Bagaimana Merancang dan Memasang Sistem PV Surya?

Desain dan pemasangan Sistem PV Tenaga Surya

Saat ini dunia modern kita membutuhkan energi untuk berbagai aplikasi sehari-hari seperti manufaktur industri, pemanas, transportasi, pertanian, aplikasi petir, dll. Sebagian besar kebutuhan energi kita biasanya dipenuhi oleh sumber energi tak terbarukan seperti batu bara, minyak mentah, gas alam, dll. Namun pemanfaatan sumber daya tersebut telah menimbulkan dampak besar bagi lingkungan kita.

Selain itu, bentuk sumber energi ini tidak terdistribusi secara merata di bumi. Ada ketidakpastian harga pasar seperti dalam kasus minyak mentah karena tergantung pada produksi dan ekstraksi dari cadangannya. Karena ketersediaan sumber yang tidak terbarukan terbatas, permintaan akan sumber terbarukan telah meningkat dalam beberapa tahun terakhir.

Energi surya telah menjadi pusat perhatian dalam hal sumber energi terbarukan. Ini sudah tersedia dalam bentuk yang melimpah dan memiliki potensi untuk memenuhi kebutuhan energi seluruh planet kita. Sistem PV mandiri surya seperti yang ditunjukkan pada gambar 1 adalah salah satu pendekatan dalam memenuhi permintaan energi kita terlepas dari utilitas. Oleh karena itu berikut ini, kita akan melihat secara singkat perencanaan, perancangan, dan pemasangan sistem PV mandiri untuk pembangkit listrik.

• Postingan Terkait: Panduan Lengkap Tentang Pemasangan Panel Surya. Prosedur Langkah demi Langkah dengan Perhitungan &  Diagram

Perencanaan sistem PV Mandiri

Penilaian lokasi, survei &penilaian sumber daya energi surya:

Karena output yang dihasilkan oleh sistem PV sangat bervariasi tergantung pada waktu dan lokasi geografis, menjadi sangat penting untuk memiliki pemilihan lokasi yang tepat untuk instalasi PV mandiri. Oleh karena itu, poin-poin berikut harus dipertimbangkan untuk penilaian dan pemilihan lokasi pemasangan.

1. Warna Minimum: Harus dipastikan bahwa tapak yang dipilih baik di rooftop maupun ground tidak boleh memiliki naungan atau tidak memiliki struktur yang menahan radiasi matahari yang jatuh pada panel yang akan dipasang. Selain itu, pastikan tidak akan ada konstruksi struktural di sekitar instalasi yang dapat menyebabkan masalah bayangan.
2. Luas Permukaan: Luas permukaan lokasi di mana instalasi PV dimaksudkan harus diketahui, untuk memiliki perkiraan ukuran dan jumlah panel yang diperlukan untuk menghasilkan keluaran daya yang diperlukan untuk beban. Ini juga membantu merencanakan pemasangan inverter, konversi, dan bank baterai.
3. Atap: Dalam hal pemasangan atap harus diketahui jenis atap dan strukturnya. Dalam kasus atap miring, sudut kemiringan harus diketahui dan pemasangan yang diperlukan harus digunakan untuk membuat panel memiliki lebih banyak insiden radiasi matahari yaitu idealnya sudut radiasi harus tegak lurus terhadap panel PV dan praktis mendekati 90 derajat .
4. Rute: Rute yang memungkinkan untuk kabel dari inverter, bank baterai, pengontrol pengisian daya, dan susunan PV harus direncanakan dengan cara yang akan memiliki penggunaan kabel yang minimum dan penurunan tegangan kabel yang lebih rendah. Perancang harus memilih antara efisiensi dan biaya sistem.

Untuk memperkirakan daya keluaran, penilaian energi surya dari situs yang dipilih adalah yang terpenting. Insolasi didefinisikan sebagai ukuran energi matahari yang diterima di area tertentu selama periode waktu tertentu. Anda dapat menemukan data ini menggunakan piranometer, namun tidak perlu karena Anda dapat menemukan data insolasi di stasiun meteorologi terdekat. Saat menilai energi matahari, data dapat diukur dengan dua cara sebagai berikut:

• Kilowatt-jam per meter persegi per hari (KWh/m ² /hari): Ini adalah kuantitas energi yang diukur dalam kilowatt-jam, yang dinyatakan dalam meter persegi per hari.
• Jam Matahari Puncak Harian (PSH): Jumlah jam dalam sehari selama rata-rata penyinaran hingga 1000 W/m ² .

Jam matahari puncak paling sering digunakan karena menyederhanakan perhitungan. Jangan bingung dengan “Rata-rata Jam Sinar Matahari ” dan “Jam Tersibuk Matahari ” yang akan Anda kumpulkan dari stasiun meteorologi. "Rata-rata jam sinar matahari" menunjukkan jumlah jam sinar matahari karena "Jam matahari puncak" adalah jumlah energi aktual yang diterima dalam KWh/m ² /hari. Di antara semua bulan selama periode tahun, gunakan nilai insolasi harian rata-rata terendah karena akan memastikan bahwa sistem akan beroperasi dengan cara yang lebih andal saat matahari paling sedikit karena kondisi cuaca yang tidak sesuai.

• Postingan Terkait: Komponen Dasar yang Dibutuhkan untuk Pemasangan Sistem Panel Surya

Pertimbangan untuk sistem PV Mandiri

Perhitungan Permintaan Energi

Ukuran sistem PV mandiri bergantung pada permintaan beban. Beban dan waktu pengoperasiannya bervariasi untuk peranti yang berbeda, oleh karena itu perhatian khusus harus diberikan selama perhitungan kebutuhan energi. Konsumsi energi beban dapat ditentukan dengan mengalikan peringkat daya (W) beban dengan jumlah jam operasinya. Dengan demikian, satuannya dapat ditulis sebagai watt × jam atau cukup Wh.

Permintaan energi Watt-jam =Peringkat daya dalam Watt × Durasi operasi dalam jam.

Dengan demikian, total permintaan energi harian dalam Wh dihitung dengan menambahkan permintaan beban individual setiap alat per hari.

Total kebutuhan energi Watt-jam =(Peringkat daya dalam Watt × Durasi operasi dalam jam).

Sebuah sistem harus dirancang untuk skenario terburuk, yaitu pada hari ketika permintaan energi tertinggi. Sebuah sistem yang dirancang untuk permintaan tertinggi akan memastikan bahwa sistem tersebut dapat diandalkan. Jika sistem memenuhi permintaan beban puncak, maka sistem akan memenuhi permintaan terendah. Tetapi merancang sistem untuk permintaan tertinggi akan meningkatkan biaya keseluruhan sistem. Di sisi lain, sistem akan digunakan sepenuhnya hanya selama permintaan beban puncak. Jadi, kita harus memilih antara biaya dan keandalan sistem.

• Postingan Terkait:Berapa Watt Panel Surya yang Kita Butuhkan untuk Peralatan Listrik Rumah Kita?

Peringkat Inverter &Konverter (Pengontrol Pengisian Daya)

Untuk memilih inverter yang tepat, tegangan input dan output serta rating arus harus ditentukan. Tegangan keluaran inverter ditentukan oleh beban sistem, harus mampu menangani arus beban dan arus yang diambil dari bank baterai. Berdasarkan total beban yang terhubung ke sistem, peringkat daya inverter dapat ditentukan.

Mari kita pertimbangkan 2,5 kVA  dalam kasus kami, maka inverter dengan kapasitas penanganan daya yang memiliki ukuran 20-30% lebih tinggi dari daya yang menjalankan beban harus dipilih dari pasar. Dalam hal beban motor, harus 3-5 kali lebih tinggi dari kebutuhan daya alat tersebut. Dalam kasus konverter, pengontrol muatan dinilai dalam arus dan tegangan. Nilai arusnya dihitung dengan menggunakan nilai arus hubung singkat modul PV. Nilai tegangan sama dengan tegangan nominal baterai.

Ukuran Konverter dan Pengontrol Pengisian Daya

Peringkat pengontrol muatan harus 125% dari arus hubung singkat panel fotovoltaik. Dengan kata lain, harus 25% lebih besar dari arus hubung singkat panel surya.

Ukuran pengontrol muatan surya dalam ampere =Arus hubung singkat PV × 1,25 (Faktor keamanan).

Misalnya, kami membutuhkan 6 angka masing-masing panel surya 160W untuk sistem kami. Berikut adalah tanggal terkait panel PV.

Misalkan spesifikasi modul PV adalah sebagai berikut.

• P_M =160 W_Puncak
• V_M =17,9 V_DC
• Saya_L =8,9 A
• V_OC =21,4 J
• Saya_SC =10 A

Tingkat yang diperlukan untuk pengontrol muatan surya adalah =(4 panel x 10 A) x 1,25 =50 A

Sekarang, pengontrol pengisian daya 50A diperlukan untuk konfigurasi sistem 12V DC.

Catatan:Formula ini tidak berlaku pada pengisi daya MPPT Solar. Silakan merujuk ke manual pengguna atau periksa peringkat data papan nama untuk ukuran yang tepat.

• Postingan Terkait: Bagaimana Menghubungkan UPS / Inverter Otomatis ke Sistem Pasokan Rumah?

Ukuran Inverter

Ukuran Inverter harus 25% lebih besar dari total beban karena kerugian dan masalah efisiensi pada inverter. Dengan kata lain, Ini harus dinilai 125% dari total beban yang dibutuhkan dalam watt. Misalnya, jika watt yang dibutuhkan adalah 2400W, maka ukuran inverter seharusnya:

2400W x 125%

2400W x 1,25

3000 Watt.

Jadi kita membutuhkan inverter 3kW jika beban 2400W.

Energi Harian Disuplai ke Inverter

Mari kita pertimbangkan dalam kasus kita konsumsi energi harian oleh beban adalah 2700 Wh. Perhatikan bahwa inverter memiliki efisiensi, sehingga energi yang disuplai ke inverter harus lebih besar dari energi yang digunakan oleh beban, sehingga kerugian pada inverter dapat dikompensasi. Dengan asumsi efisiensi 90% dalam kasus kami, total energi yang dipasok oleh baterai ke inverter akan diberikan sebagai;

Energi yang dipasok oleh baterai ke input inverter =2700 / 0,90 =3000 Wh/per hari.

Tegangan Sistem

Tegangan input inverter disebut sebagai tegangan sistem. Ini juga merupakan tegangan paket baterai secara keseluruhan. Tegangan sistem ini ditentukan oleh tegangan baterai individual yang dipilih, arus saluran, penurunan tegangan maksimum yang diizinkan, dan kehilangan daya pada kabel. Biasanya, tegangan baterai adalah 12 V sehingga akan menjadi tegangan sistem. Tetapi jika kita membutuhkan tegangan yang lebih tinggi harus kelipatan 12 V. yaitu 12 V, 24 V, 36 V, dan seterusnya.

Dengan menurunkan arus, rugi daya dan jatuh tegangan pada kabel dapat dikurangi, hal ini dapat dilakukan dengan menaikkan tegangan sistem. Ini akan meningkatkan jumlah baterai dalam seri. Oleh karena itu, seseorang harus memilih antara rugi daya dan tegangan sistem. Sekarang untuk kasus kita, mari kita pertimbangkan tegangan sistem 24 V.

• Pos Terkait:  Apa yang dimaksud dengan Dioda Pemblokiran dan Dioda Bypass dalam Kotak Sambungan Panel Surya?

Ukuran Baterai

Saat mengukur baterai, beberapa parameter perlu dipertimbangkan sebagai berikut:

1. Depth of Discharge (DOD) baterai.
2. Kapasitas voltase dan ampere-jam (Ah) baterai.
3. Jumlah hari otonomi (Ini adalah jumlah hari yang diperlukan untuk menyalakan seluruh sistem (daya cadangan) tanpa panel surya jika terjadi naungan penuh atau hari hujan. Kami akan membahas bagian ini dalam artikel kami yang akan datang) untuk dapatkan kapasitas baterai Ah yang dibutuhkan.

Mari kita anggap kita memiliki baterai 12 V, 100 Ah dengan DOD 70%. Jadi, kapasitas yang dapat digunakan adalah 100 Ah × 0,70 =70 Ah. Oleh karena itu, kapasitas muatan yang diperlukan ditentukan sebagai berikut;

Kapasitas pengisian yang diperlukan =energi yang dipasok oleh baterai ke input inverter/tegangan sistem

Kapasitas pengisian yang diperlukan =3000 Wh/ 24 V =125 Ah

Dari sini, jumlah baterai yang dibutuhkan dapat dihitung sebagai;

Tidak. baterai yang dibutuhkan =Kapasitas pengisian yang dibutuhkan / (100 × 0,7)

Tidak. baterai yang dibutuhkan =125 Ah / (100 × 0,7) =1,78 (membulatkan 2 baterai)

Jadi, diperlukan 2 baterai 12 V, 100 Ah. Tetapi karena pembulatan 140 Ah, bukan 125 Ah diperlukan.

Kapasitas pengisian yang diperlukan =2 × 100Ah × 0,7 =140 Ah

Oleh karena itu, dua baterai 12 V, 100 Ah secara paralel untuk memenuhi kapasitas pengisian di atas. Tetapi karena masing-masing baterai adalah 12 V, 100 Ah saja dan persyaratan tegangan sistem adalah 24 V, kita perlu menghubungkan dua baterai secara seri untuk mendapatkan tegangan sistem 24 V seperti yang ditunjukkan pada gambar 2 di bawah ini:

Jadi, total akan ada empat baterai 12V, 100Ah. Dua dihubungkan secara seri dan dua dihubungkan secara paralel.

Juga, kapasitas baterai yang dibutuhkan dapat ditemukan dengan rumus berikut.

• Postingan Terkait: Koneksi Baterai Seri, Paralel, dan Seri-Paralel

Ukuran Array PV

Ukuran modul PV yang berbeda yang tersedia di pasar menghasilkan tingkat daya keluaran yang berbeda. Salah satu cara paling umum untuk menentukan ukuran susunan PV adalah dengan menggunakan insolasi harian rata-rata terendah (iradiasi matahari) pada jam-jam puncak matahari sebagai berikut;

Ukuran total array PV (W) =(Permintaan energi per hari dari beban (Wh) / T_PH ) × 1,25

Di mana T_PH adalah jam matahari puncak rata-rata harian terendah dalam sebulan per tahun &1,25 adalah faktor penskalaan. Dengan ini jumlah modul PV N_modul diperlukan dapat ditentukan sebagai;

N_modul =Ukuran total susunan PV (W) / Peringkat panel yang dipilih dalam watt puncak.

Misalkan, dalam kasus kami bebannya adalah 3000 Wh/per hari. Untuk mengetahui total W_Puncak yang dibutuhkan kapasitas panel surya, kami menggunakan faktor PFG yaitu

Total W_Puncak kapasitas panel PV =3000 / 3,2 (PFG)

=931 W_Puncak

Sekarang, jumlah panel PV yang dibutuhkan adalah =931 / 160W =5,8.

Dengan cara ini, kita membutuhkan 6 jumlah panel surya yang masing-masing memiliki daya 160W. Anda dapat menemukan jumlah pasti panel surya dengan membagi W_Puncak oleh peringkat lain yaitu 100W, 120W 150W dll berdasarkan ketersediaan.

Catatan :Nilai PFG (Faktor Generasi Panel) bervariasi (karena perubahan iklim dan suhu) di berbagai wilayah misalnya, PFG di AS =3,22, UE =293, Thailand =3,43 dll.

Selain itu, kerugian tambahan harus dipertimbangkan untuk menemukan faktor pembangkitan panel (PGF) yang tepat. Kerugian ini (dalam %) terjadi karena :

• Sinar matahari tidak langsung mengenai panel surya (5%)
• Tidak menerima energi pada titik daya maksimum (tidak termasuk dalam hal pengontrol pengisian daya MPPT). (10%)
• Kotoran pada panel surya (5%)
• Panel PV menua dan di bawah spesifikasi (10%)
• Suhu di atas  25°C (15%)

Jenis Posting Terkait Panel Surya dan Jenis Panel Surya Mana yang Terbaik?

Ukuran Kabel

Ukuran kabel bergantung pada banyak faktor seperti daya dukung arus maksimum. Ini harus memiliki penurunan tegangan minimum dan memiliki kerugian resistif minimum. Karena kabel akan ditempatkan di lingkungan luar, kabel ini harus tahan air dan ultraviolet.

Kabel harus berperilaku penurunan tegangan minimum biasanya kurang dari 2% karena ada masalah penurunan tegangan dalam sistem tegangan rendah. Ukuran kabel yang terlalu kecil akan mengakibatkan hilangnya energi dan terkadang bahkan dapat menyebabkan kecelakaan. sedangkan oversizing tidak terjangkau secara ekonomi. Luas penampang kabel diberikan sebagai;

A =(ρSaya_M L / V_D ) × 2

Di mana

• ρ adalah resistivitas bahan kawat penghantar (ohm-meter).
• L adalah panjang kabel.
• V_D adalah penurunan tegangan maksimum yang diizinkan.
• Saya_M adalah arus maksimum yang dibawa oleh kabel.

Selain itu, Anda dapat menggunakan kalkulator ukuran kabel dan kawat ini. Selain itu, gunakan pemutus arus dengan ukuran yang tepat serta steker dan sakelar terukur.

Mari kita selesaikan contoh untuk contoh di atas.

Contoh:

Misalkan kita memiliki beban listrik berikut dalam watt di mana kita memerlukan desain dan pemasangan sistem panel surya 12V, 120W.

• Lampu LED 40W selama 12 Jam per hari.
• Kulkas 80W selama 8 Jam per hari.
• Kipas DC 60W selama 6 Jam per hari.

Sekarang mari kita cari jumlah panel surya, peringkat dan ukuran pengontrol muatan, inverter, dan baterai, dll.

Menemukan Beban Total

Total Muatan dalam Wh / hari

=(40W x 12 jam) + (80W x 8 jam) + (60W x 6 jam)

=1480 Wh / per hari

Watt yang dibutuhkan oleh Sistem Panel Surya

=1480 Wh x 1,3 … (1.3 adalah faktor yang digunakan untuk energi yang hilang dalam sistem)

=1924 Wh/hari

Menemukan Ukuran dan Jumlah Panel Surya

P_Puncak Kapasitas Panel Surya

=1924 Wh /3.2

=601,25 W_Puncak

Jumlah Panel Surya yang Diperlukan

=601,25 / 120W

Jumlah Panel Surya =5 Modul Panel Surya

Dengan cara ini, 5 panel surya masing-masing 120W akan mampu memenuhi kebutuhan beban kami.

Temukan Peringkat dan Ukuran Inverter

Karena hanya ada beban AC di sistem kami untuk waktu tertentu (yaitu tidak ada beban DC tambahan &langsung yang terhubung ke baterai) dan total watt yang kami butuhkan adalah:

=  40W + 80W + 60W 

=180W

Sekarang, peringkat inverter harus 25% lebih besar dari total beban akibat kerugian pada inverter.

=180W x 2,5

Peringkat &Ukuran Inverter =225 W

Temukan Ukuran, Peringkat &Jumlah Baterai

watt beban dan waktu operasional kami dalam jam

=(40W x 12 jam) + (80W x 8 jam) + (60W x 6 jam)

Tegangan Nominal Baterai Siklus Dalam =12V

Hari Otonomi yang Diperlukan (Daya dengan baterai tanpa daya panel surya) =2 hari.

[(40W x 12 jam) + (80W x 8 jam) + (60W x 6 jam) / (0,85 x 0,6 x 12V)] x 2 hari

Kapasitas baterai yang dibutuhkan dalam Ampere-hour =483,6 Ah

Dengan cara ini, kami membutuhkan baterai berkapasitas 12V 500Ah untuk otonomi 2 hari.

Dalam hal ini, kita dapat menggunakan 4 jumlah baterai masing-masing 12 V, 125Ah yang dihubungkan secara paralel.

Jika kapasitas baterai yang tersedia adalah 175Ah, 12 V, kami dapat menggunakan 3 jumlah baterai. Anda bisa mendapatkan jumlah pasti baterai dengan membagi kapasitas baterai yang dibutuhkan dalam Ampere-jam dengan peringkat Ah baterai yang tersedia.

Jumlah baterai yang diperlukan = Kapasitas baterai yang diperlukan dalam Ampere-jam / Peringkat Ah baterai yang tersedia

• Postingan Terkait: Waktu Pengisian dan Rumus Arus Pengisian Baterai (Dengan Contoh Baterai 120Ah)

Temukan Rating dan Ukuran Solar Charge Controller

Pengisi daya harus 125% (atau 25% lebih besar) dari arus hubung singkat panel surya.

Ukuran solar charge controller di Amp =Arus hubung singkat PV × 1,25

Spesifikasi modul PV

• P_M =120 W_Puncak
• V_M =15,9 V_DC
• Saya_L =7,5 A
• V_OC =19,4 A
• Saya_SC =8,8 A

Tingkat yang diperlukan untuk pengontrol muatan surya adalah =(5 panel x 8,8 A) x 1,25 =44 A

Agar Anda dapat menggunakan pengontrol pengisian daya terukur terdekat berikutnya, yaitu 45A.

Perhatikan bahwa metode ini tidak dapat digunakan untuk menemukan ukuran pasti pengisi daya surya MPPT. Silakan merujuk ke manual pengguna yang disediakan oleh produsen atau lihat peringkat papan nama yang tercetak di atasnya.

Menemukan Kapasitas Kabel, CB, Sakelar &Steker

Gunakan alat dan postingan penjelasan berikut dengan bagan untuk menemukan nilai ampere yang tepat dari kawat dan kabel, sakelar &colokan, dan pemutus sirkuit.

• Kalkulator Ukuran Kawat Kabel atau Cara Menemukan ukuran kabel yang tepat dengan ampacity.
• Temukan nilai ampere Saklar &Colokan
• Temukan ukuran dan peringkat pemutus sirkuit yang sesuai.

Kesimpulan

Sistem PV mandiri adalah cara terbaik untuk memanfaatkan energi matahari yang ramah lingkungan yang tersedia. Desain dan pemasangannya nyaman dan andal untuk kebutuhan energi skala kecil, menengah, dan besar. Sistem seperti itu membuat ketersediaan listrik hampir di mana saja di dunia, terutama di daerah terpencil. Itu membuat konsumen energi independen dari utilitas dan sumber energi lain seperti batu bara, gas alam, dll.

Sistem seperti itu tidak berdampak negatif pada lingkungan kita dan dapat menyediakan energi untuk waktu yang lama setelah pemasangannya. Desain dan pemasangan sistematis di atas memberikan panduan yang berguna untuk kebutuhan kita akan energi bersih dan berkelanjutan di dunia modern.

• Oleh:M. Phansopkar
• Diperbarui Oleh:Teknologi Listrik