JURNAL TEKNIK TENAGA LISTRIK

METODE PENGATURAN PENGGUNAAN TENAGA LISTRIK DALAM UPAYA PENGHEMATAN BAHAN BAKAR PEMBANGKIT DAN ENERGI
Muhamad Yusuf Hidayatullah
Jurusan Teknik Industri – Fakultas Teknologi Industri, Depok
Email: yusufiken@gmail.com


Abstrak
Dalam pengoperasian sistem tenaga listrik harus selalu diusahakan agar daya yang dibangkitkan sama dengan permintaan daya sistem. Pengaturan pembangkitan untuk memenuhi permintaan tenaga listrik, disusun menurut prioritas, yaitu pembangkit dengan biaya bahan bakar paling murah ditempatkan untuk mendukung beban dasar, sedangkan pembangkit yang tidak efektif digunakan untuk mendukung waktu beban puncak.
Pengaturan penggunaan tenaga listrik adalah program pengaturan waktu dan besaran pemakaian tenaga listrik agar diperoleh pemakai an yang efisien dan hemat. Pengaturan dilakukan dengan menurunkan atau menghemat tenaga listrik, pemangkasan beban puncak dan pengalihan beban dari waktu beban puncak (WBP) ke luar waktu beban puncak (LWBP), sehingga suplai pembangkit yang tidak efisien bahan bakarnya dapat berkurang. Metoda pengaturan pemakaian tenaga listrik dari sisi pengguna adalah high efficiency lighting, improved refrigerators, improved air conditioning, improved motors, penggunaan tenaga listrik pada luar waktu beban puncak, energy management audits, efficient new construction. pelaksanaan metoda tersebut perlu dilakukan sosialisasi ke konsumen tenaga listrik. penghematan yang diperoleh dapat digunakan untuk menunda rencana pembangunan sistem tenaga listrik yang disebabkan pertumbuhan permintaan tenaga listrik, pemenuhan permintaan calon pelanggan tenaga listrik dan menurunkan pembayaran rekening listrik.
Kata kunci: tenaga listrik, arus bolak-balik (AC), energi.


I. PENDAHULUAN
Menurut jenis arusnya, sistem tenaga listrik dikenal dengan sistem arus bolak-balik (AC) dan sistem arus searah (DC). Pada sistem AC, penaikkan dan penurunan tegangan, medan magnet putarnya mudah dilakukan. Maka berdasarkan kemudahan tersebut, hampir di seluruh dunia menggunakan sistem tenaga listrik AC, walaupun sistem DC juga mulai dikembangkan dengan pertimbangan pertimbangan tertentu. Sementara sistem AC tidak dapat disimpan, sehingga dalam memenuhi permintaan konsumen, pusat listrik harus dioperasikan sesuai dengan permintaan konsumen yang berubah dari waktu ke waktu.
Sistem tenaga listrik dibangkitkan dalam pusatpusat listrik dan disalurkan ke konsumen melalui jaringan saluran tenaga listrik. Mesin-mesin pembangkit pada pusat-pusat listrik, menggunakan bahan bakar yang berbeda-beda dengan kapasitas yang berlainan pula. Sehingga dalam pengoperasian mesin pembangkit perlu direncanakan seoptimal mungkin agar diperoleh biaya bahan bakar yang hemat namun mutu dan keandalan tetap terjaga.
Listrik merupakan bentuk energi yang paling cocok dan nyaman bagi manusia modern. Makin bertambahnya konsumsi listrik per kapita di seluruh dunia menunjukkan kenaikkan standar kehidupan manusia. Dengan pertumbuhan permintaan tenaga listrik, maka harus direncanakan pembangunan pusatpusat listrik baru, atau menciptakan bentuk-bentuk energi baru untuk mendukungnya; apabila kapasitas pusat listrik yang ada pada saat ini tidak cukup mendukungnya. Pembangunan tenaga listrik memerlukan dana yang besar dan waktu yang lama, selain juga pertimbangan-pertimbangan politis, ketersediaan bahan bakar dan sumber daya manusianya.
Untuk dapat dicapai tujuan yang seimbang antara pemenuhan kebutuhan pada saat sekarang maupun pertumbuhan permintaan tenaga listrik dan penyediaannya, dilakukan penghematan baik dari sisi penyedia listrik maupun dari sisi pengguna tenaga listrik. Metoda penghematan dan pengaturan penyedian tenaga listrik dibahas dalam tulisan ini.

II. PROSES PENYAMPAIAN TENAGA LISTRIK
Karena berbagai persoalan teknis, tenaga listrik hanya dibangkitkan pada tempat-tempat tertentu saja. Sedangkan pemakai tenaga listrik atau pelanggan tenaga listrik tersebar dibelbagai tempat, maka penyampaiain tenaga listrik dari tempat dibangkitkan sampai ke tempat pelanggan memerlukan berbagai penanganan teknis. Tenaga listrik dibangkitkan dalam Pusat-pusat Listrik seperti PLTA, PLTU, PLTG, PLTP, PLTGU dan PLTD, kemudian disalurkan melalui saluran transmisi setelah terlebih dahulu dinaikkan tegangannya oleh transformator penaik tegangan yang ada dipusat listrik. Saluran tegangan tinggi di Indonesia mem punyai tegangan 150 kV yang disebut sebagai Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) dan tegangan 500 kV yang disebut sebagai Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET). Saluran transmisi ada yang berupa saluran udara dan ada pula yang berupa kabel tanah. Karena saluran udara harganya jauh lebih murah dibandingkan dengan kabel tanah, maka saluran transamisi kebanyakkan berupa saluran udara. Kerugian saluran transmisi menggunakan kabel udara adalah adanya gangguan petir., kena pohon dan lainlain.
Setelah tenaga listrik disalurkan melalui saluran transmisi, maka sampailah tenaga listrik di Gardu Induk (GI) untuk diturunkan tegangannya melalui transfor mator penurun tegangan menjadi tegangan menengah atau yang juga disebut tegangan distribusi primer. Tegangan distribusi primer yang digunakan pada saat ini adalah tegangan 20 kV. Jaringan setelah keluar dari GI disebut jaringan distribusi, sedangkan jaringan antara Pusat Listrik dengan GI disebut jaringan transmisi. Setelah tenaga listrik disalurkan melalui jaringan distribusi primer, maka kemudian tenaga listrik diturunkan tegangannya dalam gardugardu distribusi menjadi tegangan rendah dengan tegangan 380/220 Volt, kemudian disalurkan melalui Jaringan Tegangan Rendah untuk selanjutnya disalurkan ke rumah-rumah pelanggan (konsumen) melalui Sambungan Rumah. Dalam praktek karena luasnya jaringan distribusi, sehingga diperlukan banyak transformator distribusi, maka Gardu Distribusi seringkali disederhanakan menjadi
transformator tiang. Pelanggan yang mempunyai daya tersambung besar tidak dapat disambung melalui Jaringan Tegangan Rendah, melainkan disambung langsung pada Jaringan Tegangan Menengah, bahkan ada pula yang disambung pada jaringan Transmisi Tegangan Tinggi, tergantung besarnya daya tersambung.
Setelah tenaga listrik melalui Jaringan Tegangan Menengah (JTM), Jaringan Tegangan Rendah (JTR) dan Sambungan Rumah, maka tenaga listrik selanjutnya melalui alat pembatas daya dan KWH meter. Dari uraian tersebut, dapat dimengerti bahwa besar kecilnya konsumsi tenaga listrik ditentukan sepenuhnya oleh para pelanggan, yaitu tergantung bagaimana para pelanggan akan menggunakan alatalat listriknya, yang harus diikuti besarnya suplai tenaga listrik dari Pusat-pusat Listrik. Proses penyampaian tenag a listrik dari Pusat-pusat Listrik ditunjukkan dalam Gambar 1.


Gambar 1. Proses penyampaian tenaga listrik

III. PEMAKAIAN TENAGA LISTRIK
Pemakaian tenaga listrik oleh konsumen berubah-ubah setiap waktu, maka Pusat-pusat Listrik membangkitkan daya sesuai dengan permintaan yang berubah-ubah tersebut. Perubahan beban dan perubahan pembangkitan daya juga menyebabkan aliran daya dalam saluran-saluran transmisi berubahubah sepanjang waktu. Apabila daya nyata yang dibangkitkan oleh Pusat-pusat Listrik lebih kecil daripada daya yang dibutuhkan oleh para pelanggan, maka frekuensi akan turun, sebaliknya apabila lebih besar, frekuensi akan naik. Pusat Listrik berkew ajiban menyediakan tenaga listrik yang frekuensinya tidak menyimpang dari 50 Hertz.
Penyediaan tenaga listrik diupayakan dengan biaya serendah mungkin dengan tetap menjaga mutu dan keandalan. Dalam proses penyediaan tenaga listrik tidak dapat dihindarkan timbulnya rugi-rugi dalam jaringan disamping adanya tenaga listrik yang
harus disisihkan untuk pemakaian sendiri. Proses pembangkitan tenaga listrik dalam Pusat-pusat Listrik Thermis memerlukan biaya bahan bakar yang lebih mahal daripada Pusat-pusat Listrik dengan menggunakan tenaga air. Biaya bahan bakar serta rugi-rugi dalam jaringan merupakan faktor-faktor yang harus ditekan agar menjadi sekecil mungkin dengan tetap memperhatikan mutu dan keandalan.
Mutu dan keandalan tenaga listrik tidak sematamata merupakan masalah operasi sistem tenaga listrik, tetapi erat kaitannya dengan pemeliharaan instalasi tenaga listrik dan juga erat kaitannya dengan masalah pengembangan sistem tenaga listrik, mengingat bahwa konsumsi tenaga listrik oleh pelanggan selalu bertambah dari waktu ke waktu. Oleh karenanya hasil-hasil operasi sistem tenaga listrik perlu dianalisa dan dievaluasi untuk menjadi masukan dalam perencanaan pengembangan tenaga listrik. Mutu tenaga listrik yang baik merupakan kendala (constrain) terhadap biaya pengadaan tenaga listrik yang serendah mungkin, maka kompromi antara kedua hal ini perlu direncanakan dengan optimal. Salah satu data operasi sistem tenaga listrik adalah kecenderungan pemakaian tenaga listrik konsumen dari menit ke menit yang dituangkan dalam bentuk kurva, digunakan untuk menentukan kesiapan pusat-pusat listrik beroperasi mensuplai tenaga listrik ke dalam sistem. Contoh kurva pemakaian tenaga listrik oleh konsumen ditunjukkan dalam Gambar 2 dan Gambar 3.


Gambar 2. Kurva beban pemakai tenaga listrik selama satu minggu

Dari Gambar 2 dan 3 dapat diambil kesimpulan mengenai beban sistem sebagai berikut :
1. Beban puncak selalu terjadi di sekitar jam 19.00, yaitu pada malam hari. Ini berarti bahwa pemakaian tenaga listrik untuk keperluan penerangan masih lebih banyak dibandingkan pemakaian tenaga listrik untuk keperluan industri.
2. Pada pagi hari sekitar jam 05.00 selalu ada kenaikkan beban sebentar yang kemudian diikuti dengan penurunan beban pada sekitar jam 06.00 pagi. Hal ini disebabkan karena sekitar jam 05.00 pagi para pemakai tenaga listrik telah bangun, menyalakan lampu untuk sembahyang dan melakukan persiapan-persiapan untuk bekerja. Setelah matahari terbit, kira-kira jam 06.00, lampu-lampu dimatikan dan beban turun.
3. Beban terendah terjadi untuk setiap hari antara jam 06.00 dan jam 07.30 karena pada saat ini lampu-lampu sudah dimatikan tetapi belum ada kegiatan yang menambah pemakaian tenaga listrik dalam masyarakat.


Gambar 3. Perbandingan pemakaian tenaga listrik dari hari ke hari

4. Untuk hari Minggu dan hari Libur saat terjadinya beban terendah ini lebih siang, lebih kekanan seperti tampak pada Gambar 3, disebabkan karena kegiatan masyarakat yang memerlukan tambahan tenaga listrik terjadi lebih siang pada hari-hari Minggu dan Libur dibandingkan pada hari-hari kerja. Untuk hari Senin seperti ditunjukkan Gambar 2, nampak bahwa nilai beban terendah ini adalah paling rendah dibandingkan hari-hari kerja lainnya, hal ini mungkin disebabkan karena masih adanya pengaruh week end terhadap kegiatan pemakaian tenaga listrik oleh masyarakat.
5. Beban hari Sabtu untuk setiap jam yang sama adalah lebih rendah daripada untuk hari kerja lainnya. Hal ini disebabkan karena adanya perusahaan-perusahaan yang tidak bekerja pada hari Sabtu.
6. Beban hari Minggu untuk setiap jam yang sama adalah lebih rendah daripada beban hari kerja (termasuk hari Sabtu), hal ini disebabkan karena sebagian besar perusahaan tidak bekerja pada
hari Minggu.
7. Beban hari Libur khusus seperti hari raya Idul fitri dan Tahun Baru untuk jam yang sama adalah lebih rendah daripada beban hari Minggu. Hal ini disebabkan karena tidak adanya siaran televisi di siang hari Libur dan juga oleh karena pada kedua hari libur tersebut diatas kegiatan pemakaian tenaga listrik oleh para pemakai adalah paling rendah.
8. Dari pengamatan operasi dapat disampaikan halhal yang mempengaruhi beban harian sistem yaitu :
a. Beban sistem banyak dipengaruhi penggunaan peralatan informatik yang menarik perhatian masyarakat, misalnya televisi, internet dan lain-lain.
b. Beban sistem juga dipengaruhi oleh suhu udara, dimana makin tinggi suhu udara maka makin tinggi beban sistem yang dikonsumsi oleh penyejuk udara.
c. Dari Gambar 2 dan 3 nampak bahwa pemakaian tenaga listrik erat kaitannya dengan kegiatan masyarakat.
d. Karakteristik beban sistem seperti ditunjukkan dalam gambar, perlu diamati secara terus menerus, sehingga dapat dilakukan berbagai evaluasi mengenai masalah operasi sistem untuk masa-masa yang akan datang dan dapat diusulkan langkah-langkah preventif yang perlu diambil.

IV. PENGATURAN PEMBANGKITAN TENAGA LISTRIK
Beban sistem tenaga listrik merupakan pemakaian tenaga listrik dari para pelanggan listrik. Oleh karenanya besar kecilnya beban beserta perubahannya tergantung kepada kebutuhan para pelanggan akan tenaga listrik. Dalam pengoperasian sistem tenaga listrik harus selalu diusahakan agar daya yang dibangkitkan sama dengan beban sistem. Maka setelah diketahui kecenderungan pemakaian tenaga listrik seperti ditunjukkan dalam Gambar 2 dan 3, disusun unit-unit pembangkit yang harus melayani permintaan beban.
Pengaturan pembangkitan pada umumnya didasarkan pada biaya bahan bakar per kilowatt jam yang digunakan oleh mesin pemmbangkit energi listrik, sebab biaya bahan bakar merupakan biaya terbesar dalam pembangkitan energi listrik. Oleh karenanya diperlukan suatu cara untuk menghitung biaya bahan bakar yang diperlukan dalam pengoperasian sistem tenaga listrik untuk kurun waktu tertentu. Untuk dapat menetukan susunan pengoperasian pembangkit, kurva beban harian seperti ditunjukkan dalam Gambar 2 dan 3 diubah menjadi kurva lama beban yang menunjukkan hubungan kemampuan mensuplai daya (watt) dengan lama waktu kemapuan melayani (tahun) seperti ditunjukkan dalam Gambar 4. Unit-unit pembangkit diurut menurut urutan prioritas mulai dari yang termurah biaya bahan bakarnya, dipartisipasikan dalam memenuhi beban sistem. Dalam Gambar 4 dimisalkan beban dasar segmen OABC (Unit 1) didukung oleh PLTA, segmen ADEB (Unit 2) didukung oleh PLTU Batubara, segmen DGFE (Unit 3) PLTU Gas, dan segmen terakhir (Unit 4) didukung PLTP dan pembangkit kecil-kecil dengan bahan bakar minyak yang lebih mahal per kWhnya, seperti pembangkit listrik diesel.


Gambar 4. Kurva Lama Beban.

V. PENGATURAN PEMAKAIAN TENAGA LISTRIK
Pengaturan pemakaian energi listrik pada dasarnya adalah suatu kegiatan masyarakat pelanggan listrik untuk mengubah perilaku agar menggunakan tenaga listrik secara efisien, baik besaran maupun waktunya, sehingga dapat memberikan manfaat bagi pelanggan itu sendiri, perusahaan listrik, maupun masyarakat pengguna tenaga listrik pada umumnya.
A. Manfaat pengaturan pemakaian energi listrik bagi perusahaan listrik adalah :
1. Dapat mengurangi biaya bahan bakar, biaya operasi dan biaya pemeliharaan.
2. Dapat menunda pembangunan pembangkit listrik dan jaringan listrik dalam rangka memenuhi pertumbuhan permintaan tenaga listrik.
3. Dapat tetap menjaga ketersediaan pasokan tenaga listrik, karena kapasitas yang mampu melayani permintaan tenaga listrik dapat dihemat.
B. Manfaat pengaturan pemakaian energi listrik bagi pengguna tenaga listrik adalah :
1. Dapat menghindari pemadaman bergilir yang dikarenakan ketidakmampuan pusat listrik untuk mensuplai tenaga listrik sesuai permintaan. Hal ini terjadi pada saat permintaan tenaga listrik secara bersamaan pada waktu tertentu yang sering disebut sebagai waktu beban puncak.
2. Dapat menghemat sumber daya alam, dimana bahan bakar yang diproduksi dari alam dan tidak dapat diperbaharui dapat dihemat.
3. Dapat memberikan kesempatan penyediaan tenaga listrik bagi masyarakat yang belum menikmati tenaga listrik. Sebab dengan pengurangan pemakaian tenaga listrik, berarti ada sisa 49 kapasitas tersedia yang dapat disalurkan ke masyarakat yang belum menikmati tenaga listrik.
C. Sasaran pengaturan pemakaian energi listrik adalah :
1. Konservasi energi, adalah program untuk
menurunkan/menghemat pemakaian tenaga
listrik, seperti ditunjukkan dalam Gambar 5.


Gambar 5. Penurunan pemakaian tenaga listrik

2. Pemangkasan beban puncak, adalah program untuk mengurangi beban pada waktu beban puncak. Hal ini pada umumnya dilakukan untuk memperbaiki sistem pasokan/penyaluran tenaga listrik dengan pemadaman atau pengurangan beban untuk pengguna tenaga listrik bukan industri, seperti ditunjukkan dalam Gambar 6.


Gambar 6. Pemangkasan beban puncak.

3. Pengalihan beban, adalah program untuk menggeser beban dari waktu beban puncak (WBP) ke luar waktu beban puncak (LWBP), sehingga diperoleh pembebanan pada saat LWBP meningkat. Dengan demikian akan diperoleh penghematan pemakaian bahan bakar, karena pendukung beban dasar adalah pembangkit yang menggunakan bahan bakar lebih murah, seperti dianalogkan dalam Gambar 4. Pengalihan beban digambarkan dalam Gambar 7.



Gambar 7. Pengalihan beban dari WBP ke LWBP

VI. METODA PENGATURAN PEMAKAIAN TENAGA LISTRIK
A. Efisiensi penerangan
1. Gunakan lampu hemat energi.
2. Menghidupkan lampu hanya pada saat
diperlukan saja.
3. Mewarnai dinding, lantai dan langit-langit dengan warna terang, sehinga tidak membutuhkan penerangan yang berlebihan.
4. Memasang lampu penerangan dalam jarak yang tepat dengan obyek yang akan diterangi.
5. Mengatur perlengkapan rumah agar tidak menghalangi penerangan.
B. Lemari pendingin
1. Memilih lemari es dengan ukuran/kapasitas
yang sesuai.
2. Membuka pintu lemari es seperlunya, dan pada kondisi tertentu dijaga agar dapat tertutup rapat.
3. Mengisi lemari es secukupnya (tidak melebihi kapasitas)
4. Menempatkan lemari es jauh dari sumber panas, seperti sinar matahari, kompor.
5. Meletakkan lemari es minimal 15 cm dari
dinding/tembok rumah.
6. Tidak memasukkan makanan/minuman yang masih panas ke dalam lemari es.
7. Membersihkan kondensor (terletak di belakang lemari es) secara teratur dari debu dan kotoran, agar proses pelepasan panas berjalan baik.
8. Mengatur suhu lemari es sesuai kebutuhan karena semakin rendah/dingin temperatur, semakin banyak konsumsi energi listrik.
9. Mematikan lemari es bila tidak digunakan dalam waktu lama.
C. Pengatur suhu udara (AC)
1. Memilih AC hemat energi dan daya yang sesuai dengan besarnya ruangan.
2. Mematikan AC bila ruangan tidak digunakan.
3. Mengatur suhu ruangan secukupnya, tidak
menyetel AC terlalu dingin.
4. Menutup pintu, jendela dan ventilasi ruangan agar udara panas dari luar tidak masuk. 5. Menempatkan AC sejauh mungkin dari sinar matahari lansung agar efek pendingin tidak berkurang.
6. Membersihkan saringan (filter) udara dengan teratur.
D. Motor-motor
1. Memilih motor sesuai dengan kegunaan dan kapasitas.
2. Menentukan seting tegangan yang tidak berlebihan. Untuk motor dengan range tegangan 380 V sampai dengan 400 V, sebaiknya di set pada tegangan 380 ~ 385 V. 3. Memilih motor-motor yang mampu mengontrol penyerapan daya listrik sesuai dengan beban. Motor elevator dengan muatan 9 orang, dipilih yang mampu menyerap daya kurang dari spesifikasi maksimum apabila penumpang kurang dari 9 orang.
4. Melakukan pemeriksaan terjadwal agar motor berfungsi sesuai dengan spesifikasinya.
E. Pemakaian tenaga listrik pada beban puncak
Penyerapan daya listrik seperti pada Gambar 8, kalau memungkin disebar pada luar waktu beban puncak, sehingga mengurangi pengoperasian pembangkit yang tidak efisien seperti ditunjukkan dalam Gambar 7.


Gambar 8. Kurva beban industri

F. Audit energi
Menghitung besarnya konsumsi energi listrik pada bangunan gedung dan mengenali cara-cara untuk penghematannya.
G. Konstruksi bangunan yang efisien
Dalam rekayasa bangunan gedung diupayakan semaksimal mungkin agar ef isiensi penerangan, efisiensi pengaturan suhu udara, pengaturan instalasi listrik, dapat dimaksimalkan. Motor-motor produksi sedapat mungkin dekat dengan pusat listrik (transformator).

VII. KESIMPULAN
Pelaksanaan metoda tersebut perlu dilakukan sosialisasi ke konsumen tenaga listrik, dan diharapkan dengan pengaturan penggunaan tenaga listrik, membuat masyarakat pengguna tenaga listrik makin mengetahui pentingnya tenaga listrik. Penghematan yang diperoleh dapat digunakan untuk menunda rencana pembangunan sistem tenaga listrik yang disebabkan pertumbuhan permintaan tenaga listrik, pemenuhan permintaan calon pelanggan tenaga listrik dan menurunkan pembayaran rekening listrik.


REFERENSI
[1] Amrullah M, MA. Tarif Listrik yang Mengacu pada Efisiensi Sumber Daya Nasional serta Metodologi Peramalan Kebutuhan Listrik. PT PLN (Persero). Jakarta, 1993.
[2] Annonymous. Penyusunan Prakiraan Kebutuhan Listrik. Dinas Penelitian Kebutuhan Listrik. PT PLN (Persero). Jakarta, 1996.
[3] Annonymous. Long-range Energy Alternatives Planning System. Stockholm Environment Institute, Boston USA, 2000. [4] Annonymous. Rencana Umum Ketenagalistrikan Nasional. Keputusan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral nomer : 0954/K/30/MEM/2004. Jakarta, 2004.
[5] Annonymous. Pengusahaan dan Tarif Listrik. The Institute of International Education Electricity Restructuring Activities Group (IIE/ERAG). Jakarta, 2004.
[6] Annonymous. Data Stastistik tahun 2000, 2001, 2002, 2004, 2005.. PT PLN (Persero) APJ
[7] Annonymous. Prosedur Audit Energi Pada Bangunan Gedung. SNI 03-6196-2000, Badan Standardisasi Nasional.
[8] Annonymous. Teknik Penghematan Energi pada Rumah Tangga dan Bangunan Gedung. Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, 2002.
[9] Culp, A.W. Prinsip Konversi Energi. Erlangga, Jakarta, 1996.
[10] Djiteng, M. Operasi Sistem Tenaga Listrik. Balai Penerbit & Humas ISTN, Jakarta, 1990.

Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Nama : Muhamad Yusuf H
NPM : 30408566
Kelas : 2ID01

Pembangkit Listrik Tenaga Surya
1. PENDAHULUAN
Kondisi bumi kita kian lama kian mengenaskan karena tercemarnya lingkungan dari efek rumah kaca (greenhouse effect) yang menyebabkan global warming, hujan asam, rusaknya lapisan ozon hingga hilangnya hutan tropis. Semua jenis polusi itu rata-rata akibat dari penggunaan bahan bakar fosil seperti minyak bumi, uranium, plutonium, batu bara dan lainnya yang tiada hentinya. Padahal kita tahu bahwa bahan bakar dari fosil tidak dapat diperbaharui, tidak seperti bahan bakar non-fosil.
Dengan kondisi yang sudah sedemikian memprihatinkan, gerakan hemat energi sudah merupakan keharusan di seluruh dunia. Salah satunya dengan hemat bahan bakar dan menggunakan bahan bakar dari non-fosil yang dapat diperbaharui seperti tenaga angin, tenaga air, energi panas bumi, tenaga matahari, dan lainnya. Duniapun sudah mulai merubah tren produksi dan penggunaan bahan bakarnya, dari bahan bakar fosil beralih ke bahan bakar non-fosil, terutama tenaga surya yang tidak terbatas.
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) akan lebih diminati karena dapat digunakan untuk keperluan apa saja dan di mana saja : bangunan besar, pabrik, perumahan, dan lainnya. Selain persediaannya tanpa batas, tenaga surya nyaris tanpa dampak buruk terhadap lingkungan dibandingkan bahan bakar lainnya.Di negara-negara industri maju seperti Jepang, Amerika Serikat, dan beberapa negara di Eropa dengan bantuan subsidi dari pemerintah telah diluncurkan program-program untuk memasyarakatkan listrik tenaga surya ini. Tidak itu saja di negara-negara sedang berkembang seperti India, Mongol promosi pemakaian sumber energi yang dapat diperbaharui ini terus dilakukan. Untuk lebih mengetahui apa itu pembangkit listrik tenaga surya atau kami singkat dengan PLTS maka dalam tulisan ini akan dijelaskan secara singkat komponen-komponen yang membentuk PLTS, sistim kelistrikan tenaga surya dan trend teknologi yang ada.
2. KONSEP KERJA SISTEM PLTS
Pembangkit listrik tenaga surya itu konsepnya sederhana. Yaitu mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi dari sumber daya alam. Sumber daya alam matahari ini sudah banyak digunakan untuk memasok daya listrik di satelit komunikasi melalui sel surya. Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang tidak terbatas langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang berputar dan tidak memerlukan bahan bakar. Sehingga sistem sel surya sering dikatakan bersih dan ramah lingkungan.
Badingkan dengan sebuah generator listrik, ada bagian yang berputar dan memerlukan bahan bakar untuk dapat menghasilkan listrik. Suaranya bising. Selain itu gas buang yang dihasilkan dapat menimbulkan efek gas rumah kaca (green house gas) yang pengaruhnya dapat merusak ekosistem planet bumi kita.
Sistem sel surya yang digunakan di permukaan bumi terdiri dari panel sel surya, rangkaian kontroler pengisian (charge controller), dan aki (batere) 12 volt yang maintenance free. Panel sel surya merupakan modul yang terdiri beberapa sel surya yang digabung dalam hubungkan seri dan paralel tergantung ukuran dan kapasitas yang diperlukan. Yang sering digunakan adalah modul sel surya 20 watt atau 30 watt. Modul sel surya itu menghasilkan energi listrik yang proporsional dengan luas permukaan panel yang terkena sinar matahari.
Rangkaian kontroler pengisian aki dalam sistem sel surya itu merupakan rangkaian elektronik yang mengatur proses pengisian akinya. Kontroler ini dapat mengatur tegangan aki dalam selang tegangan 12 volt plus minus 10 persen. Bila tegangan turun sampai 10,8 volt, maka kontroler akan mengisi aki dengan panel surya sebagai sumber dayanya. Tentu saja proses pengisian itu akan terjadi bila berlangsung pada saat ada cahaya matahari. Jika penurunan tegangan itu terjadi pada malam hari, maka kontroler akan memutus pemasokan energi listrik. Setelah proses pengisian itu berlangsung selama beberapa jam, tegangan aki itu akan naik. Bila tegangan aki itu mencapai 13,2 volt, maka kontroler akan menghentikan proses pengisian aki itu.
Rangkaian kontroler pengisian itu sebenarnya mudah untuk dirakit sendiri. Tapi, biasanya rangkaian kontroler ini sudah tersedia dalam keadaan jadi di pasaran. Memang harga kontroler itu cukup mahal kalau dibeli sebagai unit tersendiri. Kebanyakan sistem sel surya itu hanya dijual dalam bentuk paket lengkap yang siap pakai. Jadi, sistem sel surya dalam bentuk paket lengkap itu jelas lebih murah dibandingkan dengan bila merakit sendiri.
Biasanya panel surya itu letakkan dengan posisi statis menghadap matahari. Padahal bumi itu bergerak mengelilingi matahari. Orbit yang ditempuh bumi berbentuk elip dengan matahari berada di salah satu titik fokusnya. Karena matahari bergerak membentuk sudut selalu berubah, maka dengan posisi panel surya itu yang statis itu tidak akan diperoleh energi listrik yang optimal. Agar dapat terserap secara maksimum, maka sinar matahari itu harus diusahakan selalu jatuh tegak lurus pada permukaan panel surya. Jadi, untuk mendapatkan energi listrik yang optimal, sistem sel surya itu masih harus dilengkapi pula dengan rangkaian kontroler optional untuk mengatur arah permukaan panel surya agar selalu menghadap matahari sedemikian rupa sehingga sinar mahatari jatuh hampir tegak lurus pada panel suryanya. Kontroler seperti ini dapat dibangun, misalnya, dengan menggunakan mikrokontroler 8031. Kontroler ini tidak sederhana, karena terdiri dari bagian perangkat keras dan bagian perangkat lunak. Biasanya, paket sistem sel surya yang lengkap belum termasuk kontroler untuk menggerakkan panel surya secara otomatis supaya sinar matahari jatuh tegak lurus. Karena itu, kontroler macam ini cukup mahal.










Contoh PLTS Aplikasi Mandiri
2.1. PHOTOVOLTAICCara kerja sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya dengan menggunakan Grid-Connected panel sel surya Photovoltaic untuk perumahan : .
Modul sel surya Photovoltaic merubah energi surya menjadi arus listrik DC. Arus listrik DC yang dihasilkan ini akan dialirkan melalui suatu inverter (pengatur tenaga) yang merubahnya menjadi arus listrik AC, dan juga dengan otomatis akan mengatur seluruh sistem. Listrik AC akan didistribusikan melalui suatu panel distribusi indoor yang akan mengalirkan listrik sesuai yang dibutuhkan peralatan listrik. Besar dan biaya konsumsi listrik yang dipakai di rumah akan diukur oleh suatu Watt-Hour Meters.
Komponen utama sistem surya fotovoltaik adalah modul yang merupakan unit rakitan beberapa sel surya fotovoltaik. Untuk membuat modul fotovoltaik secara pabrikasi bisa menggunakan teknologi kristal dan thin film. Modul fotovoltaik kristal dapat dibuat dengan teknologi yang relatif sederhana, sedangkan untuk membuat sel fotovoltaik diperlukan teknologi tinggi.
Modul fotovoltaik tersusun dari beberapa sel fotovoltaik yang dihubungkan secara seri dan paralel. Biaya yang dikeluarkan untuk membuat modul sel surya yaitu sebesar 60% dari biaya total. Jadi, jika modul sel surya itu bisa diproduksi di dalam negeri berarti akan bisa menghemat biaya pembangunan PLTS. Untuk itulah, modul pembuatan sel surya di Indonesia tahap pertama adalah membuat bingkai (frame), kemudian membuat laminasi dengan sel-sel yang masih diimpor. Jika permintaan pasar banyak maka pembuatan sel dilakukan di dalam negeri. Hal ini karena teknologi pembuatan sel surya dengan bahan silikon single dan poly cristal secara teoritis sudah dikuasai. Dalam bidang fotovoltaik yang digunakan pada PLTS, Indonesia ternyata telah melewati tahapan penelitian dan pengembangan dan sekarang menuju tahapan pelaksanaan dan instalasi untuk elektrifikasi untuk pedesaan.
Teknologi ini cukup canggih dan keuntungannya adalah harganya murah, bersih, mudah dipasang dan dioperasikan dan mudah dirawat. Sedangkan kendala utama yang dihadapi dalam pengembangan energi surya fotovoltaik adalah investasi awal yang besar dan harga per kWh listrik yang dibangkitkan relatif tinggi, karena memerlukan subsistem yang terdiri atas baterai, unit pengatur dan inverter sesuai dengan kebutuhannya.

Bahan sel surya sendiri terdiri kaca pelindung dan material adhesive transparan yang melindungi bahan sel surya dari keadaan lingkungan, material anti-refleksi untuk menyerap lebih banyak cahaya dan mengurangi jumlah cahaya yang dipantulkan, semi-konduktor P-type dan N-type (terbuat dari campuran Silikon) untuk menghasilkan medan listrik, saluran awal dan saluran akhir (tebuat dari logam tipis) untuk mengirim elektron ke perabot listrik.
Cara kerja sel surya sendiri sebenarnya identik dengan piranti semikonduktor dioda. Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan semi-konduktor, terjadi pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh perjalanan menuju bahan semi-konduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan sigma gaya-gaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan semi-konduktor, menyebabkan aliran medan listrik. Dan menyebabkan elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir untuk digunakan pada perabot listrik.
Fabrikasi Photovoltaic
2.2. Pemasangan PLTS

Gb.1. PLTS di Rancho Seco
PV adalah singkatan dari Photo Voltaic
PLTS di Hedge Substation




PLTS di Mongol 2.2.1. Pemasangan PLTS di Tempat Umum
Selain di tempat-tempat yang pemasangannya terpusat seperti di dua tempat diatas ada ada juga sistem PLTS yang dipasang di tempat-tempat umum seperti gambar dibawah ini. Selain itu ada juga pemasangan di parkir bandara dan lain sebagainya.


Gb.3. Sistem PLTS di parkir umum


Gb.4. Sistem PLTS di Parkir (sumber : SMUD)
3. KOMPONEN – KOMPONEN DARI PLTS3.
1. Solar ModuleDalam bagian ini akan dijelaskan secara singkat komponen utama PLTS yaitu solar module. Setelah menjelaskannya, maka dilanjutkan dengan trend kedepan teknologi yang berkaitan dengan solar module.
3.2 Apa itu solar cell?
Sebelum membahas sistim pembangkit listrik tenaga surya, pertama-tama akan dijelaskan secara singkat komponen penting dalam sistim ini yang berfungsi sebagai perubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Listrik tenaga matahari dibangkitkan oleh komponen yang disebut solar cell yang besarnya sekitar 10 ~ 15 cm persegi. Komponen ini mengkonversikan energi dari cahaya matahari menjadi energi listrik. Solar cell merupakan komponen vital yang umumnya terbuat dari bahan semikonduktor. multicrystalline silicon adalah bahan yang paling banyak dipakai dalam industri solar cell. Multicrystalline dan monocrystalline silicon menghasilkan efisiensi yang relativ lebih tinggi daripada amorphous silicon. Sedangkan amorphus silicon dipakai karena biaya yang relativ lebih rendah. Selain dari bahan nonorganik diatas dipakai pula molekul-molekul organik walaupun masih dalam tahap penelitian.Sebagai salah satu ukuran performansi solar cell adalah efisiensi. Yaitu prosentasi perubahan energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Efisiensi dari solar cell yang sekarang diproduksi sangat bervariasi. Monocrystalline silicon mempunyai efisiensi 12~15 %. Multicrystalline silicon mempunyai efisiensi 10~13 %. Amorphous silicon mempunyai efisiensi 6~9 %. Tetapi dengan penemuan metode-metode baru sekarang efisiensi dari multicrystalline silicon dapat mencapai 16.0 % sedangkan monocrystalline dapat mencapai lebih dari 17 %. Bahkan dalam satu konferensi pada September 2000, perusahaan Sanyo mengumumkan bahwa mereka akan memproduksi solar cell yang mempunyai efisiensi sebesar 20.7 %. Ini merupakan efisiensi yang terbesar yang pernah dicapai.Tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu solar cell sangat kecil maka beberapa solar cell harus digabungkan sehingga terbentuklah satuan komponen yang disebut module. Produk yang dikeluarkan oleh industri-industri solar cell adalah dalam bentuk module ini.Pada applikasinya, karena tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu module masih cukup kecil (rata-rata maksimum tenaga listrik yang dihasilkan 130 W) maka dalam pemanfaatannya beberapa module digabungkan dan terbentuklah apa yang disebut array. Sebagai contoh untuk menghasilkan listrik sebesar 3 kW dibutuhkan array seluas kira-kira 20 ~ 30 meter persegi. Secara lebih jelas lagi, dengan memakai module produksi Sharp yang bernomor seri NE-J130A yang mempunyai efisiensi 15.3% diperlukan luas 23.1m2 untuk menghasilkan listrik sebesar 3.00 kW. Besarnya kapasitas PLTS yang ingin dipasang menambah luas area pemasangan.Untuk lebih jelasnya, hirarki module dapat dilihat pada Gb. 3.1. Hirarki module (cell-module-array)

3.3 Teknologi Module
Pada bagian ini akan dijelaskan beberapa trend berhubungan dengan teknologi module.
3.3.1. Building-integrated module
Selain dari pencarian bahan-bahan baru untuk meningkatkan efisiensi module yang nantinya akan meningkatkan tenaga listrik dengan luas yang sama, maka trend sekarang adalah memberikan nilai tambah module itu dengan menjadikan module sebagai bagian dari bangunan yang menambah keindahan bangunan tersebut dan menambah kenyamanan orang-orang yang tinggal di dalamnya.Disamping akan mengurangi biaya karena tidak diperlukan lagi biaya untuk pemasangan atap. Dari segi module sebagai komponen pembangkit listrik tidak ada perubahan dalam performansi yang dituntut. Tetapi dari segi module sebagai bahan bangunan maka diperlukan syarat-syarat tambahan, seperti syarat kekuatan, daya tahan terhadap hujan, angin, petir dan gangguan luar lainnya. Selain itu bagi para arsitektur syarat keindahan arsitektur juga diperlukan. Gambar di bawah ini memperlihatkan contoh module yang dipakai juga sebagai bahan atap bangunan. Gb. 3.2. Housing roof-integrated module (sumber : JPEA)
3.3.2. AC module
Seperti yang telah diterangkan diatas module adalah komponen yang merubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Listrik yang dihasilkan adalah DC. Untuk dapat dimanfaatkan lebih banyak lagi biasanya listrik DC ini dirubah menjadi AC. Untuk diubah maka listrik DC dari beberapa module digabungkan dan dikonversikan menjadi AC dengan alat yang disebut power conditioner. Karena menggabungkan listrik dari beberapa module maka sistim pengkabelannnya menjadi rumit dan kapasitas yang dibutuhkan dari power conditionernya pun menjadi besar.Untuk mengatasi persoalan ini, maka sekarang dikembangkan apa yang disebut AC module. Yaitu module yang langsung menghasilkan listrik AC. Secara prinsip tidak ada perubahaan yang terjadi, tetapi secara teknologi diperlukan power conditioner berskala kecil yang dapat dipasang di belakang module.Contoh power conditioner yang sekarang banyak dipasarkan .
Gb. 3.3. Power Conditioner JH40EK
Gb. 3.3. adalah produk dari Sharp yang dapat dihubungkan dengan 8~9 lembar module. Berat dari alat ini adalah sebesar 25 kg.Dua trend diatas adalah lebih pada pemberian nilai tambah module agar pemanfaatannya lebih luas lagi. Disamping dua hal tadi untuk mendukung perkembangan agar makin memasyarakatnya Pembangkit listrik tenaga surya maka dicari metode-metode baru untuk menurunkan biaya per watt listrik yang dihasilkan.
Gb. 3.4. Contoh biaya produksi (sumber : PVTEC)
Seperti terlihat dalam Gb. 3.4. bahwa biaya material tidak megalami penurunan yang berarti walaupun jumlah produksinya makin bertambah. 3.4. Macam-macam Komponen Modul Surya3.4.1. Macam-macam ModulMacam – macam Modul ini ada beberapa, diantaranya ada yang dipasang secara Individual ataupun secara umum.
Dipasang secara individual (Desentralisasi= Satu rumah satu paket pembangkit). Karenanya cocok untuk program listrik rumah pedesaan (terpencil), dimana rumah satu dengan lainnya berjauhan (akan sangat mahal jika listrik disalurkan melalui jaringan kabel).






Ekonomis: 2 modul 5 lampu Sedikit Pemeliharaan: 1 modul 3 lampu Sedikit Pemeliharaan: 2 modul 5 lampu
Manfaat:
- Tidak memerlukan bahan bakar minyak (BBM), hanya menggunakan sinar matahari yang gratis, sehingga dapat dimanfaatkan didaerah terpencil.
- Dipasang secara individual (satu rumah satu system) sehingga jika rumah berjauhan sekalipun tidak memerlukan jaringan kabel distribusi, dan gangguan pada satu system tidak mengganggu system lainnya.
Berikut salah satu jenis modul yang sudah ada dipasaran Penggunaan:
Catu daya Telekomunikasi, telemetry, system instrumentasi & signals, lampu bidan desa/camping light dll. .3.4.2. CONTROLLERController/Charge Regulator adalah alat elektronik pada system Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS).
Berfungsi mengatur lalu lintas listrik dari modul surya ke battery/accu (apabila battery/accu sdh penuh maka listrik dari modul surya tidak akan dimasukkan ke battery/accu dan sebaliknya), dan dari battery/accu ke beban (apabila listrik dalam battery/accu tinggal 20-30%, maka listrik ke beban otomatis dimatikan.

Versi standard umumnya dilengkapi dengan fungsi-fungsi untuk melindungi battery/accu
dengan proteksi-proteksi berikut: .
a. LVD, Low voltage disconnect, apabila tegangan dalam battery rendah, ~11.2 V, maka untuk sementara beban tidak dapat dinyalakan. Apabila tegangan battery sudah melewati 12V, setelah di charge oleh modul surya, maka beban akan otomatis dapat dinyalakan lagi (reconnect). .
b. HVD, High Voltage disconnect, memutus listrik dari modul surya jika battery/accu sudah penuh. Listrik dari modul surya akan dimasukkan kembali ke battery jika voltage battery kembali turun. .
c. Short circuit protection, menggunakan electronic fuse(sikring) sehingga tidak memerlukan fuse pengganti. Berfungsi untuk melindungi system PLTS apabila terjadi arus hubung singkat baik di modul surya maupun pada beban. Apabila terjadi short circuit maka jalur ke beban akan dimatikan sementara, dalam beberapa detik akan otomatis menyambung kembali.
d. Reverse Polarity, melindungi dari kesalahan pemasangan kutub (+) atau (-).
e. Reverse Current, melindungi agar listrik dari battery/accu tidak mengalir ke modul surya pada malam hari. .
f. PV Voltage Spike, melindungi tegangan tinggi dari modul pada saat battery tidak disambungkan ke controller. .
g. Lightning Protection, melindungi terhadap sambaran petir (s/d 20,000 volt).
4. SISTIM KELISTRIKAN PLTS
Dalam bagian ini akan dibahas tentang sistim kelistrikan tenaga surya. Sebelumnya akan dijelaskan beberapa istilah yang muncul disini. Pertama adalah power conditioner. Power conditioner telah dijelaskan secara sangat singkat diatas, disini akan diterangkan sedikit lebih detail.Inti dari alat ini adalah inverter. Yaitu komponen listrik yang berfungsi sebagai perubah listrik DC menjadi listrik AC. Power conditioner selain berfungsi untuk menghasilkan listrik AC yang bersih juga mengkontrol agar tegangan keluarannya berada dalam batas tegangan yang diperbolehkan. Beberapa fungsi lain power conditioner dapat disimpulkan sebagai berikut :“sebagai switch yang mengontrol dimulainya dan dihentikannya kerja sistim.”
4.4.1. Mendeteksi islandingIslanding adalah kondisi ketika terjadi pemutusan aliran listrik pada jaringan distribusi yang dimiliki oleh perusahaan listrik sedangkan PLTS tetap bekerja. Hal ini terjadi misalnya apabila timbul kerusakan pada jaringan distribusi listrik. Bila ini terjadi akan membahayakan pekerja yang akan memperbaiki kerusakan-kerusakan yang ada. Disini power conditioner berfungsi untuk mendeteksi terjadinya islanding dan dengan segera menghentikan kerja PLTS.
4.4.2. Pengontrol maksimum tenaga listrik
Tenaga listrik yang dihasilkan oleh solar panel tergantung pada suhu udara dan kuatnya cahaya. Pada suatu nilai suhu dan kuatnya cahaya, hubungan antara tenaga, tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh solar panel.Disini fungsi dari power conditioner adalah bagaimana mengontrol agar tenaga listrik yang diproduksi menjadi maksimum. Hal ini disebut dengan istilah MPPT (Maximum Power Point Tracking).
5. Pembagian sistem PLTS Secara garis besar sistim kelistrikan tenaga surya dapat dibagi menjadi :
5.1.Sistim Terintegrasi
Sistim ini dapat diterangkan secara visual pada Gb.3.5. Seperti terlihat pada gambar ini, listrik yang dihasilkan oleh array dirubah menjadi listrik AC melalui power conditioner, lalu dialirkan ke AC load. AC load disini dapat berupa listrik yang diperlukan di perumahan atau kantor. Yang menjadi ciri utama dari sistim ini adalah dihubungkannya AC load ke jaringan distribusi listrik yang dimiliki oleh perusahaan listrik. Jadi apabila listrik yang dihasilkan oleh solar panel cukup banyak -melebihi yang dibutuhkan oleh AC load- maka listrik tersebut dapat dialirkan ke jaringan distribusi yang ada. Sebaliknya apabila listrik yang dihasilkan solar panel sedikit –kurang dari kebutuhan ac load- maka kekurangan itu dapat diambil dari listrik yang dihasilkan perusahaan listrik. Hal ini di banyak negara-negara industri maju secara peraturan telah memungkinkan.
Gb. 3.6 Contoh Sistim di Rumah (sumber : Sharp Co.Ltd)Keterangan :
1. adalah solar panel; 2 adalah power conditioner ;3 adalah alat pendistribusi listrik ;4 adalah alat pengukur banyaknya listrik yang dijual atau dibeli.
Keuntungan dari sistim ini adalah tidak diperlukan lagi battery. Biaya battery dapat dikurangi. Selain dari itu bagi rumah atau kantor yang memasang solar panel, mereka akan mendapatkan keuntungan dengan penjualan listrik. Persoalan yang dihadapi sekarang adalah soal teknis. Karena terhubungi dengan sistim distribusi, maka masalah keselamatan menjadi perhatian yang utama.Dan salah satu dari pemecahannya adalah membuat power conditioner yang mampu mendeteksi apabila terjadi kecelakaan dan mampu mengkontrol tegangan apabila terjadi perubahan tegangan di AC load dan beberapa soal teknis yang lain.
5.2. Sistim Independensi
Selain sistim terintegrasi yang diterangkan diatas terdapat pula sistim independensi yang merupakan sistim yang selama ini banyak dipakai. Seperti terlihat dalam gambar di bawah ini sistim independensi dapat dibagi lagi yaitu yang dihubungkan dengan DC load dan yang dihubungkan dengan AC load.
Contoh dari sistim yang dihubungkan dengan dc load adalah pembangkit listrik untuk peralatan komunikasi. Misalnya peralatan komunikasi yang dipasang di pegunungan. Sedangkan yang dihubungakan dengan AC load adalah sistim pembangkit listrik untuk pulau-pulau yang terpencil.Dalam sistim ini, battery memainkan peranan yang sangat vital. Bila ada kelebihan listrik yang dihasilkan, misalnya pada siang hari, listrik ini disimpan di battery. Dan pada malam hari listrik yang disimpan ini dialirkan ke load.
Sistim seperti ini banyak dipakai di negara-negara berkembang seperti contoh pada Gb. 3.8., Gb. 3.8 adalah sebuah contoh proyek di Mongol. Yaitu proyek pemasangan pembangkit listrik untuk keperluan rumah sakit dan lampu penerangan. Dalam gambar ini terlihat PLTS dikombinasikan dengan pembangkit listrik tenaga angin. Kapasitas terpasang PLTS adalah 3.4 kW sedangkan dari tenaga angin 1.8 kW
Gb. 3.8
5.3. PLTS dilihat dari Perspektif Gender
Target Konsumen PLTS: Masyarakat didaerah yang belum Dilayani Listrik PLN. Umumnya rumah terpencil, pendapatan rendah, kondisi infrastruktur minim, penerangan dengan Lampu minyak tanah.Target dari PLTS :
• Meningkatkan Kualitas hidup masyarakat:
• Memberikan penerangan (lampu), dg kualitas lebih baik, sehingga jam belajar dan beraktifitas lebih panjang;
• Membukakan akses pada informasi (radio, TV, internet);
• Memberikan akses pada sumber air minum dan pertanian (surya untuk pompa air);
• Menciptakan bisnis baru didesa (jadi distributor/service center yang mampu dilakukan oleh Koperasi Wanita/Nelayan/Tani/Desa), LSM;
• Menciptakan Lapangan Kerja di desa (penjualan dan service center memerlukan banyak tenaga lokal);
• Menciptakan Tenaga Teknisi di desa.
6. Penutup
Di atas telah dijelaskan secara singkat pembangkit listrik tenaga surya. Yang diawali dengan penjelasan konsekomponen-kompp kerja PLTS dan komponen-komponen yang mendukung dihasilkannya tenaga listrik. Kemudian dijelaskan juga sistim kelistrikan tenaga surya. Dan terakhir target yang dapat dicapai dengan adanya PLTS. Selain dari BIPV yaitu module yang dipasang di perumahan atau bangunan-bangunan, sekarang juga telah dibahas kemungkinan pemasangan PLTS berkapasitas sangat besar di satu wilayah tertentu. Hal ini dimungkinkan misalnya pemasangan di negara-negara yang memiliki padang pasir.
Selain itu yang menarik adalah beberapa hasil karya pemanfaatan tenaga listrik dari cahaya matahari di negara-negara berkembang seperti India, Mongol, negara-negara Eropa timur. Seperti hasil karya dari Mongol tentang pemasangan PLTS bersekala kecil di rumah-rumah suku-suku yang tinggal di padang rumput yang jauh dari jaringan listrik utama.

TEKNIK TENAGA LISTRIK

Pendahuluan

Piranti-piranti pengontrol otomatis ini sangat berguna bagi manusia. Apalagi jika ditambah dengan suatu kecerdasan melalui program yang ditanamkan dalam sistem tersebut akan semakin meringankan tugas-tugas manusia. Akan tetapi secerdas apapun sebuah mesin tentu masih membutuhkan peranan manusia untuk mengatur dan mengontrol piranti-piranti ini. Otomasi kontrol bukan untuk menggantikan sepenuhnya peranan manusia, tetapi mengurangi peranan dan meringankan tugas-tugas manusia dalam pengontrolan suatu proses.

Dengan adanya perkembangan teknologi, maka mata kuliah Teknik Tenaga Listrik atau Teknik Kendali (control automatic) memberikan kemudahan dalam :

1. Mendapatkan performansi dari sistem Dinamik,
2. Dapat mempertinggi kualitas produksi
3. Menurunkan biaya produksi,
4. Mempertinggi laju produksi,
5. Dan meniadakan pekerjaan- pekerjaan rutin yang membosankan, yang harus dilakukan oleh manusia.

Maka dengan mencakup konsep-konsep teori jaringan (Network theori) akan mendapatkan suatu analisis system pengaturan dan pengendalian pada hasil keluaran (output) yang dikehendaki.
Dengan demikian didalam permasalahan “Analisis Sistem Teknik” akan dibahas masalah:
• System dan model system, juga perumusan matematis system yang ditinjau dan serta cara penyelesaiannya.
• Untuk teknik umpan balik (feedback ) adalah merupakan salah satu proses paling dasar dan hampir terdapat di semua system dinamik antara lain :

- Hal-hal yang berkaitan dengan diri manusia
- Hubungan antara manusia dengan mesin-mesin
- Peralatan-peralatan yang saling menunjang.

Sehingga system adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama-sama dan dapat menjalannkan tugas-tugas tertentu antara lain:
- Sistem Elektris
- Sistem Mekanis
- Sistem Thermis
- Sistem Biologis



Contoh : Open Loop System

Yaitu : akibat pengaruh output kepada input melalui operator ( Manusia )







Closed loop control System: Yaitu pengaruh output ke input disebut “ feedback “ yang berarti suatu komponen keadaan tiap saat dari output (akibat) diberitaukan ke input ( penyebab ). Jadi “ Input dan output berasama-sama mengatur kerja system sampai output mencapai harga yang diinginkan.











B ( bimetal ) : yang terdiri dari dua buah keeping logam yang mempunyai koefisient expansitermal (ά ) yang berlainan dan dilekatkan menjadi satu. Dengan adanya perbedaan expansitermal tersebut, bila bimetal dipanaskan atau didinginkan akan mengalammi perubahan bentuk, atau berubah bentuk sehingga terjadi perubahan pada jari-jari tertentu.


Elemen-elemen Listrik

1. Elemen Listrik Pasif : Adalah elemen listrik yang mempunyai sifat menerima/membutuhkan tegangan listrik.
• Resistor
• Capasitor
• Induktor

2. Elemen Listrik Aktif : Adalah elemen listrik yang mempunyai sifat membangkitkan atau memberikan tenaga listrik.
• Sumber Arus
• Sumber tegangan


Komponen-komponen Listrik

Resistor : Adalah suatu hambatan dari suatu benda sebagai penghantar atau Isolator.
Besarnya hambatan (Resistansi ) dari bahan dapat dirumuskan sebagai berikut :

Tahanan suatu bahan /material tergantung pada :

dimana : R = Besarnya Hambatan ( Ω )
ρ = Hambatan Jenis (Ωm )
L = Panjang bahan ( m )
A = Luas penampang ( mm2 )


Hambatan yang sengaja dibuat untuk tujuan tertentu misalnya, akan dipakai untuk membatasi arus yang akan mengalir sehingga memberikan tegangan tertentu :
Maka dapat dikatakan sebagai penghantar ( Konduktor ): karena mempunyai nilai tahanan yang rendah. Seperti
- Logam
- Logam Campuran
- Larutan asam

Disebut sebagai Isolator karena mempunyai hambatan isolasi yang tinggi
Misal : Mika, gelas, Karet, PVC

Hubungan Tahnan (R ) dengan temperature ( T ) adalah :









Sudut Linear selalu sama pada mumnya, bila temperature naik nilai tahnan ( R ) juga ikut naik. Apabila kenaikkannya linear,maka hubungan antara R dan T
dimana :
R0 = Tahanan pada 00C
Rt = Tahanan pada t0C
T = Temperature ά = Koefisien suhu tahanan















Sumber Arus dan Tegangan

Didalam elemen listrik aktip dapat dikatakan sebagai sumber arus atau sumber tenaga, tetapi untuk penekanan terhadap waktu yang panjang, apakah tegangan atau arus yang konstan.
• Untuk sumber Arus, berarti untuk waktu yang lama di,ana besarnya arus dapat dikatakan konstan.









Untuk sumber tegangan, dimana dapat konstan :








Contoh Soal :








a. Tuliskan persamaan system “ Open loop “ untuk V0(tegangan keluaran ) sebagai fungsi dari ( Vin, R1 dan R2 ).
b. Tuliskan persamaan system “ Closed loop “ untuk V0(tegangan keluaran ) sebagai fungsi dari ( Vin, Vout, R1 dan R2 ).

Penyelesaian :

Menurut Hukum Kirchoff I dan II Bahwa ( KCL da KVL )
a). “ OPEN LOOP”








b). “CLOSED LOOP”









Besaran-besaran listrik secara umum :
Besaran listrik secara umum terdiri dari beberapa komponen




Komponen – komponen listrik

1. Resistansi :

Secara umum fungsi dari komponen resistor adalah sebagai pengatur kuat arus yang mengalir. Nilai resistor dinyatakan dalam satuan ohm (). Resistor dilambangkan dengan huruf R, sedangkan dalam skema disimbolkan sebagai :


Gambar 1. a. Simbol tahanan tetap b. Simbol tahanan variabel

Jika resistor (R) dipasang pada tegangan (V) yang tetap, maka :
a. Kuat arus I akan menjadi kecil, bila resistor R besar.
b. Kuat arus I akan menjadi besar, bila resistor R kecil.
Menurut hukum ohm I bahwa :

Daya yang dikeluarkan :
Energi (watt detik) dimana :
Sehingga besarnya Energi adalah : joule
Macam-macam resistor :
a. Resistor tetap, disebut weerstand (bahasa Belanda) yang kaki-kakinya terletak pada ujung-ujungnya dan dalam praktek dapat dipasang bolak-balik. Nilai resistor dinyatakan dengan warna gelang yang melingkar pada bagian luar resistor tersebut. Kode warna gelang diciptakan oleh perkumpulan pabrik-pabrik radio Eropa dan Amerika yang bernama RMA (Radio Manufactores Association). Setiap resistor ditandai dengan 4 warna gelang, dimana warna-warna tersebut melambangkan angka-angka sebagai berikut :
Hitam : 0 (nol); Coklat: 1 (satu); Merah: 2 (dua); Jingga: 3 (tiga); Kuning : 4 (empat); Hijau : 5 (lima); Biru: 6 (enam); Ungu: 7 (tujuh);Kelabu : 8 (delapan); Putih: 9 (sembilan)
Warna-warna untuk toleransinya sebagai berikut :
Emas : 5%
Perak : 10%
Tanpa Warna : 20%
Gambar 2. Penunjuk Kode Warna
Keterangan :
• Pita pertama melambangkan angka pertama.
• Pita kedua melambangkan angka kedua.
• Pita ketiga melambangkan banyaknya angka nol.
• Pita warna keempat melambangkan toleransi.
Contoh :
1) Merah, ungu, jingga, emas ; artinya 27 K Ohm toleransi 5%.
2) Hijau, biru, coklat, emas ; artinya 560 Ohm toleransi 5%.
3) Jingga, putih, jingga, perak ; artinya 39 K Ohm toleransi 10%.
Bila hanya terdapat tiga pita warna, sedang pita warna keempat tidak ada berarti toleransinya adalah 20%.
Contoh :
1) Jingga, putih, merah ; artinya 3 K 9 Ohm toleransi 20%.
2) Hijau, biru, kuning ; artinya 360 K Ohm toleransi 20%.
Jika pita warna ketiga itu emas, maka dua angka yang dilambangkan pita warna pertama dan kedua dikalikan dengan 0,1 dan bila pita warna ketiga itu perak pengalinya adalah 0,01.
Contoh :
1) Coklat, hitam, emas ; artinya 1 Ohm toleransi 20%.
2) Merah, hijau, perak ; artinya 0,25 Ohm toleransi 20%.
b. Variabel Resistor (VR)
Adalah resistor yang nilai hambatannya dapat diubah-ubah, variabel resistor dapat digolongkan menjadi 2 macam :
1) Potensimeter, ada 2 macam :
• Potensio Linier, ialah potensio yang apabila kontak gesenya dipindah nilai hambatannya berubah sesuai dengan perhitungan linier.
• Potensio logaritmis, ialah potensio yang apabila kontak gesenya dipindah nilai hambatannya berubah sesuai dengan perhitungan logaritma.
Potensiometeer kebanyakan dipergunakan sebagai alat pengatur, misal :

1. Alat pengatur suara (Volume Control)
2. Alat pengatur nada (Tone Control)
3. Alat pengatur nada tinggi (Treble Control)
4. Alat pengatur nada rendah (Bass Control)




Gambar 2.3 Potensiometer dan lambangnya
2) Trimmer potensio = Trimpot
Cara merubah nilai hambatan pada tripot adalah dengan jalan memutar memakai obeng (drei).




Gambar 2.4 Trimer Potensio dan lambangnya
2. Kapasitor
Kapasitor atau biasa juga disebut Kodensator, adalah merupakan komponen elektronika yang dapat menyimpan tenaga listrik dalam waktu tertentu, tanpa disertai reaksi kimia. Kapasitor berlainan dengan aki, dimana aki juga dapat menyimpan tenaga listrik, tetapi dengan disertai reaksi kimia.
Pada dasarnya kapasitor terdiri dari 2 keping penghantar (konduktor) yang disekat satu dengan yang lain. Bahan penyekat keping ini disebut Dielektrika (Gambar 3.5). Berdasarkan bahan dielektikanya, maka kapasitor dibagi atas berbagai macam-maca, diantaranya :
a. Kapasitor keramik : jika dielektikanya keramik
b. Kapasitor kertas : jika dielektikanya kertas
c. Kapasitor mika : jika dielektikanya mika
d. Kapasitor elektrolit (elco) : jika dielektikanya oksida alumunium
e. Kapasitor variable (varco)
f. Kapasitor trimmer




Gambar 2.5 Dielektrika Kondensator
Dari bermacam-macam kapasitor mempunyai kemampuan menyimpan tenaga listrik yang berbeda-beda. Kemampuan menyimpan tenaga listrik dari kapasitor disebut kapasitansi (C), besar muatan (Q) diukur dengan satuan coulomb. Dan kapasitor yang memperoleh muatan listrik akan mempunyai tegangan antar terminal sebesar (V) volt. Kapasitansi dapat diukur berdasarkan besar muatan yang dapat disimpan pada suatu kenaikan tegangan.

C =
Tegangan (V) : Juga untuk
Arus (i) : sehingga
Maka :
Permukaan kapasitor yang berhubungan biasanya berbentuk plat rata. Ukuran kapasitor bergantung pada luas plat (A), jarak antar plat (d) dan medium penyekat. Kapasitansi juga dapat diukur dengan rumus :
C =
Dimana : = o . r
o = permitivitas tempat
r = permitivitas relatif
Daya (P) : P = Vc x i = = watt
Energi (w) yang tersimpan pada kapsitor dapat dihitung dengan rumus :

Sehingga :
Maka Energi mutlak = C V2
Kapasitansi total dapat diubah dengan cara menghubungkan beberapa kapasitor secara seri atau pararel. Kapasitor total dapat dikurangi dengan cara dihubungkan secara seri dan dapat dicari dengan rumus :

Sedangkan kapasitas total dapat ditambah dengan cara dihubungkan secara pararel dan dapat dicari dengan rumus :
CT = C1 + C2 + … + Cn
Satuan kapasitas dari kapasitor itu dinyatakan dalam farad. 1 farad ialah kemampuan kapasitor untuk menyimpan tenaga listrik atau mesin listrik 1 coulomb, apabila kapasitor itu diberi tegangan listrik 1 volt. Dalam praktek, dibuat satuan-satuan yang lebih kecil, yaitu :
1 mikrofarad ( fd) = 10-6 farad
1 nanofarad (nf) = 10-9 farad
1 pikofarad (pfd) = 10-12 farad
Disamping untuk menyimpan tenaga atau muatan listrik, kapasitor juga dapat digunakan untuk :

a. Peredam bunga api (kapasitor keramik)
b. Perata denyut arus listrik (kapasitor elektrolit)
c. Rangkaian resonansi dalam tuning sirkuit, atau mencari gelombang radio (kapasitor variable)
d. Menggeser gelombang atau menepatkan frekuensi (kapasitor trimmer)
3. Transformator
Transformator atau biasa disebut dengan trafo adalah alat untuk mengubah tegangan bolak-balik menjadi lebih tinggi atau lebih rendah dan digunakan untuk memindahkan energi dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian berikutnya tanpa merubah frekuensi.
Dalam aplikasinya trafo dapat dibedakan menjadi 2 macam yaitu :
1. Transformator Step-Up atau tranformator penaik tegangan adalah tranformator yang digunakan untuk menaikkan tegangan dari rendah ke tegangan yang lebih tinggi.
2. Transformator Step-Down atau transformator penurun tegangan adalah transformator yang digunakan untuk menurunkan tegangan dari tinggi ke tegangan yan lebih rendah.
Cara kerja transformator adalah sebagai berikut :
1. Jika kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan arus AC, maka pada kumparan primer timbul garis-garis gaya magnet yang berubah-ubah.
2. Perubahan garis-garis gaya dari kumparan primer ini menginduksi kumparan sekunder sehingga pada kumparan sekunder timbul arus bolak-balik.
Dengan memilih jumlah lilitan yang sesuai untuk tiap kumparan dapat dihasilkan GGL kumparan sekunder yang berbeda dengan GGL kumparan primer. Hubungan GGL atau tegangan primer (Vp) tegangan sekunder (Vs), jumlah lilitan kumparan primer (np) dan jumlah lilitan kumparan sekunder (ns) dapat dinyatakan dengan rumus :


yang biasa disebut dengan perbandingan transformasi. Dengan memperhatikan perbandingan transformasi kita dapat mengetahui jenis dari transformator tersebut apakah trafo Step-Up atau Step-Down.

Pada transformator terdiri dari banyak belitan, sehinga dapat dipandang sebagai Induktor, dengan demikian dapat diuraikan sebagai berikut :

Induktor mempunyai tegangan (V) :
Dimana : ( i) menyatakan sebagai fungsi waktu (t)
(L) menyatakan panjang lilitan (H)

Sehingga besarnya arus adalah
Besarnya daya (P) : maka = watt

Energi yang tersimpan (w) : maka

Sehingga : maka (Energi) adalah joule