Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Peralatan yang Digunakan

Panel surya yang tersusun rapi, salah satu alat penting dalam pembangkit listrik tenaga surya.

Sumber energi fosil, meskipun melimpah di Indonesia, suatu saat akan habis apabila dikonsumsi secara terus-menerus dan dalam skala besar. Untuk menjaga keberlanjutan energi, perlu dicari solusi alternatif yang ramah lingkungan dan berkelanjutan. Salah satu solusi yang paling menjanjikan adalah Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). 

Apa itu PLTS? PLTS adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan energi matahari sebagai sumber utama. PLTS menjadi pilihan utama karena Indonesia memiliki potensi energi baru terbarukan (EBT) yang melimpah. Berdasarkan berbagai literatur, potensi EBT di Indonesia, jika dikonversi ke listrik, dapat mencapai 400.000 megawatt (MW). Dari total potensi ini, sekitar 50% atau sekitar 200.000 MW merupakan potensi dari energi surya.

Mengapa PLTS menjadi pilihan yang tepat? Dengan potensi energi surya sebesar 200.000 MW, seharusnya Indonesia dapat mengandalkan energi matahari untuk memenuhi kebutuhan listrik yang terus meningkat. Namun, hingga saat ini, pemanfaatan energi surya masih sangat rendah. Dari potensi 200.000 MW, kapasitas PLTS yang telah terpasang di Indonesia hanya mencapai sekitar 150 MW, atau sekitar 0,08% dari total potensi yang ada.

Dengan memanfaatkan energi surya secara lebih optimal, Indonesia dapat mengurangi ketergantungan pada energi fosil dan beralih menuju penggunaan energi yang lebih bersih dan berkelanjutan.

Alat Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dan Fungsinya

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) terdiri dari berbagai komponen utama, yaitu baterai, inverter, dan panel surya, yang berfungsi untuk mengubah energi matahari menjadi listrik yang dapat digunakan di rumah atau kantor.

Baterai

Baterai berfungsi sebagai penyimpan energi listrik DC (arus searah). Ada beberapa jenis baterai yang umum digunakan dalam sistem PLTS, yaitu baterai VRLA, Tubular, dan baterai gel, yang kini tersedia dalam berbagai kapasitas. Baterai ini menyimpan energi yang dihasilkan oleh panel surya, sehingga listrik tetap tersedia bahkan saat cuaca mendung atau malam hari.

Panel Surya

Panel surya, atau dikenal juga sebagai sel surya atau photovoltaic, adalah komponen utama yang mengonversi cahaya matahari menjadi energi listrik. Panel surya tersedia dalam berbagai ukuran kapasitas, mulai dari 10 WP hingga 250 WP, tergantung kebutuhan. Sebaiknya, pilih panel yang telah bersertifikat dari BPPT (Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi) untuk memastikan kualitas dan keamanannya.

Inverter

Inverter mengubah tegangan DC dari baterai menjadi tegangan AC yang dapat digunakan oleh perangkat listrik di rumah. Inverter pada sistem PLTS kini telah berkembang dari sekadar perangkat cadangan (backup) menjadi sistem dengan daya tahan lebih lama, sehingga memungkinkan listrik tetap berjalan selama berjam-jam. Inverter modern juga dapat menghubungkan daya dari baterai dengan sumber daya eksternal, seperti PLN, sehingga lebih fleksibel.

Prinsip Kerja Sistem Inverter dan Pengisian Daya

Sistem PLTS bekerja dengan cara mengonversi sinar matahari menjadi listrik melalui panel surya, kemudian listrik tersebut disimpan dalam baterai. Ketika sinar matahari tidak cukup atau saat malam hari, inverter akan memanfaatkan energi dari baterai atau langsung dari jaringan PLN jika diperlukan. Solar hybrid inverter memungkinkan sistem beralih secara otomatis dalam waktu 10-20 milidetik dari sumber utama (panel surya) ke sumber cadangan (PLN) untuk menjaga pasokan listrik yang stabil.

Jenis Gelombang Inverter

Inverter dapat menghasilkan dua jenis gelombang, yaitu gelombang sinus (sine wave) yang lebih stabil dan gelombang kotak (square wave). Gelombang sinus lebih ideal karena lebih kompatibel dengan berbagai perangkat elektronik.

Jenis Inverter

Inverter tipe Solar Hybrid sudah dilengkapi dengan solar charge controller (SCC) dan mampu menghasilkan output daya dalam bentuk AC dan DC. Solar hybrid inverter ini memungkinkan pengguna memilih prioritas energi antara daya dari panel surya atau daya dari jaringan PLN untuk proses pengisian baterai (charging) dan suplai beban.

Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Secara Mendasar

Skema Pembangkit Listrik Tenaga Surya dengan menggunakan inverter solar hybrid.

Bagaimana sebenarnya prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)? Pada dasarnya, sistem PLTS memanfaatkan energi matahari yang diserap oleh panel surya. Panel surya biasanya dipasang di atap rumah karena posisi ini paling optimal untuk mendapatkan paparan sinar matahari tanpa terhalang oleh bangunan atau objek lain. Lokasi atap sebagai titik tertinggi pada bangunan memungkinkan penyerapan energi matahari secara maksimal.

Setelah energi matahari diserap oleh panel surya, energi ini dikonversi menjadi listrik arus searah atau DC (Direct Current). Listrik DC yang dihasilkan panel kemudian dialirkan ke inverter, perangkat yang berfungsi mengubah arus DC menjadi arus bolak-balik atau AC (Alternating Current), sehingga listrik tersebut siap digunakan untuk berbagai peralatan elektronik di rumah.

Setelah melewati inverter, listrik AC ini dialirkan ke panel distribusi yang terhubung dengan jaringan listrik rumah. Di sinilah listrik dari PLTS dapat langsung digunakan untuk kebutuhan rumah tangga. Setiap rumah yang memasang PLTS biasanya juga memiliki KWH meter exim (ekspor-impor), yang disediakan oleh PLN untuk mencatat jumlah listrik yang dihasilkan, digunakan, atau disalurkan ke jaringan PLN.

Jika energi listrik yang dihasilkan PLTS melebihi kebutuhan rumah, kelebihan listrik ini akan diekspor ke jaringan PLN dan dapat dikompensasikan melalui skema ekspor-impor. Sebaliknya, jika listrik dari PLTS tidak mencukupi kebutuhan rumah, sistem otomatis akan mengambil pasokan listrik dari jaringan PLN untuk menutupi kekurangannya.

Sistem PLTS Serta Penggunaan Efisien

Ada beberapa sistem pada PLTS, yaitu on-grid, hybrid, dan off-grid. Biasanya, sistem on-grid lebih diprioritaskan karena dianggap paling efisien. Sebelum pemasangan, penyedia jasa PLTS akan melakukan survei untuk menilai kebutuhan daya Anda, daya PLN yang terpasang, serta kebutuhan PLTS yang sesuai. Dalam sistem ini, PLN tetap berfungsi sebagai cadangan, di mana kekurangan energi dari PLTS secara otomatis diambil dari PLN jika pemakaian listrik rumah tangga melebihi kapasitas PLTS.

Solusi Teknologi PLTS Grid-Tie: Efisiensi dan Penghematan Listrik

Dengan kemajuan teknologi, sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) terus mengalami perkembangan signifikan. Salah satu inovasi yang populer saat ini adalah sistem PLTS Grid-Tie, atau biasa disebut solar on-grid. Sistem ini berbeda dari sistem off-grid karena tidak menggunakan baterai sebagai penyimpan daya. Energi yang dihasilkan oleh panel surya langsung disalurkan ke jaringan listrik rumah atau bangunan, membuatnya lebih efisien dalam pemakaian listrik sehari-hari.

Komponen Utama dalam Sistem PLTS Grid-Tie

Untuk menginstalasi sistem grid-tie, terdapat tiga komponen utama yang diperlukan:

• Panel Surya (Solar PV)
  Panel surya adalah komponen utama yang mengonversi energi matahari menjadi energi listrik melalui proses fotovoltaik.
• Inverter Grid-Tie
  Inverter jenis ini berfungsi untuk mengubah arus listrik searah (DC) yang dihasilkan oleh panel surya menjadi arus listrik bolak-balik (AC) yang sesuai dengan tegangan listrik dari PLN. Inverter grid-tie mampu beroperasi secara sinkron dengan tegangan jaringan PLN, sehingga daya yang dihasilkan oleh panel surya dapat disalurkan langsung ke beban listrik di rumah.
• KWH Meter Net Metering (Exim)
  KWH meter jenis ini, juga dikenal sebagai meteran ekspor-impor (exim), dapat mengukur energi listrik yang diimpor dari PLN maupun surplus energi yang diekspor kembali ke jaringan PLN. Untuk menggunakan sistem ini, pelanggan perlu mengajukan pemasangan KWH meter net metering ke pihak PLN.

Keunggulan dan Mekanisme Kerja PLTS Grid-Tie

Sistem PLTS Grid-Tie menawarkan efisiensi tinggi dengan memanfaatkan energi matahari secara langsung, mengurangi ketergantungan pada energi listrik dari jaringan PLN. Berikut adalah dua fitur utama sistem ini:

1. Sinkronisasi dengan PLN
   Inverter grid-tie bekerja dengan menyesuaikan arus dan tegangan dari panel surya dengan jaringan PLN, sehingga daya yang dihasilkan panel dapat langsung mengalir untuk memenuhi kebutuhan listrik rumah. Dalam kondisi ini, sistem grid-tie mampu mengurangi konsumsi daya dari PLN selama siang hari, saat intensitas sinar matahari optimal.
2. Ekspor Energi Surplus ke Jaringan PLN
   Ketika panel surya menghasilkan lebih banyak energi daripada kebutuhan listrik rumah, kelebihan energi tersebut dapat diekspor ke jaringan PLN. Energi yang diekspor ini nantinya tercatat oleh KWH meter net metering dan akan menjadi pengurang tagihan listrik di bulan berikutnya. Namun, perlu diperhatikan bahwa layanan net metering saat ini hanya tersedia untuk pelanggan pascabayar, sehingga sistem ini tidak kompatibel dengan meteran prabayar atau token.

Dengan sistem PLTS Grid-Tie, kita tidak hanya mengurangi tagihan listrik tetapi juga turut serta dalam upaya memanfaatkan energi terbarukan untuk kebutuhan energi sehari-hari.

Kesesuaian Kapasitas dan Penggunaan PLTS untuk Beban Listrik Ekstrem

PLTS dapat digunakan untuk beban listrik tinggi, seperti mesin bor atau mesin las, asalkan kapasitas sistemnya sesuai dengan kebutuhan. Oleh karena itu, penting untuk mengetahui kebutuhan daya Anda sebelum memasang PLTS. Selain itu, pemasangan PLTS juga mempertimbangkan luas dan daya dukung atap (rooftop) untuk menampung panel surya yang dibutuhkan. Secara umum, listrik yang dihasilkan oleh PLTS akan menjadi sumber utama, sementara PLN akan menjadi cadangan jika energi yang dihasilkan PLTS tidak mencukupi.

Pengaruh Cuaca dan Stabilitas Tegangan pada PLTS

Pengaruh Cuaca Terhadap Kinerja PLTS dan Stabilitas Tegangan  

PLTS sangat bergantung pada sinar matahari, dan hasil produksinya dapat menurun selama musim hujan atau saat cuaca mendung. Namun, yang berkurang hanyalah energi yang dihasilkan, bukan tegangan listriknya. Inverter yang digunakan dalam PLTS juga berfungsi sebagai stabilisator tegangan, sehingga perangkat elektronik di rumah Anda akan lebih awet dan tidak memerlukan stabilisator tambahan. Jika energi dari PLTS tidak mencukupi, listrik dari PLN akan secara otomatis digunakan untuk menutupi kekurangan tersebut, memastikan pasokan listrik tetap stabil.

Pemahaman tentang Watt Peak dan Fluktuasi Energi pada PLTS 

PLTS bekerja dalam ranah energi yang sifatnya fluktuatif. Istilah "Watt Peak" mengacu pada jam 10.00 hingga 14.00, yaitu saat energi matahari mencapai intensitas maksimum, sekitar 100%. Namun, perlu diingat bahwa intensitas energi matahari tidak selalu stabil dan akan naik-turun seiring waktu.

Panduan Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dengan Benar 

Proses instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya.

Berikut adalah langkah-langkah dasar untuk menginstalasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dengan baik dan aman.

1. Menentukan Lokasi Solar Panel

Tentukan lokasi pemasangan panel surya terlebih dahulu. Panel dapat dipasang di atas atap (rooftop) atau di atas tanah (ground system). Pastikan panel menghadap ke arah utara atau selatan untuk memaksimalkan paparan sinar matahari sepanjang hari. Hal ini penting karena matahari bergerak dari timur ke barat, sehingga orientasi ini akan memberikan hasil yang optimal.

2. Menghubungkan Konektor Solar Panel ke MCB

Sambungkan konektor dari panel surya ke MCB (Miniature Circuit Breaker) pada panel box. Pastikan di dalam panel box terdapat MCB DC dan arrester untuk melindungi sistem dari potensi gangguan, seperti lonjakan listrik yang tidak terduga. Alat-alat ini sangat penting untuk menjaga keamanan sistem PLTS.

3. Menyusun dan Menghubungkan Baterai

Jika menggunakan lebih dari satu baterai, hubungkan baterai secara seri dengan menyambungkan terminal positif ke terminal negatif antar-baterai. Setelah itu:

• Hubungkan kabel merah dari inverter ke terminal positif baterai.
• Hubungkan kabel hitam dari inverter ke terminal negatif baterai.

Pastikan pemasangan baterai dilakukan dengan benar, karena kesalahan dalam pemasangan dapat merusak komponen lain dalam sistem.

4. Menyambungkan Konektor Baterai ke Inverter

Sambungkan konektor dari baterai ke inverter sesuai dengan petunjuk terminal pada perangkat inverter. Langkah ini penting untuk memastikan aliran energi dari baterai ke inverter berjalan optimal.

5. Menyambungkan Konektor Solar Panel ke Inverter

Sambungkan kabel konektor dari panel surya ke terminal inverter. Perhatikan letak terminal di bagian belakang inverter agar sambungan sesuai dan aman.

6. Menghubungkan Sistem ke PLN (Opsional)

Jika menggunakan sistem hybrid yang terhubung ke jaringan PLN, sambungkan konektor inverter ke jaringan listrik PLN melalui terminal yang sesuai. Langkah ini memungkinkan sistem PLTS untuk berganti sumber daya dari baterai ke PLN jika baterai habis atau sinar matahari tidak mencukupi.

7. Mengaktifkan Sistem dan Menghubungkan Peralatan

Setelah semua koneksi terpasang dengan benar, nyalakan inverter untuk memulai sistem. Sistem PLTS kini siap untuk mendukung perangkat listrik yang terhubung dan akan otomatis bekerja sesuai dengan pasokan energi yang tersedia.

Pengaplikasian PLTS di Berbagai Lingkungan

Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) memiliki potensi besar untuk diaplikasikan di berbagai jenis bangunan dan fasilitas yang beroperasi terutama pada siang hari. Berikut adalah beberapa contoh area pengaplikasian PLTS:

• Institusi Pendidikan
  Sekolah dan universitas yang beroperasi pada siang hari dapat memanfaatkan PLTS untuk kebutuhan listrik harian.
• Fasilitas Publik
  Perkantoran, stasiun kereta, terminal bus, dan bandara dapat menggunakan energi surya untuk mengurangi konsumsi listrik dari jaringan PLN.
• Fasilitas Komersial
  SPBU, bank, hotel, pusat perbelanjaan, dan rumah sakit dapat memasang PLTS untuk mendukung kebutuhan listrik, sekaligus mengurangi emisi karbon.
• Gedung Pribadi dan Komersial
  Pemilik gedung pribadi maupun komersial juga dapat menginstalasi PLTS untuk mengurangi biaya listrik dan mendukung energi terbarukan.
• Rumah Tangga
  PLTS dapat digunakan untuk berbagai perangkat rumah tangga seperti TV, lampu, kulkas, dan alat rumah tangga lainnya.

Pada keseluruhan area pengaplikasian PLTS yang disebutkan, dalam sektor teknologi, PLTS juga dapat mendukung beberapa perangkat mini PC sekaligus, tergantung kapasitas inverter dan baterai yang digunakan.

Penting bagi kita untuk memahami dampak positif Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dalam mengurangi polusi, khususnya emisi karbon dioksida (CO₂) yang berbahaya bagi lingkungan. Sebagai contoh, pemasangan PLTS dengan kapasitas 3 kW (3000 watt) dapat mengurangi emisi CO₂ hingga 28 ton selama 20 tahun. Untuk PLTS dengan kapasitas 5 kW, emisi CO₂ yang bisa ditekan mencapai 47 ton dalam periode yang sama. Angka ini menunjukkan bahwa PLTS merupakan salah satu teknologi energi terbarukan yang sangat efektif dalam mengurangi jejak karbon.