PERANCANGAN SISTEM PLTS STANDALONE

1. Pendahuluan

Dokumen ini menyelesaikan perancangan PLTS standalone (off-grid) untuk sebuah rumah berdasarkan tabel beban pada gambar. Penyelesaian dilakukan dengan urutan (a) energi harian tiap beban, (b) total energi harian, (c) peak load, (d) inverter, (e) kapasitas PV, (f) jumlah panel, (g) kapasitas baterai, (h) jumlah baterai, dan (i) konfigurasi sistem.

2. Data Beban

Energi tiap beban dihitung dengan rumus E = P × jumlah × jam kerja.

3. Data dan Asumsi Desain

Parameter desain yang digunakan dalam perancangan ini adalah sebagai berikut.

4. Penyelesaian

a. Energi harian setiap beban

Mesin cuci = 400 × 1 × 1 = 400 Wh

Kulkas = 150 × 1 × 24 = 3.600 Wh

Pompa air = 250 × 1 × 1 = 250 Wh

Rice cooker = 300 × 1 × 0,9 = 270 Wh

Kipas angin = 45 × 2 × 8 = 720 Wh

TV = 100 × 1 × 6 = 600 Wh

Setrika = 300 × 1 × 1 = 300 Wh

Lampu = 16,67 × 15 × 6 = 1.500 Wh

Lainnya = 50 × 1 × 20 = 1.000 Wh

b. Total energi harian

E total = 400 + 3.600 + 250 + 270 + 720 + 600 + 300 + 1.500 + 1.000

= 8.640 Wh/hari = 8,64 kWh/hari

c. Peak load

Peak load dihitung dengan asumsi seluruh beban menyala bersamaan, sesuai metode perancangan standar.

P total = 400 + 150 + 250 + 300 + 90 + 100 + 300 + 250 + 50 = 1.890 W

d. Kapasitas inverter minimum dan pilihan inverter

P inverter min = 1,25 × 1.890 = 2.362,5 W

Dari pilihan 2.000 W, 3.000 W, dan 5.000 W, inverter 2.000 W tidak mencukupi. Inverter 3.000 W dipilih sebagai ukuran terkecil yang memenuhi dan memberi ruang untuk arus starting pompa air, kulkas, dan mesin cuci yang berbasis motor (surge bisa 2–3 kali daya nominal). Jenis yang dipilih adalah inverter pure sine wave 48 V.

e. Kapasitas PV minimum

PV awal = 8.640 / 5,2 = 1.661,5 W

Faktor 1,25 = 1.661,5 × 1,25 = 2.076,9 W ≈ 2,08 kWp

f. Jumlah panel 200 Wp

Jumlah panel = 2.076,9 / 200 = 10,38 → 11 panel

Kapasitas terpasang = 11 × 200 = 2.200 Wp = 2,2 kWp

Agar dapat dirangkai simetris (3 seri × 4 paralel), jumlah panel yang dipasang dinaikkan menjadi 12 panel = 2.400 Wp.

g. Kapasitas baterai minimum

E nominal = 8.640 / 0,8 = 10.800 Wh = 10,8 kWh

Tegangan sistem dipilih 48 V. Alasannya, pada 12 V arus DC mencapai sekitar 250 A untuk inverter 3.000 W, sehingga kabel sangat besar dan rugi-rugi tinggi. Sebagai pembanding, kebutuhan pada 12 V dan 48 V ditunjukkan berikut.

h. Jumlah baterai 12 V 100 Ah

Untuk sistem 48 V, empat baterai dirangkai seri untuk membentuk 48 V, kemudian beberapa string dirangkai paralel.

String paralel = 225 / 100 = 2,25 → 3 string

Jumlah baterai = 4 seri × 3 paralel = 12 baterai

Bank baterai: 48 V, 300 Ah

Energi nominal = 48 × 300 = 14.400 Wh

Energi usable (DoD 80%) = 14.400 × 0,8 = 11.520 Wh ≥ 8.640 Wh (OK)

Jika tetap memakai 12 V, diperlukan 900 / 100 = 9 baterai paralel (12 V 900 Ah). Konfigurasi ini tidak disarankan karena arus terlalu besar.

i. Konfigurasi sederhana sistem PLTS

Susunan PV array: 12 panel dirangkai 3 seri × 4 paralel (3S4P).

Tegangan array = 3 × 36 = 108 V (Voc ≈ 3 × 44 = 132 V)

Arus array = 4 × 5,56 = 22,2 A

Daya array = 108 × 22,2 ≈ 2.400 W

Arus charge ke baterai 48 V = 2.400 / 48 = 50 A

Dengan margin 1,25 (50 × 1,25 = 62,5 A), dipilih MPPT charge controller 48 V, 80 A, dengan tegangan input maksimum 150 V (di atas Voc array 132 V).

Aliran energi:

Matahari → PV Array (12 × 200 Wp, 3S4P) → Combiner box & breaker DC → MPPT 48 V/80 A → Bank baterai 48 V 300 Ah → Inverter 3.000 W → Panel distribusi → Beban AC

Komponen pendukung: kabel PV, circuit breaker/fuse DC pada sisi baterai, SPD, struktur mounting, dan grounding (earthing).

5. Ringkasan Spesifikasi

6. Catatan Perancangan

• Perhitungan menggunakan metode sederhana, yaitu belum memasukkan efisiensi inverter (±90%), rugi kabel, dan suhu panel. Pada perancangan nyata, kebutuhan PV dan baterai biasanya perlu ditambah sekitar 10–15%.

• Kulkas dan peralatan lainnya dihitung menyala penuh 24 jam sesuai tabel. Kulkas sebenarnya bekerja secara siklus kompresor, sehingga energi aktualnya kemungkinan lebih kecil dan desain ini bersifat konservatif.

• Rice cooker, setrika, dan mesin cuci (total 1.000 W) sebaiknya tidak dinyalakan bersamaan dengan pompa air. Pengaturan jadwal pemakaian dapat menurunkan beban puncak nyata.

• Pada daya inverter, surge starting pompa air, kulkas, dan mesin cuci perlu dicek terhadap kemampuan surge inverter pada datasheet.

7. Analisis Tingkat Tinggi

Pertanyaan: Jika kebutuhan PV hasil perhitungan tidak muat di atap, bagaimana menyelesaikannya tanpa mengubah kebutuhan energi beban?

Misalkan atap rumah hanya mampu menampung 8 panel 200 Wp (1,6 kWp), padahal kebutuhan 2,08 kWp. Solusi yang dapat dilakukan:

• Menggunakan panel dengan Wp lebih besar. Contoh: panel 400 Wp, 2.076,9 / 400 = 5,19, sehingga 6 panel (2.400 Wp) sudah cukup dan memakai area atap lebih kecil.

• Mengoptimalkan orientasi dan tilt angle agar produksi per Wp meningkat.

• Mengurangi shading (memangkas pohon, memindahkan panel) atau memilih lokasi pemasangan lain yang bebas bayangan.

• Memindahkan sebagian beban (mesin cuci, setrika, pompa air) ke periode radiasi tinggi agar energi PV terpakai langsung dan mengurangi beban baterai.

• Mengevaluasi ulang asumsi PSH berdasarkan data radiasi lokasi