Komponen Panel Surya

Energi beban juga akan digunakan untuk melakukan penghitungan besar daya panel surya yang dibutuhkan. Kapasitas panel surya merupakan besar daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh panel surya ketika disinari oleh matahari yang diukur dalam satuan Watt peak (Wp). Faktor utama yang menentukan besar kapasitas panel surya adalah lamanya penyinaran matahari yang optimal untuk mengisi baterai agar dapat mensuplai energi sesuai dengan kebutuhan beban. Lamanya penyinaran sering disitilahkan sebagai waktu ekivalen matahari (equivalent sun hours, ESH atau peak sun hours, PSH).

Penentuan waktu ekivalen matahari ditentukan dari besarnya radiasi rata-rata per m² luas panel per hari. Untuk Indonesia secara rata-rata besarnya radiasi adalah 4,8 kWh/m²/hari, sehingga jam ekivalen matahari adalah 4,8 jam. Berikut adalah peta radiasi dan data radiasi indonesia (sumber: LAPAN).­­

Namun mengingat bahwa nilai radiasi adalah nilai rata-rata dalam 1 tahun maka diambil nilai moderat sebesar waktu ekivalen matahari rata-rata sebesar 4 jam dalam sehari. Jika data nilai radiasi matahari tersedia, maka nilai tersebut perlu disesuaikan dengan data nilai radiasi tersebut.

Adapun kebutuhan daya panel surya dapat dihitung dengan rumus  Ppv = E / PSH, dimana E adalah energi beban (Wh) dan PSH adalah jam ekivalen matahari.

Dengan energi beban sebesar 330Wh dan waktu ekivalen matahari adalah 4 jam, maka akan dibutuhkan panel surya dengan kapasitas minimal sebesar  83Wp.

Seperti halnya baterai, ada beberapa hal yang akan menentukan kapasitas panel surya yang akan digunakan, yaitu:

1. Coulombic effiiciency. Effisiensi coulomb didasari dari adanya rugi antar charge dan discharge serta reaksi kimia dalam baterai dimana efisiensi baterai baru rata-rata adalah 90% dari kapasitasnya. Untuk memastikan kebutuhan energi harian yang akan disuplai oleh panel surya ke baterai mencukupi, maka perlu meningkatkan besar energi dari baterai untuk efisiensi baterai. Peningkatan besar energi baterai ini akan mempengaruhi besar daya panel yang akan dibutuhkan yang dihitung dengan rumus: Ppv1 = Ppv / 90%.
   Dengan pertimbangan efisiensi coulumb, kebutuhan kapasitas panel menjadi 92Wp

2. Oversize factor. Ada tidaknya pasokan daya lain untuk pengisian ekstra baterai menentukan besar oversize factor yang mesti diperhitungkan untuk menyeimbangkan pengisian baterai. Dalam PJU tenaga surya dimana tidak ada pasokan daya lain, maka kapasitas panel surya harus ditingkatkan. Untuk negara seperti Australia dan New Zealand, oversize factor berkisar antara 30%-100%, sementara untuk kawasan katulistiwa oversize factor di rekomendasikan sebesar 10% menjadi 110% (1,1), sehingga kapasitas panel menjadi Ppv2 = 110% x Ppv1. 
   Dengan pertimbangan oversize factor, kebutuhan kapasitas panel surya menjadi 101Wp

3. Module efiiciency, efisiensi panel surya yang ada saat masih di bawah 20%. Dan dalam jangka waktu beberapa tahun efisiensi panel akan turun sampai dengan 20% dari efisiensi panel baru. Sementara itu faktor rugi-rugi yang mempengaruhi panel surya yang terdiri dari power tolerance (±5%) dan faktor debu (±5%). Selain itu temperature coefficient berkisar pada ±5,5%/°C dibandingkan dengan temperatur pengujian 25°C. Untuk memudahkan dalam penghitungan, maka diambil nilai efisiensi panel surya sebesar 15%, sehingga perhitungan kebutuhan kapasistas panel surya menjadi Ppv2 = 125% x Ppv2. 
   Dengan pertimbangan efisiensi panel, kebutuhan kapasitas panel surya menjadi 126Wp

4. Pemilihan daya panel yang ada akan mempengaruhi jumlah panel yang akan digunakan pada kapasitas yang sama. Oleh karena PJU tenaga surya akan menempatkan panel pada kotak yang berada pada tiang PJU, maka faktor berat baterai menjadi pertimbangan.

Adapun pertimbangan-pertimbangan di atas dapat disederhanakan dengan rumus sebagai berikut: Ppv3 = 1,53 x (E/PSH) , dimana E adalah energi beban (Wh) dan PSH waktu ekivalen matahari (jam).

Dengan energi beban sebesar 330Wh dan waktu ekivalen matahari adalah 4 jam, maka akan dibutuhkan panel surya dengan kapasitas minimal sebesar 126Wp. Jika dilihat dari panel surya yang ada maka panel  yang akan digunakan adalah 1 panel surya 145Wp.

Komponen Solar Charge Controller

Solar charge controller juga sering disebut battery control regulator/battery control unit. Pemilihan solar charge controller pada PJU tenaga surya juga harus memperhitungkan penempatan perangkat tersebut. Oleh karenanya, dalam perencanaan jumlah solar charge controller tidak lebih dari 1 (satu) unit.

Adapun penghitungan solar charge controller sangat tergantung dari data teknis pada panel surya. Pada data teknis panel biasanya terdapat data short circuit current (Isc) dalam satuan Ampere (A). Sebagai contoh perhitungan dari panel 145 Ep yang digunakan di atas, diperoleh Isc sebesar 8,40A. Jika panel surya dipararel untuk mendapatkan daya yang dibutuhkan, maka perhitungan Isc adalah dikali dengan jumlah panel tersebut.

Namun, penentuan kapasitas solar charge controller harus juga memperhatikan faktor-faktor efisiensi, suhu dan menjaga agar arus yang melewati solar charge controller tidak mendekati nilai kapasitas arus solar charge controller itu sendiri sehingga usia pakai solar charge controller akan lebih panjang. Untuk mengantisipasi hal-hal di atas, maka kita perlu melakukan peningkatan kapasitas secara penghitungan (oversize factor). Dalam hal ini oversize factor yang moderat untuk solar charge controller adalah 25% sehingga kebutuhan solar chargce kontroller menjadi 125% dari Isc.

Dengan jumlah panel surya 1 buah 145Wp dengan Isc 8,40A, maka dibutuhkan solar charge controller dengan kapasitas arus 10,5A. Jika dilihat dari solar charge controller  yang ada maka kapasitas yang akan digunakan adalah 1 solar charge controller 20A dengan tegangan 12V .

Sebagai catatan tambahan, solar charge controller untuk PJU tenaga surya mesti memiliki fasilitas sensor atau timer yang dapat menyalakan atau mematikan beban pada waktu yag dibutuhkan (sore-pagi hari) sesuai dengan kebutuhan.

Catatan

Perhitungan di atas mungkin  memiliki perbedaan dengan cara perhitungan yang umum dilakukan. Namun secara teknis perhitungan di atas memiliki dasar teori dan praktek yang sudah dilakukan.

Adapun mengenai berulangnya peningkatan (oversize) yang dilakukan hal ini mengantisipasi berbagai faktor yang mungkin muncul sebab sebagai PJU tenaga surya yang merupakan model pembangkit mandiri mesti minimal dalam perawatan dan jangan kesalahan penghitungan tanpa menambahkan faktor oversize demi penghematan justru merepotkan kemudian hari. Selain itu dengan oversize yang dilakukan, sistem akan selalu berada di bawah ambang kapasitas maksimumnya sehingga usia pakai perangkat akan lebih lama ketimbang perangkat yang ‘dipaksa’ bekerja terus menerus pada ambang batas kapasitasnya.

Selain perhitungan teknis elektrikal di atas, perlu diperhatikan juga spesifikasi indeks proteksi mengingat komponen pembangkit PJU tenaga surya akan diletakkan di ruang terbuka dan harus terlindungi oleh kotoran dan air. Indeks proteksi standar adalah IP65 dimana debu dan kotoran tidak dapat masuk dan terlindungi dari air yang datang dari semua arah.

 Download PDF : Merencanakan PJU Tenaga Surya.pdf

Artikel sharing ini dibuat tahun 2016 dan sudah tersedia di beberapa platform sharing seperti Academia.edu, Scribd.com, Issuu.com dan lainnya. Isi artikel dibuat berdasarkan kondisi teknologi pada saat itu dan harus disesuaikan dengan perkembangan teknologi terbaru, terutama baterai.