Panduan Ahlinya Merancang & Memasang Sistem PV Surya

Desain dan pemasangan Sistem PV Surya

Dunia modern kita saat ini membutuhkan energi untuk berbagai aplikasi sehari-hari seperti manufaktur industri, pemanasan, transportasi, pertanian, aplikasi penerangan, dll. Sebagian besar kebutuhan energi kami biasanya dipenuhi oleh sumber energi non-terbarukan seperti batu bara, minyak mentah, gas alam, dll. Namun pemanfaatan sumber daya tersebut telah menyebabkan dampak besar terhadap lingkungan kita.

Selain itu, sumber daya energi ini tidak terdistribusi secara merata di bumi. Ada ketidakpastian harga pasar seperti dalam hal minyak mentah karena tergantung pada produksi dan ekstraksi dari cadangannya. Akibat ketersediaan sumber non-terbarukan yang terbatas, permintaan sumber terbarukan telah tumbuh dalam beberapa tahun terakhir.

Energi surya telah berada di pusat perhatian ketika berkaitan dengan sumber energi terbarukan. Energi surya tersedia dengan mudah dalam bentuk melimpah dan memiliki potensi untuk memenuhi kebutuhan energi seluruh planet kita. Sistem PV mandiri seperti yang ditunjukkan dalam gambar 1 adalah salah satu pendekatan ketika berkaitan dengan memenuhi permintaan energi kami independen dari utilitas. Oleh karena itu, dalam hal ini, kita akan melihat singkatnya perencanaan, desain, dan pemasangan sistem PV mandiri untuk pembangkitan listrik.

• Postingan Terkait: Panduan Lengkap tentang Instalasi 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 bervariasi secara signifikan tergantung pada waktu dan lokasi geografis menjadi sangat penting untuk memilih lokasi yang tepat untuk instalasi PV mandiri. Oleh karena itu, poin-poin berikut harus dipertimbangkan untuk penilaian dan pemilihan lokasi untuk instalasi.

1. Penyeberangan Minimum: Harus dipastikan bahwa lokasi yang dipilih baik di atap maupun tanah tidak boleh memiliki bayangan atau tidak boleh ada struktur yang menghalangi radiasi surya yang jatuh pada panel yang akan dipasang. Juga, pastikan tidak akan ada konstruksi struktur segera di sekitar instalasi yang mungkin menyebabkan masalah bayangan.
2. Luas Permukaan: Luas permukaan lokasi tempat instalasi PV dimaksudkan harus diketahui, untuk memperkirakan ukuran dan jumlah panel yang diperlukan untuk menghasilkan output daya yang diperlukan untuk beban. Ini juga membantu merencanakan pemasangan inverter, konverter, dan bank baterai.
3. Atap: Dalam kasus instalasi atap, tipe atap dan strukturnya harus diketahui. Dalam kasus atap miring, sudut kemiringan harus diketahui dan pemasang yang diperlukan harus digunakan agar panel mendapatkan lebih banyak insiden radiasi surya yaitu idealnya sudut radiasi harus tegak lurus pada panel PV dan praktis mendekati 90 derajat.
4. Rute: Rute yang mungkin untuk kabel dari inverter, bank baterai, pengontrol pengisian, dan array PV harus direncanakan sedemikian rupa sehingga akan memiliki penggunaan kabel minimum dan penurunan tegangan kabel yang lebih rendah. Perancang harus memilih antara efisiensi dan biaya sistem.

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

• Kilowatt-hour per meter persegi per hari (KWh/m²/hari): Ini adalah kuantitas energi yang diukur dalam kilowatt-hour, yang jatuh per meter persegi per hari.
• Jam Matahari Puncak Harian (PSH): Jumlah jam dalam hari selama irradiansi rata-rata 1000 W/m².

Jam matahari puncak paling umum digunakan karena mereka menyederhanakan perhitungan. Jangan bingung dengan “Jam Sinar Matahari Rata-rata” dan “Jam Matahari Puncak” yang akan Anda kumpulkan dari stasiun meteorologi. “Jam sinar matahari rata-rata” menunjukkan jumlah jam sinar matahari sedangkan “Jam matahari puncak” adalah jumlah energi aktual yang diterima dalam KWh/m²/hari. Di antara semua bulan selama periode satu tahun gunakan nilai insolis harian rata-rata terendah karena itu akan memastikan sistem akan beroperasi dengan cara yang lebih andal ketika matahari paling sedikit karena kondisi cuaca yang tidak sesuai.

• Postingan Terkait: Komponen Dasar yang Diperlukan untuk Instalasi Sistem Panel Surya

Pertimbangan untuk Sistem PV Mandiri

Perhitungan Permintaan Energi

Ukuran sistem PV mandiri tergantung pada permintaan beban. Beban dan waktu operasinya bervariasi untuk berbagai peralatan, sehingga perhatian khusus harus diberikan selama perhitungan permintaan energi. Konsumsi energi beban dapat ditentukan dengan mengalikan rating daya (W) beban dengan jumlah jam operasinya. Jadi, unit dapat ditulis sebagai watt × jam atau sederhana Wh.

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

Jadi, total permintaan energi harian dalam Wh dihitung dengan menambahkan permintaan beban individual dari setiap peralatan per hari.

Total permintaan energi Watt-hour = ∑ (Rating daya dalam Watt × Durasi operasi dalam jam).

Sistem harus dirancang untuk skenario terburuk yaitu untuk hari ketika permintaan energi tertinggi. Sistem yang dirancang untuk permintaan tertinggi akan memastikan sistem andal. Jika sistem memenuhi permintaan beban puncak itu akan memenuhi permintaan terendah. Namun merancang sistem untuk permintaan tertinggi akan meningkatkan biaya keseluruhan sistem. Di sisi lain, sistem akan dimanfaatkan 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?

Rating Inverter & Konverter (Pengontrol Pengisian)

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

Mari kita pertimbangkan 2.5 kVA dalam kasus kami, hence inverter dengan kapasitas penanganan daya yang berukuran 20-30% lebih tinggi dari daya yang menjalankan beban harus dipilih dari pasar. Dalam kasus beban motor, itu harus 3-5 kali lebih tinggi dari permintaan daya dari peralatan tersebut. Dalam kasus konverter, pengontrol pengisian dirating dalam arus dan tegangan. Rating arusnya dihitung dengan menggunakan rating arus singkat modul PV. Nilai tegangan sama dengan tegangan nominal baterai.

Pengukuran Konverter dan Pengontrol Pengisian

Rating pengontrol pengisian harus 125% dari arus singkat panel fotovoltaik. Dengan kata lain, Itu harus 25% lebih besar dari arus singkat panel surya.

Ukuran pengontrol pengisian surya dalam ampere = Arus singkat PV × 1.25 (Faktor keamanan).

Contohnya, kita membutuhkan 6 buah masing-masing panel surya 160W untuk sistem kami. Berikut adalah data terkait panel PV.

Misalkan spesifikasi modul PV adalah sebagai berikut.

• P_M = 160 W_Peak
• V_M = 17.9 V_DC
• I_M = 8.9 A
• V_OC = 21.4 A
• I_SC = 10 A

Rating yang diperlukan dari pengontrol pengisian surya = (4 panel x 10 A) x 1.25 = 50 A

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

Catatan: Rumus ini tidak berlaku pada charger MPPT Surya. Silakan merujuk ke manual pengguna atau memeriksa data rating nama plate untuk pengukuran yang tepat.

• Postingan Terkait: Cara Menghubung UPS / Inverter Otomatis ke Sistem Pasokan Rumah?

Pengukuran Inverter

Ukuran Inverter harus 25% lebih besar dari total beban karena kerugian dan masalah efisiensi di inverter. Dengan kata lain, Itu harus dirating 125% dari total beban yang diperlukan dalam watt. Contohnya, jika wattage yang diperlukan adalah 2400W, maka ukuran inverter harus:

2400W x 125%

2400W x 1.25

3000 Watt.

Jadi kita membutuhkan inverter 3kW dalam kasus beban 2400W.

Energi Harian yang Disuplai ke Inverter

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

Energi yang disuplai oleh baterai ke input inverter = 2700 / 0.90 = 3000 Wh/hari.

Tegangan Sistem

Tegangan input inverter disebut sebagai tegangan sistem. Ini juga adalah tegangan keseluruhan paket baterai. Tegangan sistem ini ditentukan oleh tegangan baterai individual yang dipilih, arus garis, penurunan tegangan maksimum yang diizinkan, dan kerugian daya dalam kabel. Biasanya, tegangan baterai adalah 12 V jadi akan menjadi tegangan sistem. Namun jika kita membutuhkan tegangan yang lebih tinggi itu harus kelipatan 12 V. i.e. 12 V, 24 V, 36 V, dan seterusnya.

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

• Postingan Terkait: Apa itu Dioda Blokir dan Dioda Bypass dalam Kotak Juntian Panel Surya?

Pengukuran Baterai

Saat mengukuran baterai beberapa parameter perlu dipertimbangkan sebagai berikut:

1. Kedalami Pengosongan (DOD) baterai.
2. Tegangan dan kapasitas ampere-hour (Ah) baterai.
3. Jumlah hari otonomi (Ini adalah jumlah hari yang diperlukan untuk mengidupkan seluruh sistem (daya cadangan) tanpa panel surya dalam kasus penyeberangan penuh atau hari hujan. Kami akan membahas bagian ini dalam artikel kami mendatang) untuk mendapatkan kapasitas Ah baterai yang dibutuhkan.

Mari kita pertimbangkan 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 charge yang diperlukan ditentukan sebagai berikut;

Kapasitas charge yang diperlukan = energi yang disuplai oleh baterai ke input inverter/tegangan sistem

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

Dari ini, jumlah baterai yang diperlukan dapat dihitung sebagai;

Jumlah baterai yang diperlukan = Kapasitas charge yang diperlukan / (100 × 0.7)

Jumlah baterai yang diperlukan = 125 Ah / (100 × 0.7) = 1.78 (bulatkan 2 baterai)

Jadi, 2 baterai 12 V, 100 Ah diperlukan. Namun karena pembulatan 140 Ah alih-alih 125 Ah yang diperlukan.

Kapasitas charge yang diperlukan = 2 × 100Ah × 0.7 = 140 Ah

Oleh karena itu, dua baterai 12 V, 100 Ah dalam paralel untuk memenuhi kapasitas charge di atas. Namun karena baterai individual adalah 12 V, 100 Ah saja dan persyaratan tegangan sistem adalah 24 V kita perlu menghubungkan dua baterai dalam seri untuk mendapatkan tegangan sistem 24 V seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2 di bawah ini:

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

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

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

Pengukuran Array PV

Berbagai ukuran modul PV yang tersedia di pasar menghasilkan level output daya yang berbeda. Salah satu cara umum untuk menentukan pengukuran array PV adalah menggunakan nilai rata-rata harian insolis terendah (irradiansi surya) dalam jam matahari puncak sebagai berikut;

Total ukuran array PV (W) = (Permintaan energi harian beban (Wh) / T_PH) × 1.25

Di mana T_PH adalah rata-rata harian jam matahari puncak terendah dari sebulan per tahun & 1.25 adalah faktor penskalaan. Dengan ini jumlah modul PV N_modules yang diperlukan dapat ditentukan sebagai;

N_modules = Total ukuran array PV (W) / Rating panel yang dipilih dalam peak-watts.

Misalkan, dalam kasus kami beban adalah 3000 Wh/hari. Untuk mengetahui total W_Peak yang dibutuhkan dari kapasitas panel surya, kita menggunakan faktor PFG yaitu.

Total W_Peak kapasitas panel PV = 3000 / 3.2 (PFG)

= 931 W_Peak

Sekarang, jumlah panel PV yang diperlukan adalah = 931 / 160W = 5.8.

Dengan cara ini, kita membutuhkan 6 buah panel surya masing-masing dirating 160W. Anda dapat menemukan jumlah panel surya yang tepat dengan membagi W_Peak dengan rating lain yaitu 100W, 120W 150W dll berdasarkan ketersediaan.

Catatan: Nilai PFG (Panel Generation Factor) bervariasi (karena perubahan iklim dan suhu) di berbagai daerah contoh, PFG di USA = 3.22, EU = 293, Thailand = 3.43 dll.

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

• Sinaran matahari tidak menyentuh panel surya secara langsung (5%)
• Tidak menerima energi pada titik daya maksimum (dikecualikan dalam kasus pengontrol pengisian MPPT). (10%)
• Kotoran pada panel surya (5%)
• Penuaan panel PV dan di bawah spesifikasi (10%)
• Suhu di atas 25°C (15%)

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

Pengukuran Kabel

Pengukuran kabel tergantung pada banyak faktor seperti kapasitas pembawa arus maksimum. Ini harus memiliki penurunan tegangan minimum dan memiliki kerugian resistif minimum. Karena kabel akan ditempatkan di lingkungan luar ruangan itu harus tahan air dan ultraviolet.

Kabel harus memiliki penurunan tegangan minimum biasanya kurang dari 2% karena ada masalah penurunan tegangan dalam sistem tegangan rendah. Pengukuran kabel yang terlalu kecil akan menghasilkan kerugian energi dan kadang-kadang bahkan dapat menyebabkan kecelakaan. sedangkan pengukuran yang terlalu besar tidak ekonomis terjangkau. Luas penampang kabel diberikan sebagai;

A = (ρI_ML / V_D) × 2

Di mana

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

Selain itu, Anda dapat menggunakan kalkulator ukuran kabel dan kawat ini. Juga, gunakan breaker dan stopkontak serta saklar yang berukuran dan rating yang tepat.

Mari kita lihat contoh diselesaikan untuk contoh di atas.

Contoh:

Misalkan kita memiliki beban listrik dalam watt berikut tempat kita membutuhkan 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 temukan jumlah panel surya, rating dan ukuran pengontrol pengisian, inverter dan baterai dll.

Menemukan Total Beban

Total Beban Wh / hari

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

= 1480 Wh / per hari

Wattage yang Diperlukan 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

Kapasitas W_Peak Panel Surya

= 1924 Wh /3.2

= 601.25 W_Peak

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 untuk mengidupkan kebutuhan beban kami.

Temukan Rating dan Ukuran Inverter

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

= 40W + 80W + 60W

= 180W

Sekarang, rating inverter harus 25% lebih besar dari total beban karena kerugian di inverter.

= 180W x 2.5

Rating & Ukuran Inverter = 225 W

Temukan Ukuran, Rating & Jumlah Baterai

Wattage beban dan waktu operasional dalam jam kami

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

Tegangan Nominal Baterai Siklus Dalam = 12V

Hari Otonomi yang Diperlukan (Daya oleh 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 diperlukan dalam Ampere-hour = 483.6 Ah

Dengan cara ini, kita membutuhkan kapasitas baterai 12V 500Ah untuk 2 hari otonomi.

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

Jika kapasitas baterai yang tersedia adalah 175Ah, 12 V, kita dapat menggunakan 3 buah baterai. Anda dapat mendapatkan jumlah baterai yang tepat dengan membagi kapasitas baterai yang diperlukan dalam Ampere-hour dengan rating Ah baterai yang tersedia.

Jumlah baterai yang diperlukan = Kapasitas baterai yang diperlukan dalam Ampere-hour / Rating Ah baterai yang tersedia

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

Temukan Rating dan Ukuran Pengontrol Pengisian Surya

Pengontrol pengisian harus 125% (atau 25% lebih besar) dari arus singkat panel surya.

Ukuran pengontrol pengisian surya dalam Amp = Arus singkat PV × 1.25

Spesifikasi modul PV

• P_M = 120 W_Peak
• V_M = 15.9 V_DC
• I_M = 7.5 A
• V_OC = 19.4 A
• I_SC = 8.8 A

Rating yang diperlukan dari pengontrol pengisian surya adalah = (5 panel x 8.8 A) x 1.25 = 44 A

Jadi Anda dapat menggunakan pengontrol pengisian dengan rating terdekat yang lebih tinggi yaitu 45A.

Perhatikan bahwa metode ini tidak dapat digunakan untuk menemukan ukuran yang tepat dari charger MPPT Surya. Silakan merujuk ke manual pengguna yang disediakan oleh produsen atau lihat rating nama plate yang dicetak padanya.

Menemukan Ampacity Kabel, CB, Saklar & Stopkontak

Gunakan alat dan postingan penjelasan berikut dengan diagram untuk menemukan rating arus yang tepat dari kawat dan kabel, saklar & stopkontak dan breaker.

• Kalkulator Ukuran Kabel atau Cara Menemukan Ukuran Kabel yang Tepang dengan Ampacity.
• Temukan Rating Arus Saklar & Stopkontak
• Temukan Ukuran dan Rating yang Tepang dari breaker.

Kesimpulan

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

Sistem seperti ini tidak akan memiliki dampak negatif pada lingkungan kita dan dapat menyediakan energi untuk jangka panjang setelah pemasangannya. Desain dan pemasangan sistematis di atas memberikan pedoman yang berguna untuk kebutuhan energi bersih dan berkelanjutan di dunia modern.

• By: M. Phansopkar
• Updated By: Electrical Technology