman, tentu dibutuhkan pompa air yang mengambil air dari sumur serta lampu yang akan digunakan pada malam hari. Yang menjadi masalah, kebun tersebut belum dialiri listrik PLN. Jadi, dia mengusulkan bagaimana kalau aku memasangkan sistem PLTS di sana untuk menghidupkan lampu dan pompa air tersebut. Dengan PLTS, kebun tersebut dapat menghidupkan pompa air dan lampunya tanpa PLN, hanya menggunakan sinar matahari. Karena menarik, tentu kuiyakan. Kunamakan proyek ini WSolar Project, dengan W merupakan inisial nama ayahku.

Sebelum mulai memasangnya pada liburan semester kuliah, tentu aku perlu mempelajari dasar-dasar tentang sistem PLTS. Waktu luang yang ada karena aku hanya mengambil 18 SKS kumanfaatkan untuk belajar mengenai panel surya. Aku mempelajarinya dari dua sumber utama, yaitu Solar Energy Course di edx dan buku Solar Energy tulisan Arno Smets. Course di edx tersebut adalah semacam kuliah online gratis yang terdiri dari video-video kuliah beserta latihan soal interaktif. Kemudian, buku Solar Energy tersebut dapat diperoleh di amazon dengan harga 25 USD. Bagi yang malas mengeluarkan uang, bisa juga diperoleh versi kindlenya secara gratis. Kemudian, tambahan sumber belajar dan juga tempat diskusiku adalah grup facebook Perkumpulan Pengguna Listrik Surya Atap (PPLSA). Grup tersebut berisi orang-orang yang telah memasang atau sedang belajar tentang memasang panel surya di Indonesia. Pengurus grup tersebut salah satunya adalah Pak Nur Pamudji, dirut PLN 2011-2014. Jadi, dasar-dasar tentang panel surya aku peroleh dari buku dan juga kuliah online sedangkan tempat diskusiku berada di facebook.

Postingan ini akan kubagi menjadi dua bagian utama. Yang pertama, aku akan menjelaskan beberapa hal mendasar yang perlu diketahui orang yang asing sama sekali dengan sistem PLTS. Setelah itu, aku baru menceritakan kisahku memasang panel surya mulai dari mendesainnya hingga sistem itu bisa sukses digunakan. Bagi yang kurang tertarik dengan bagian pertama bisa langsung saja membaca ceritanya saja.

Dasar-Dasar Sistem PLTS

1. Perbedaan Energi dengan Daya
Hal ini sebenarnya sudah dipelajari dari SMP, tetapi aku pikir lebih baik sedikit kita bahas di sini. Energi adalah sesuatu yang digunakan untuk melakukan kerja. Misalnya, kipas angin menggunakan energi listrik untuk menggerakkan kipasnya. Mobil menggunakan energi kimia pada bensin untuk memutar rodanya. Kemudian, energi bisa diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Misalnya setrika yang mengubah energi listrik menjadi energi panas. Yang terpenting, energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Artinya, besar energi panas yang dihasilkan setrika tidak mungkin lebih dari energi listrik yang digunakan oleh setrika tersebut. Satuan energi yang paling umum pada fisika adalah Joule. 1 Joule didefinisikan sebagai energi yang digunakan untuk mendorong benda sejauh 1 m dengan gaya sebesar 1 N.

Di kehidupan sehari-hari kita, satuan energi yang sering digunakan bukanlah Joule tetapi Wh dan kWh. Misalnya pada PLN, kita membayar listrik per kWh energi yang kita gunakan. 1 Wh didefinisikan sebagai energi yang dipakai oleh alat berdaya 1 W untuk beroperasi selama 1 jam. Artinya, lampu 15 W yang dinyalakan selama 2 jam menghabiskan energi sebesar 30 Wh.

Di lain pihak, terdapat daya. Daya adalah besar energi per satuan waktu, entah itu konsumsi atau produksi. Satuan umum daya adalah watt (W). 1 watt sama dengan 1 Joule/detik. Artinya, lampu 15 W menghabiskan energi sebesar 15 Joule setiap detiknya. Satuan daya yang lain adalah HP (Horse Power). Zaman dahulu, bangsawan menggunakan kereta kuda untuk bepergian. Kekuatan satu kuda tersebut disebut 1 HP, yang jika dikonversikan ke watt menjadi 746 watt.

Kemudian, satu hal yang menarik di PLN adalah tentang satuan daya yang menjadi klasifikasi kelas rumah tangga. Berikut adalah tabel harga listrik/kWh PLN  per September 2017 lalu.


Kita bisa melihat bahwa harga per kWh listrik PLN bergantung kepada daya yang digunakan oleh pengguna. Namun, satuan daya tersebut adalah VA, bukan watt. VA adalah singkatan dari Volt Ampere, yang merupakan satuan dari daya kompleks. Pada beban yang mengandung komponen induktif dan kapasitif, impedansi dari beban tersebut menimbulkan daya imaginer Q. Daya kompleks S yang bersatuan VA adalah penjumlahan vektor dari daya imaginer Q dan daya aktif P.  Dengan kata lain, belum tentu listrik PLN 900VA bisa diberi beban peralatan listrik sebesar 900 watt. Materi lebih mendetail tentang hal tersebut bisa dipelajari di sini.

2. Sekilas tentang Panel Surya
Panel surya atau fotovoltaik adalah alat yang mengubah energi cahaya menjadi energi listrik secara langsung. Perlu dicatat bahwa yang dimanfaatkan oleh panel surya bukanlah panas matahari tetapi cahayanya. Bahkan, panel surya beroperasi lebih optimal pada suhu yang lebih rendah. Dengan begitu, belum tentu panel surya yang dipasang di Jakarta lebih baik daripada yang dipasang di Bandung. Kalau pernah membaca proyek panel surya terapung, salah satu kelebihannya ialah suhu laut yang relatif rendah membuat performa panel surya meningkat. Panel surya akan menghasilkan listrik secara optimal jika ditempatkan di daerah dengan penyinaran/irradiance yang tinggi. Satuan irradiance sendiri adalah kWh/m^2/hari. 1 kWh/m^2/hari tersebut juga sering dibilang sebagai 1 jam penyinaran (equivalent sunhours). Ketika ada orang pada konteks PLTS mengatakan suatu daerah memiliki 4 jam penyinaran bukan berarti daerah tersebut disinari matahari selama hanya 4 jam per harinya. Pernyataan tersebut berarti dalam 1 hari, daerah tersebut mendapatkan penyinaran ekuivalen sebanyak 4 kWh/m^2. Data penyinaran tersebut mudah diperoleh di berbagai jurnal yang tersedia di internet. Contohnya adalah data berikut yang aku peroleh dari suatu jurnal energi yang dipublikasi pada tahun 2012. Silakan unduh di sini untuk paper lengkapnya.
Apa kaitannya penyinaran tersebut secara matematis dengan panel surya? Mari sekarang kita lihat contoh spesifikasi panel surya berikut.
Parameter utama yang dilihat adalah maximum powernya, yang pada panel surya ini adalah 100W. Artinya, panel surya ini adalah panel surya 100Wp (Wp adalah singkata dari watt peak). Panel surya 1 Wp didefinisikan sebagai panel surya yang dapat menghasilkan 1 W di bawah penyinaran 1 kWh/m^2/hari dan kondisi udara 1,5 AM. Lebih detail dapat dibaca di sini. Yang terpenting adalah, kita dapat menghitung energi yang dihasilkan oleh panel surya selama 1 hari dengan rumus yang sangat sederhana:
Energi yang dihasilkan per hari (Wh)  = Daya maksimal (Wp) x penyinaran (kWh/m^2/hari).
Misalnya, panel surya di atas jika diletakkan di Aceh pada bulan Januari dapat menghasilkan listrik sebanyak 476 Wh per harinya. Namun, tentu ada faktor-faktor lain yang berpengaruh seperti mendung yang menutupi panel ataupun musim yang berpengaruh pada suhu panel.

Kemudian, parameter yang perlu diperhatikan berikutnya adalah Voc, Isc, Vpp, dan Ipp. Untuk memahami hal-hal tersebut, mari kita lihat grafik hubungan V dengan I pada panel surya secara umum sebagai berikut.
Voc merupakan tegangan yang dihasilkan panel ketika tidak disambungkan ke rangkaian listrik. Untuk mengukurnya, cukup letakkan panel di bawah penyinaran matahari dan ukur tegangannya dengan voltmeter. Di lain pihak, Isc merupakan arus yang mengalir pada rangkaian jika tidak diberi beban apapun. Isc dapat diukur dengan menyambungkan kutub positif dan negatif dari panel surya, kemudian mengukurnya dengan clamp meter. Clamp meter adalah alat yang dapat mengukur arus tanpa harus mengganggu rangkaiannya, yaitu dengan cara mengukur medan magnet di sekeliling rangkaian.

Kemudian, ketika panel surya disambungkan pada beban listrik seperti lampu, maka titik kerja dari panel surya akan ditentukan dari hambatan total beban. Yang perlu diperhatikan adalah setiap panel surya selalu memiliki titik kerja yang menghasilkan daya maksimum, yaitu titik Mpp pada gambar. Pada titik tersebut, tegangan panel surya yang bekerja ialah Vmpp sedangkan arus yang mengalir pada rangkaian ialah Impp. Tentu kita ingin mengatur rangkaiannya sedemikian rupa sehingga panel surya selalu bekerja pada titik Mpp. Oleh karena itu, digunakan charge controller yang akan dijelaskan nanti.

Beberapa hal lain yang perlu diperhatikan adalah penggabungan panel, yaitu seri atau paralel. Baik seri atau paralel, daya listrik yang dihasilkan sama-sama menjadi dua kali lipat. Namun, ada perbedaan pada tegangan dan arus kerjanya. Ketika panel surya dipasang seri, tegangan sistem merupakan penjumlahan tiap tegangan panel, sedangkan arusnya tetap. Di lain pihak, panel surya yang dipasang paralel akan menyebabkan arus sistem bertambah sedangkan tegangan sistem tetap. Kita perlu memutuskan untuk menggabungkannya secara seri atau paralel sesuai dengan sistem listrik yang ingin kita buat. Pada umumnya, penggabungan secara seri lebih baik karena penggabungan secara paralel menimbulkan kenaikan arus yang mengakibatkan naiknya energi listrik yang hilang lewat kabel. Namun, kita perlu menyesuaikan komponen-komponen sistem PLTS lainnya seperti baterai, inverter, dan charge controller kita. Akan berbeda komponen yang digunakan ketika tegangan sistemnya berbeda. Pada umumnya, tegangan sistem yang digunakan merupakan kelipatan 12 V yaitu 12, 24, dan 48 V.

3. Baterai
Baterai adalah alat yang digunakan untuk menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia. Oleh karena panel surya hanya bekerja pada siang hari, tentu kita memerlukan alat untuk menyimpan energinya sehingga bisa dipakai pada malam hari atau pada saat mendung. Ada bermacam-macam tipe baterai yaitu Li-ion, Lipo, NiCd, NiMH, lead acid battery, dan sebagainya. Baterai yang terbaik saat ini ialah Li-ion, karena baterai tersebut memiliki energy density terbaik di antara semua baterai yang ada. Energy density adalah banyak energi yang dapat disimpan per satu satuan volum atau per satu satuan massa. Mudahnya, semakin tinggi energy density maka akan semakin kecil dan ringan baterai yang dibutuhkan untuk menyimpan sejumlah energi tertentu. Mobil listrik Tesla juga menggunakan baterai Li-ion.


Sayangnya, baterai Li-ion ini masih mahal. Saat ini, baterai Li-ion masih menjadi tren riset-riset material elektronik di seluruh dunia. Masih banyak perkembangannya dan harganya masih belum masuk akal bagi warga biasa terutama di negara berkembang. Untuk saat ini, baterai yang paling umum digunakan adalah lead acid battery atau lebih sering kita kenal sebagai accu. Accu sudah ditemukan sejak abad 19 dan sampai saat ini masih digunakan karena memang terbukti masih reliable, walaupun sebenarnya energi density dan power densitynya kalah jauh dibandingkan baterai Li-ion dan Lipo. Namun, karena memang sudah dipakai sejak abad 19 riset mengenai accu sudah tuntas. Selama hampir 2 abad, accu terbukti aman dan reliable. Dengan begitu, orang banyak yang memproduksinya sehingga harganya saat ini paling bersahabat dibandingkan harga baterai-baterai yang lain.

Image result for lead acid battery globatt
2 parameter terpenting yang perlu diperhatikan adalah tegangan aki (Volt) dan kapasitas (Ah). Besar energi listrik yang dapat disimpan (Wh) tidak sama dengan kapasitas baterai yang tertulis (Ah). Besar energi yang dapat disimpan tersebut dirumuskan sebagai Energi (Wh) = Tegangan (V) x Kapasitas (Ah). Kita perlu mencari baterai yang sesuai dengan besar energi yang ingin kita simpan. 

Accu sendiri secara umum di Indonesia dibagi menjadi accu kering dan basah. To make it simple, lebih bagus accu kering. Pasalnya, accu basah memerlukan maintanance berkala berupa pengisian air accu ketika sudah habis. Di lain pihak, accu kering dapat bekerja selama umurnya tanpa perlu maintanance apapun. Namun, tentu keuntungan tersebut dibayar dengan harga. Accu kering biasanya lebih mahal daripada basah. Sedikit catatan ketika mencari accu di toko adalah, penjual accu belum tentu paham tentang accu. Mereka biasa menyebutkan kapasitas accu dengan kata ampere. "Cari yang berapa ampere mas?", adalah hal yang sangat akan ditanyakan oleh penjual accu. Maksudnya adalah kita ingin kapasitasnya berapa Ah. Tips membeli lainnya ialah tanyakan berapa umur normal accu yang akan dibeli. Normalnya accu bisa bertahan antara 3 sampai 10 tahun, jadi jangan mau percaya dengan penjual sok yakin yang menjawab tanpa angka yang jelas, "ini awet banget kok mas".

Dalam hal perawatan, kunci untuk merawat semua jenis baterai secara umum hanyalah dua. Jangan dicharge ketika sudah penuh, dan jangan digunakan ketika sudah melebihi batasnya. Ketika salah satu saja dari dua hal itu dilanggar, baterai bisa menjadi kembung, kapasitasnya berkurang, umurnya berkurang, dan hal-hal tidak menyenangkan lainnya. Perawatan baterai ini nanti akan dihandle oleh alat yang bernama charge controller.

Kemudian, sedikit peringatan mengenai keamanan. Memang sih tegangan umum accu yaitu 12 V merupakan nilai yang kecil (bandingkan PLN 220V). Tegangan 12 V tersebut tidak berbahaya bagi tubuh manusia normal yang kulitnya memiliki hambatan cukup tinggi. Namun, accu memiliki capability untuk mengeluarkan arus yang sangat besar (lebih dari 100A). Jadi, ketika 12 V yang kecil itu tiba-tiba bertemu dengan rangkaian dengan hambatan yang sangat kecil atau katakanlah konslet, arusnya bisa sangat besar dan mematikan. Baterai ABC biasa yang dijual di warung itu tidak akan mematikan karena sekecil apapun hambatan rangkaian, baterai tersebut tidak bisa mengeluarkan arus yang besar. Namun, accu bisa. Jadi, hati-hati.


4. Solar Charge Controller (SCC)
Ini merupakan alat yang khusus ada di sistem PLTS. Alat ini berfungsi untuk merawat baterai dan mengoptimasi panel surya. Alat ini menghubungkan panel surya, baterai, dan beban listrik. Ketika baterai sudah terisi penuh, maka SCC akan memberhentikan proses pengisian baterai walaupun panel surya masih disinari. Kemudian, SCC akan memberhentikan proses pembebanan listrik jika baterai sudah mencapai batasnya. Yang paling keren adalah optimasi panel surya. Seperti tadi telah disampaikan, kita ingin panel surya selalu bekerja di MPP. Beberapa alat ini di dalamnya terdapat Maximum Power Point Tracking (MPPT). MPPT adalah alat yang berfungsi untuk mengatur panel surya agar selalu bekerja pada MPP. 

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam memilih SCC ialah arus maksimum, tegangan sistem yang digunakan, serta ada atau tidaknya MPPT. Amannya, kita memilih SCC dengan arus maksimum di atas Isc total panel surya kita. Kemudian, jangan terkecoh dengan tulisan di kardus ataupun di bukalapak. Ada banyak barang dengan nama SCC MPPT, tetapi harganya sekitar 500 atau 600rb. Itu bohong. MPPT di konteks itu hanyalah "nama" dari SCCnya, tetapi di dalamnya tidak terdapat MPPT. Harga wajar SCC dengan MPPT ialah di atas Rp1juta, atau di atas Rp2juta jika ingin kualitas yang reliable.

5. Inverter
Inverter adalah alat yang digunakan untuk mengubah sistem listrik searah (DC) menjadi listrik bolak-balik (AC). Alat ini wajib ada dalam setiap sistem PLTS karena listrik yang dihasilkan oleh panel surya ialah DC dan listrik yang kita gunakan sehari-hari adalah AC. Sebenarnya ada perangkat listrik seperti lampu DC ataupun setrika DC, tetapi akan lebih fleksibel ketika menggunakan inverter daripada mengganti komponen-komponen listrik yang digunakan. Selain itu, listrik DC lebih boros dibandingkan listrik AC pada proses transmisinya di kabel.
Hal-hal yang perlu diperhatikan ialah daya maksimum inverter, spesifikasi input, dan spesifikasi output. Setelah menghitung total daya maksimum yang dapat dikonsumsi oleh beban listrik, pilih daya maksimum inverter di atasnya. Kemudian, pilih spesifikasi input sesuai dengan tegangan sistem PLTS yang direncanakan. Sistem PLTS 24V artinya membutuhkan inverter dengan spesifikasi input 24V. Kemudian, output yang normal untuk Indonesia ialah 220 V AC, 50 Hz. Untuk output AC sendiri terdapat dua jenis, yaitu pure sine wave (PSW) dan modified sine wave (MSW). PSW jelas adalah bentuk tegangan yang diinginkan, karena bentuk sinyal listriknya benar-benar sinus seperti listrik AC yang seharusnya. Di laih pihak, terdapat juga jenis MSW yaitu hampir PSW tetapi masih ada bentuk square wavenya.

Image result for pure sine wave vs modified

6. Sistem PLTS Offgrid vs Ongrid
Sistem PLTS Offgrid atau sering disebut stand alone system adalah sistem kelistrikan yang sama sekali tidak bergantung kepada provider listrik dari negara. Digunakan baterai untuk menyimpan listrik dan listrik benar-benar diproduksi dari PLTS. Positifnya tentu saja sistem ini tetap akan berjalan jika oleh PLN terjadi mati listrik atau sebagainya. Negatifnya, ketika sistem PLTS bermasalah maka tidak ada pegawai PLN yang akan mengurusinya. Pengguna PLTS offgrid benar-benar harus mandiri.


Di lain pihak, sistem PLTS Ongrid atau sering disebut grid tie system adalah sistem PLTS yang disambungkan kepada provider listrik seperti PLN. Dengan kata lain, PLTS Ongrid pada prinsipnya ialah mengurangi tagihan PLN dengan cara memberikan listrik kepada PLN dari panel surya. Digunakan alat bernama exim meter yang mengukur seberapa banyak listrik yang dihasilkan PLTS untuk disupply ke PLN. Pemasangan sistem PLTS Ongrid ini tentu perlu kerja sama dengan PLN, dan ada standar komponen yang ditetapkan oleh PLN. Keunggulannya, tidak terjadi kegagalan listrik sistem jika PLTS tidak bekerja dengan baik. Kerugiannya, mati listrik dari PLN di malam hari ya tidak bisa dipakai.


7. Pengaman Sistem Kelistrikan
Secara umum, digunakan dua buah jenis pengaman yaitu circuit breaker dan fuse. Keduanya ialah sekring yang akan memutuskan rangkaian jika arus yang mengalir di rangkaian melebihi batas wajar. Fuse merupakan sekring yang akan putus dan rusak ketika arus melebihi batas wajar. Jika fuse rusak maka perlu diganti. Harga fuse cukup murah, sekitar Rp3.000 sampai  Rp60.000 untuk kapasitas arus yang besar dan DC. Di lain pihak, circuit breaker bekerja ibarat saklar yang otomatis memutus rangkaian ketika arus melebihi batas wajarnya. Jadi, circuit breaker tidak perlu diganti setelah ada kejadian arus yang tidak wajar, hanya perlu menyambungkan rangkaian dengan cara seperti menyalakan lampu dengan saklar.

Kalau kita melihat sekring yang ada di rumah, itu merupakan salah satu jenis circuit breaker yang umum, yaitu MCB (Miniature Circuit Breaker). Merk MCB yang terpercaya ialah Schneider. Untuk kasus pengaman, jangan sekali-kali mengutamakan harga murah daripada kualitas. Arus tak terkendali yang mengalir di sistem kelistrikan bisa berdampak sangat buruk. Mulai dari bisa merusak komponen listrik yang mahal seperti SCC dan inverter, sampai menimbulkan kebakaran. Harga mungkin sedikit mahal untuk MCB DC (di atas Rp500ribu), tetapi kerusakan yang akan dihadapi jika terjadi konslet pasti akan jauh lebih mahal.

Tentu, kita memilih pengaman dengan spesifikasi arus yang sesuai dengan sistem kita. Satu hal yang perlu diperhatikan ialah fuse/breaker AC berbeda dengan fuse/breaker DC. Jangan pernah menggunakan fuse/brekaer AC untuk mengamankan sistem AC. Sistem DC yang mengandung fuse/breaker putus akan memiliki tegangan listrik yang konstan. Ketika hambatan udara tidak memadai, arus listrik bisa lompat melewati udara yang menimbulkan spark (percikan api) sehingga menimbulkan kebakaran. Fuse/brekaer DC didesain sedemikian sehingga hambatan ketika putus sangatlah besar sehingga tidak akan terjadi spark.
Image result for fuse and breaker



Dengan penjelasan yang cukup panjang di atas, aku harap pembaca bisa mengikuti ceritaku di bawah ini yang akan aku tulis berdasarkan kronologi.

Cerita Pengalaman Memasang Panel Surya

1. Mendesain Sistem PLTS yang diinginkan
Aku menggunakan flowchart di atas, yang aku pelajari dari buku tulisan Arno Smets. Pertama, aku menghitung load demand atau beban listrik yang akan digunakan di kebun. Target proyek ini hanyalah dapat menghidupkan 4 buah lampu dan 1 buah pompa air. Dengan menggunakan lampu 15 watt dan pompa air 200 watt, maka diinginkan sistem PLTS yang bisa menghasilkan daya sebesar 260W. Kemudian, dengan asumsi lampu akan digunakan 12 jam sehari (6 sore sampai 6 pagi) dan pompa akan digunakan 3 jam per hari, diperoleh energi yang dibutuhkan per harinya adalah 1.320 Wh. 

Equivalent sun hours atau penyinaran matahari di daerah yang akan kupasang sistem PLTS kuperoleh sebesar 4,84 jam penyinaran/hari. Data tersebut kuperoleh dari Renewable & Sustainable Energy Reviews Journal, 2012. Kemudian, aku mengambil asumsi efisiensi total sistem adalah 80%. Semua energi yang hilang di kabel, di konversi inverter, serta di penyimpanan baterai semua kuringkas dengan estimasi efisiensi total sistem 80%. Angka ini merupakan angka yang masuk akal karena teknologi kelistrikan saat ini bisa memiliki efisiensi di atas 98%, termasuk inverter. Jadi, 80% jelas bukan angka yang kelewat optimis.

Dari ketiga hal tersebut, aku bisa menentukan PV array atau panel surya yang kubutuhkan, yaitu 341 Wp. Karena harga panel surya 50 Wp dengan 100Wp hanya selisih sedikit, kuputuskan untuk membeli 4 buah panel surya 100Wp Vmpp sekitar 18 V dan Impp sekitar 6A. Aku membeli panel bermerk Greentek (produk China) karena harganya yang relatif murah dan ratingnya yang lumayan baik di review-review yang ada. Jika ada budget yang berlebih, tentu akan lebih baik membeli produk Eropa yang lebih reliable. 

Kemudian, aku ingin membuat sistem PLTS dengan tegangan yang setinggi mungkin agar arusnya seminimal mungkin. Vmpp 18 Volt artinya sistem akan menggunakan tegangan 12 V, yaitu di bawah Vmpp. Kalau aku merangkai semua panel secara seri, aku akan memperoleh Vmpp sekitar 72 V, yang berarti aku bisa menggunakan sistem 48 V atau di atasnya. Namun, setelah melihat-lihat di toko online maupun offline, sulit menemukan orang yang menjual komponen untuk sistem PLTS di atas 24 V. Jadi, kuputuskan akan menggunakan sistem PLTS sebbesar 24 V. Aku akan merangkai seri dua buah panel sebanyak dua kali, kemudian pasangan seri tersebut kuparalel dan akan kuperoleh sistem PLTS dengan tegangan 24 V.

Setelah panel surya, aku memilih SCC MPPT yang memiliki arus maksimal 40A. Memang sih dengan konfigurasi penggabungan panel surya yang kutentukan tadi, arus maksimal yang dapat mengalir melalui sistem kurang dari 20A. Namun, aku sengaja memilih yang 40A karena baik untuk menambahkan estimasi arus maksimal yang mengalir. Ditambah lagi, dengan arus maksimal 40A maka tidak ada masalah jika suatu saat aku ingin mengupgrade Wp panel surya yang terpasang. Aku mengambil SCC MPPT dengan merk EPEVER dengan kapasitas arus maksimal 40A.

Selanjutnya ialah days of autonomy, yaitu banyaknya hari sistem PLTS dapat bekerja ketika terjadi mendung sepanjang hari. Pada umumnya, mendung tidak akan terjadi dua hari penuh jadi aku mengambil angka 2 hari. Aku ingin membuat sistem PLTS dapat menyalakan lampu dan pompa dengan normal walaupun terjadi mendung selama dua hari penuh. 

Setelah menentukan days of autonomy dan memiliki informasi tentang energi per hari yang ingin digunakan, aku bisa menentukan kapasitas baterai yang kuinginkan. Kebanyakan accu yang dijual memiliki tegangan 12V, artinya aku akan menggunakan dua buah accu kemudian kupasang seri sehingga menjadi 24V. Mengasumsikan depth of discharge sebesar 60%, aku memperoleh nilai kapasitas yang kubuthkan sebesar 200Ah. Aku membeli dua buah accu 12 V 200 Ah dari toko di dekat rumahku, dengan merk Globatt.

Setelah itu, dari daya maksimum sistem sebesar 260 W, aku pikir sangatlah aman untuk menggunakan inverter 500W PSW. Jadi, aku membeli dari tokopedia inverter PSW 500 W dengan input 24V dan output 220 V AC 50 Hz. 

Setelah semua komponen dipilih dan dibeli, aku perlu melihat tempat pemasangan yang tepat. Karena panel surya bekerja dari sinar matahari, tentu dibutuhkan tempat yang sama sekali tidak terhalang rumah ataupun pohon sehingga bisa mendapat penyinaran yang maksimal. Tantangan utamanya saat itu ialah lokasinya adalah kebun. Literally kebun. Penuh dengan pohon-pohon yang tingginya di atas 5 m dan daunnya lebat, sehingga sama sekali tidak feasible untuk memasang panel surya di dalam kebun. Jadi, setelah melihat sekitar kebun, kami memutuskan untuk memasang panel suryanya di halaman gudang keluarga, menggunakan tiang 5 m yang ditempelkan ke tembok. Tiang ini ditempelkan ke tembok karena berat panel surya cukup besar sehingga sangat tidak aman jika menggunakan tiang yang berdiri sendiri, terutama jika tiangnya kecil. Spesifikasi mendetail tentang tiang seperti diameter tiang, tinggi tiang yang pas, serta desain untuk memasang panel surya di atas tiang didiskusikan bersama tukang las.

Beberapa komponen lain seperti fuse, breaker, dan kabel dibeli sesuai kebutuhan. Sedikit catatan mengenai kabel. Karena arus yang mengalir pada sistem PV sebelum melewati inverter cukup besar, maka diperlukan kabel yang besar juga untuk menghindari panas. Kalau normalnya listrik rumah menggunakan kabel dengan diameter 1,5 , maka kali ini aku menggunakan kabel diameter 2,5. Ada banyak standar diameter kabel seperti misalnya bisa dilihat di sini. Semakin luas diameter harganya semakin mahal sih, tetapi memang perlu untuk menghindari panas atau yang paling parah, kebakaran. 

Yaps itu gambar panel surya yang sudah diantar setelah memesan di bukalapak. Untuk yang tertarik, rRancangan keuangan awal sebelum membeli semua alat dan catatan pengeluaran selama proyek ada di sini. Pada awalnya, aku merencanakan untuk menghabiskan sekitar 13juta, tetapi pada akhirnya menghabiskan hampir 18juta. Dana yang membengkak tersebut utamanya disebabkan utamanya komponen-komponen yang salah beli seperti inverter (akan kuceritakan nanti), serta barang-barang di luar rencana seperti tiang dan krangkeng pelindung dari pencuri. Dari mana uang tersebut? Dari jual mobil, hehe.

2. Memasang sistem PLTS yang Direncanakan
Karena kebetulan keluargaku mempekerjakan tukang untuk segala proyek keluarga, maka segala urusan di lapangan dikerjakan oleh tukang. Aku sangat terbantu. Sebagai tukang, mereka bisa melakukan hal-hal mendasar seperti mengupas kabel, menyabungkan kabel, memasang mur dan baut, sekrup, dsb. Jadi, aku menjelaskan desain sistem PLTSku kepada mereka, kemudian memberi arahan apa yang dilakukan hari ini, apa yang dilakukan besok, serta mengawasi pekerjaan mereka. Aku tidak mau sampai ada kesalahan konyol seperti pemasangan kabel yang kebalik kutub positif dan negatifnya. Sebagai tukang mereka memang ahli di lapangan, tetapi tidak paham sama sekali hal-hal teknis seperti tegangan dan arus. Yang mereka tahu adalah adanya setrum atau tidak. Namun, aku sangat terbantu karena aku sendiri lumayan malas mengupas kabel, menyambung kabel, mengangkat-angkat accu, dan yang paling penting: mendirikan tiang dengan panel surya. Berat. Aku tak kuat. Biar mereka saja.

Tahap pertama ialah mengetes semua peralatan. Lumayan lucu karena beberapa tetangga ikut menonton ketika kami merangkai semua peralatan yang ada. Kami memasang semua komponen di atas halaman rumah, dan hasilnya baik. Semua komponen bekerja sebagaimana mestinya dan outputnya sesuai dengan rencana. 220 V AC, 50 Hz. Normal.

Tahap kedua ialah memasangnya dengan benar. Yang pertama dipasang ialah panel surya, karena memang itu yang paling sulit dipasang. Perlu menggunakan tiang dan perlu tenaga orang banyak, kemudian mengecor tiangnya ke tanah. Sejujurnya aku cukup takut melihat tukang yang menaiki tiang yang sudah berdiri untuk merangkai kabel sesuai komandoku, yaitu memasang dua pasang seri kemudian diparalel. Dia sama sekali tidak menggunakan pengaman dan tinggi tiangnya literally 5 m. Yah sudahlah. Pada akhirnya tidak terjadi hal-hal yang tidak diinginkan. Setelah accu, kami memasang MCB, fuse, SCC, dan inverter di dinding luar gudang. Ohya, berkat saran ayahku, kami juga memesan krangkeng dari tukang las untuk mengamankan barang-barang tersebut. Kemudian, kami menaruh accu di dalam gudang. Setelah semuanya terpasang, dicobalah output dari inverter. Sesuai dengan rencana. Tegangan rumah! 220V AC, 50 Hz. Kami juga sudah mencoba menyalakan lampu dan lampunya menyala.


Krangkeng berisi MCB, fuse, SCC, dan inverter.

Pemasangan inverter ke tembok oleh Pak Martidjo, tukang

Penampakan panel surya dari bawah


Penampakan panel surya, krangkeng, dan gudang dari samping.

Wow. Jadi energi matahari benar-benar bisa diubah menjadi listrik dan digunakan! Aku kagum karena sebelumnya aku hanya mempelajari dari buku dan video tanpa melihat secara langsung. Aku sudah puas dengan semua itu dan keesokan harinya aku kembali ke Bandung untuk melanjutkan kuliah.

3. Menghadapi Masalah Pompa dan Inverter
Beberapa hari setelah tiba di Bandung, aku mendapat kabar dari rumah bahwa pompa airnya tidak bisa dipakai. Ketika pompa air dinyalakan, inverter akan berhenti bekerja dan perlu dihidupkan kembali agar kembali bekerja. Ini adalah masalah yang sama sekali di luar dugaanku. Aku sudah menghitung dengan pelan-pelan penuh ketelitian, bahwa daya total beban maksimum hanyalah 260 W. Aku telah memilih inverter dengan daya 500 W. Seharusnya tidak ada masalah! Aku jelas ingin menuduh pompanya. Pasti pompanya tidak beres. Namun, keluargaku bercerita pompa itu dapat dihidupkan dengan listrik dari PLN. WTF?

Seteleh berkonsultasi di group facebook PPLSA aku menemukan jawabannya. Pompa listrik menggunakan daya start sekitar 3-5 kali daya operational-nya. Anjir. Aku sama sekali tidak menduga. Sebenarnya di kuliah aku pernah mendapatkan materi menganai motor listrik, yang memang memerlukan daya start yang tinggi. Namun, sama sekali tidak terpikirkan bahwa pompa air menggunakan motor listrik. Satu-satunya hal yang terpikir saat mendesain sistem PLTS ialah bebannya sudah memiliki spesifikasi yang jelas, dan aku cukup menghitungnya secara normal.  Yahsudahlah. Solusinya cukup trivial. Ganti inverternya dengan inverter berkapasitas lebih dari 1000W.

Aku meminta tolong kepada adikku untuk membelinya. Dia berhasil membelinya, inverter 1200W. Tapi, setelah dicoba, tidak berhasil juga! WTF!!?? Rupanya, ia membeli inverter tipe MSW. Aku sebelumnya sudah pesan untuk beli yang PSW, tetapi aku tidak memperhatikan dengan teliti barang yang dia tunjukkan sebelum dia beli sehingga aku tidak melihat bahwa itu inverter MSW. Motor listrik merupakan peralatan listrik yang membutuhkan input yang tepat. Ia tidak bisa berjalan menggunakan listrik MSW. Jadi, masalah belum selesai.


Inverter 1200W, tapi MSW jadi gagal lagi.

Selanjutnya aku membeli sendiri inverter 1000 W dari salah satu anggota group facebook PPLSA, karena harganya yang murah. Dari rata-rata inverter 1000W yang dijual seharga Rp2,5juta ke atas, orang itu menjual dengan harga Rp1,8juta. Namun, perlu PO 2 minggu karena stoknya sedang kosong. Oke no problem. Tidak ada gunanya buru-buru. Setelah 2 minggu berlalu, inverter sampai di rumah dan adikku yang saat ini kelas 6 SD menggantikanku memimpin tukang-tukang memasang inverter, haha mantap. Aku memang minta tolong adikku karena ia yang paling paham di rumah mengenai listrik. Ibuku? Orang peternakan. Ayahku? Lebih parah, orang ekonomi :v Adikku on the other hand menonton kegiatanku memberi komando dan mengawasi para tukang, jadi bisa sekalian belajar. Selain itu, aku juga mendesain sistem PLTS dan membeli barang-barang bersamanya. Aku yang memutuskan dan dia yang mengeksekusi. Jadinya aku memang banyak belajar dari proyek ini, tapi dia juga gak kalah banyak belajar, hehe.

 
Inverter 1000W PSW sudah sampai.

Lalu, setelah dicoba, terjadi hal yang aneh. Pompa sempat menyala selama beberapa detik, kemudian mati. Kemudian, inverter tidak bisa dinyalakan lagi. Dia dengan pintar mengambil kesimpulan fusenya putus. Dia coba ganti 4 kali dan terjadi hal yang sama. Pompa menyala beberapa detik lalu mati. Masalahnya jelas, fusenya putus. Saat itu, fuse yang digunakan ialah fuse 16A. Artinya, memang benar dugaan awal bahwa permasalahannya ialah pompa air memerlukan daya start yang tinggi sehingga menarik arus yang besar saat dinyalakan. Lalu, aku mengusulkan solusi mengganti fusenya dengan yang 60 A. Jelas tidak akan putus hanya untuk pompa, pikirku. Namun, terjadi hal yang lebih aneh lagi (tapi menarik). Lampu fault pada inverternya menyala ketika inverter hendak dinyalakan. Artinya, either terjadi overload atau terjadi shortcircuit. Dua-duanya bagiku sama-sama kemungkinan yang tidak masuk akal. Mana mungkin overload atau shortcircuit ketika bahkan bebannya belum dipasang? Namun, fuse 16 A tidak menunjukkan masalah itu. Artinya, ada yang tidak beres dengan fusenya. Fuse 16 A putus, 60 A tidak beres. WTF??

Kemudian, adikku mengusulkan untuk menyambungkan inverter langsung menuju ke accu, tidak melalui SCC. Dia berpikir mungkin ada suatu kesalahan di SCC-nya. Aku sama sekali tidak memikirkan hal tersebut, karena dari buku Smets yang kupelajari sebelumnya, diagramnya jelas menunjukkan inverter disambungkan ke SCC. Namun, setelah aku mengecek manual SCC yang kugunakan, ternyata diagramnya memang menunjukkan inverter disambungkan langsung ke baterai. Load dari SCC digunakan untuk beban-beban DC. Namun, aku tak yakin hanya dari manual. Setelah aku membaca berbagai artikel dan forum di internet, aku memperoleh ilmu baru lagi. Banyak charge controller yang didesain untuk mengoptimalkan output panel surya dan merawat baterai. SCC tersebut sama sekali tidak diperuntukkan untuk load yang AC melalui inverter. Jadi, setelah membaca berbagai sumber tersebut, aku iyakan usulan adikku. Hasilnya?

Inverter bekerja. Output 220 V AC 50 Hz kembali diperoleh. Lampu bisa dinyalakan. Namun, seperti biasa. Masalah satu selesai, muncul masalah lain. Kali ini pompanya tidak mau start. Jadi total sudah ada berapa masalah? Entah, tapi tidak apa. Dengan runtutan masalah seperti ini aku jadi terbiasa menghandle masalah dengan tenang. Setelah kupikir-pikir, aku minta tolong adikku untuk mengecek tegangan listrik di kebun, terutama yang menyambung ke pompa. Dia memperoleh hasil pengukuran di bawah 180V. Banyak sekali dropnya. Awalnya aku pikir ada masalah pada transmisi listrik melalui kabel ataupun MCB yang menimbulkan voltage drop, tetapi kemudian tiba-tiba aku tersadar. Bagaimana cara adikku mengukur tegangan tersebut? Jawaban dia ialah, ia mengukur kabel yang dikelupas dari saklar ke dalam pompa. Artinya, tegangan tersebut diukur dalam keadaan pompanya on dan listrik menyambung ke pompa. Aku langsung curiga ini bukan lagi masalah inverter. Voltage drop yang signifikan ini mungkin masalah pompa.

Lalu, aku perintahkan tukang (melalui adikku) untuk melepas kabel tersebut dari pompa dan mengukur tegangan listrik kabelnya. Benar saja. Outputnya normal, 220V AC. Hampir pasti, ini masalah pompa. Lalu aku perintahkan tukang untuk mencoba kembali pompanya dengan listrik PLN. Dan benar saja, memang pompanya yang bermasalah. Setelah pompanya dibereskan, keesokan harinya mereka mencoba lagi sistem PLTS tersebut untuk menyalakan pompa. Hasilnya?

Alhamdulillah, akhirnya pompa bisa berjalan dengan lancar. Dengan begitu, selesai pula WSolar Project ini. Pengalaman pertamaku mendesain dan memasang panel surya untuk ayahku, bersama dengan adikku dan tukang-tukang yang mengerjakan semua dengan baik.

NB. Ini honestly banyak cerita yang aku skip.
NB.#2 Kalo ada yang mau ditanyain, komen aja.
NB. #3 Lets make this world a better place!

19 comments:

  1. This comment has been removed by the author.

    ReplyDelete
  2. That was awesome story. Try to use Power wall 2 instead of lead acid battery.

    ReplyDelete
    Replies
    1. Thankyou. Yeah, should try it if got some amount of money.

      Delete
  3. Perasaan pertama kali pompanya bisa pakai listrik pln, trus ujung2nya kok bisa pompanya error??

    ReplyDelete
    Replies
    1. Nampaknya karena diberi listrik yang dayanya kurang (dari PLTS), pompanya error.

      Delete
  4. Kalau misal di panel.. Scc sama batre nya 24v... Bisa gak pake inverter 12v.

    ReplyDelete
  5. artikel yang bagus.. makasih sharingnya

    ReplyDelete
  6. Menarik...saya pelajari lagi artikel ini, sukses selalu pak

    ReplyDelete
  7. Klo baterai tdk mengisi solusinya gmn ya

    ReplyDelete
  8. Info Contact dong Gan ( klu boleh ) saya mau bikin PLTS juga nih,perlu Suhu seperti agan .

    ReplyDelete
  9. senang sekali kiranya schema terakhir dari rangkaian plts nya ditampilkan thanks b4

    ReplyDelete
  10. wah keren ini, kreatifitas nya bagus sekali..semoga makin bagus lagi kedepannnya

    ReplyDelete
  11. Luar biasa mas, pengalamannya, saya juga lagi mau siapkan PLTS rumah dan kebun buat pensiun nanti, sudah searching penyedia jasa, dengan pengalaman ini maka saya harus hitung terlebih dahulu kebutuhannya.
    Terima kasih,

    ReplyDelete
  12. ini ngga asal ngerangkai, tapi ngerangkai dan ngerti teori di tambah praktek jadi sdmpurna...
    makasih mas informasi nya

    ReplyDelete
  13. Keren abis ampe beli buku n kuliah online.

    Btw, kasusnya sama.
    Plan diangka 15jtan.
    Skrng udah 25jtan.
    Dan masih kurang pvnya.
    Haha
    Tp bikin sendiri memang lebih bnyak ilmunya, dan tentu saja jauh lebih murah drpda terima jadi.

    ReplyDelete
  14. mantab bang,

    semua artikel ini saya copas, lalu saya print buat saya pelajari di waktu senggang karena banyaknya,
    jadi saya izin disini dulu ya,
    izin copas

    salam penghematan energi!

    ReplyDelete
  15. ini keren sekali artikelnya.. kalau bahasagame ini artikelnya first person shooter XD..
    wahh ane jadi tertarik bgt bwt bikin ini plts.. ane kira cukup ya 5 jta ternyata kurang XD harus ngumpul ngumpul dulu uangnya.. btw kalau boleh minta kontaknya dong gan.. mau sharing sharing hehehe.. sukses selalu gan..

    ReplyDelete