General Design of Solar Pump

Banyak daerah terpencil di Indonesia belum bisa menikmati aliran listrik dari pemerintah. kebanyakan dari mereka menggunakan mesin diesel/genset untuk menghasilkan listrik yang digunakan  untuk penerangan, Pompa, pertanian dan lain-lain. Banyak kendala yang dihadapi dalam mengunakan mesin diesel terutama dari segi biaya dan perawatan. Bila diasumsikan rata-rata satu hari menggunakan 4 liter solar dengan harga sekarang Rp. 4500 maka dalam sebulan akan mengeluarkan biaya sebesar Rp 540.000. Belum lagi biaya perawatan dan perbaikan mesin, biaya transportasi, dan lain-lain. Cara yang paling sederhana untuk mengatasi masalah ini adalah menggunakan energi terbarukan pada salah satu aktifitas warga yang menggunakan listrik misalnya Penggunaan Pompa air menggunakan tenaga surya. Hal ini akan secara langsung dapat menekan konsumsi masyarakat pada penggunaan bahan bakar fosil khusunya minyak solar.

Pompa air adalah salah satu yang paling sederhana dan tepat untuk menggunakan tenaga surya. Pompa air tenaga surya ini dapat memeuhi berbagai kebutuhan air seperti untuk irigasi untuk pengairan sawah, untuk kebutuhan air sehari-hari (mandi, cuci, dan minum). banyak keuntungan dari pemanfaatan pompa air tenaga surya antara lain; merupakan teknologi terbarukan, tidak memerlukan perawatan khusus, dan  tidak memerlukan bahan bakar minyak.

Pada Trakia journal of Sciences yang ditulis oleh Eker tahun 2005, ada dua tipe pompa tenaga surya, antara lain:

1. Battery-Coupled
    Pada Battery-Coupled, sistem pompa tenaga surya akan menggunakan baterai untuk menyimpan dan memasok arus listrik DC ke baban (pompa). Sistem ini terdiri dari PV, BCR, Baterai, Pengontrol pompa, switch tekanan tangki, dan pompa air DC. Pada siang hari arus listrik yang dihasilkan di isi ke baterai yang kemudian arus listrik dari baterai akan dialirkan ke pompa kapan saja dibutuhkan.

Gambar 1. Battery-Coupled solar pumping system

(Sumber: Eker, 2005)

Penggunaan baterai pada pompa tenaga surya memiliki kelemahan. Baterai dapat mengurangi efisiensi keseluruhan sistem karena tegangan operasi ditentukan oleh baterai. hal ini juga tergantung pada suhu dan seberapa baik baterai diisi. Tegangan yang didapat dari baterai bisa 1-4 volt lebih rendah dari tegangan yang dihasilkan oleh panel surya selama kondisi maksimal. Pengurangan efisiensi ini dapat diatasi dengan penggunaan Pump Controller sehingga tegangan dari baterai dapat ditingkatkan.

2. Direct-Coupled

    Pada Direct-Coupled, sistem pompa tenaga surya tidak menggunakan baterai sehingga arus listrik dialirkan  langsung ke baban (pompa). Sistem ini dirancang hanya memompa air selama adanya matahari yaitu pada siang hari. Jumlah air yang dipompa sepenuhnya tergantung pada jumlah intensitas cahaya matahri yang dihasilkan. Apabila intensitas matahari pada titik optimal maka pompa beroperasi pada atau dekat efisiensi 100% dengan air mengalir maksimum. namun pada pagi dan sore efisiensi pompa turun sebesar 25% atau lebih dibawah kondisi cahaya rendah. selain itu selam kondisi berawan efisiensi pompa juga terganggu. Sehingga dari kelemahan-kelamhan yang didapat diperlukan design modul surya yang cocok atau menentukan banyaknya modul surya yang sesuai untuk mengatasinya. Selain itu, diperlukan tempat penyimpanan air yang lebih besar apabila suatu saaat modul surya tidak mampu menggerakkan pompa karena kekurangan energi dari matahari.

Gambar 2. Direct-Coupled solar pumping system

(Sumber: Eker, 2005)

Secara umum sistem Direct-Coupled paling sering digunakan. Tujuan menggunakan sistem ini adalah agar lebih ekonomis karena tidak menggunakan baterai selain itu, Indonesia memiliki intensitas cahaya matahari yang cukup karena berada di garis katulistiwa.
Sistem perairan yang menggunakan tenaga surya memiliki sistem utama yaitu modul surya. Pompa DC, Tangki penyimpanan air, dan kontrol.
1. Modul surya
    Modul surya merupakan sumber penghasil energi listrik DC yang di picu dari pengaruh energi luar yaitu energi matahari. Dalam pemasangan modul surya terdapat dua cara yaitu; pertama, supaya lebih ekonomis modul surya yang diletakkan pada kedudukan yang menghadap keselatan tanpa menggunakan tracker. kedua, modul surya yang diletakkan pada sebuah struktur yang menggunakan tracker. Tujuan menggunakan tracker adalah mengoptimalkan energi matahri yang jatuh di permukaan modul.

Gambar 3. Modul surya yang menggunakan tracker dan modul surya yang menggunakan tracker

( Sumber: http://kunaifi.files.wordpress.com/2009/03/p1040220.jpg dan http://energisurya.files.wordpress.com/2007/08/solar-pump.jpg)

2. Pompa DC
    Pompa DC dapat digolongkan sebagai pump displacement sentrifugal, submersible, atau surface type. Pompa menggunakan diafragma, baling-baling atau piston untuk menutup air dalam ruang dan memaksa melalui outlet debit. Pompa sentrifugal menggunakan impeller berputar yang menambahkan energi ke air dan mendorong ke sistem, mirip dengan roda air. Pompa submersible, ditempatkan ke dalam sumur atau bah, sangat handal karena mereka tidak terkena suhu beku, tidak perlu perlindungan khusus dari element, dan tidak memerlukan cat dasar. Pompa surface type, pompa terletak dekat permukaan air, digunakan terutama untuk memindahkan air melalui saluran pipa. Beberapa pompa permukaan dapat digunakan pada dataran tinggi yang cocok untuk bergerak jarak jauh atau untuk tinggi elevasi (Eker, 2005).

Gambar 4. Pompa DC sentrifugal

(Sumber : conergy, n.d)

3. Tangki penyimpanan air
   Baterai biasanya tidak dianjurkan untuk sistem pengairan bertenaga surya karena bisa mengurangi efisiensi keseluruhan sistem dan dan menambah biaya pemeliharaan . Dari pada menyimpan listrik dalam baterai, umumnya lebih sederhana dan lebih ekonomis untuk menginstal 3 sampai bernilai 10 hari penyimpanan air (Eker, 2005).

4. Controller or inverter

    Controller pada pompa berfungsi melindungi pompa dari tinggi atau rendahnya tegangan dan memaksimalkan jumlah air yang di pompa walaupun kondisi cuaca kurang ideal. Atau Apabila pompa tergolong pompa AC maka sistem di tambah dengan inverter. inverter berfungsi untuk merubah arus listrik DC menjadi AC untuk mengoperasikan pompa.

Setelah mengetahui sistem utama dari pengairan yang menggunakan tenaga surya selanjutnya baru mendisain sistem nya. Secara umum perancangan ini sama dengan perancangan sistem PLTS skala rumah tangga tapi yang membedakan sistem ini di khuskan untuk pompa yang digunakan untuk pengairan. Pertama, perancangan dimulai dengan menentukan intensitas cahaya matahari melalui database database Surface Meteorology and Solar Energy (SMSE) milik National Aeronautic and Space Administration (NASA). Kedua, melakukan studi beban dengan melakukan pemilihan pompa (apakah pompa yang digunakan DC atau AC) dan melihat daya nyata dari Pompa,  Menentukan kemiringan modul surya yang mengarah keselatan (tidak diperlukan apabila memakai tracker), menetukan efisiensi inverter, menentukan bulan design. dan seterusnya. Untuk lebih lengkap lihat standar perancangan PLTS yang sudah ada contohnya standar Australia  AS 4509.2-2002. sekian dan terima kasih semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.

Read More

Potential Biomass of Oil Palm

Dari dulu hingga saat ini manusia telah memanfaatkan biomassa untuk mendukung aktifitas setiap harinya. Biomassa digunakan sebagai sumber makanan manusia, sumber bahan bakar, makanan ternak, dan pupuk. Dan  dizaman modern ini biomassa bisa dijadikan energi listrik. Biomassa memiliki banyak keuntungan anatara lain merupakan energi terbarukan, tersedia dalam bentuk liquid (cair, gas, dan padat), dapat mengurangi GRK, dapat menciptakan pasar industri baru, dan dapat membantu pembangunan kawasan desa.

Menurut Biomass Energy Centre (2011) biomassa dapat didefinisikan sebagai bahan biologis yang berasal dari organisme hidup. Secara kimiawi, biomassa adalah zat berbasis karbon dan terdiri dari campuran molekul organik yang mengandung hidrogen, biasanya juga mengandung atom oksigen, sering kali mengandung nitrogen, dan sejumlah kecil atom lain, termasuk alkali, alkalin tanah dan logam berat. Logam ini sering ditemukan dalam molekul fungsional seperti porfirin yang meliputi klorofil yang mengandung magnesium. Sedangkan menurut Biomas Energy Europe (2010a), biomass didefinisikan sebagai bagian dari suatu produk yang dapat terurai secara biologi, limbah dan sisa dari pertanian (termasuk zat nabati dan hewani), kehutanan dan industri terkait, serta bagian dari limbah industri dan limbah kota yang terdgradasi secara biologis.

Kelapa sawit merupakan salah satu sumber biomassa yang belum digunakan secara optimal. Menurut Biomass Energy Europe (2010a) jenis-jenis biomassa terbagi kedalam empat katagori yaitu Biomassa hutan, Tanaman Energi, Residu pertanian, dan Limbah organik. kelapa sawit termasuk kedalam kategori tanaman energi.

Gambar 1. Kelapa sawit

Ada enam jenis biomassa yang dihasilkan dari proses produksi minyak kelapa sawit, antara lain sebagai berikut :
1. Pelepah Sawit
    Pelepah kelapa sawit dapat dihasilkan pada setipa panen atau pada saat penebangan untuk ditanam kembali. banyaknya pelepah sawit yang dihasilkan pada setiap panen sebesar 10,4 ton per hektar (BFPIC, 2009). Nilai kalori dari pelepah sawit adalah 15,719 Kj/ton (Enreach, 2011).

Gambar 2. Pelepah Sawit

(Sumber: http://www.medanbisnisdaily.com/functs/viewthumb.php?id=pelepah_sawit_untuk_pakan_sapi_181.gif&w=545)

2. Batang sawit
    kelapa sawit mempunyai rata-rata umur sampai dengan 25 tahun. setelah melewati batas umur sawit akan ditebang dan ditanam dengan yang baru. Panjang batang sawit yang sudah ditebang mencapai 7 meter hingga 13 meter dengan diameter 45 cm hingga 65 cm. Dalam satu hektar kelapa sawit yang ditebang menghasilkan  75,5 ton  batang sawit dalam berat kering (BFPIC, 2009).

Gambar 3. Batang Kelapa sawit

(Sumber: http://test.bfdic.com/en/d/file/Features/Features/2009-03-12/a28fe52bcaa97724bb3dd7bb545029ea.jpg)

3. Tandan kosong
    Pada pabrik kelapa sawit, Tandan buah segar diseterilkan melalui proses perontokkan untuk memisahkan buah sawit. Tandan kosong terdiri dari 20%-25% sedangkan buah sawit sebesar 75%-80% disertai duri diujung buah. Berat kering tandan kosong per hektar mencapai 1,6 ton (BFPIC, 2009). Nilai kalori dari tandan kosong adalah 8,16 Kj/ton (Enreach, 2011). Ini memperlihatkan tandan kosong kelapa sawit mempunyai potensi yang besar untuk pemanfaatan energi biomassa

 Gambar 4. Tandan kosong kelapa sawit

(Sumber: http://test.bfdic.com/en/d/file/Features/Features/2009-03-12/a28fe52bcaa97724bb3dd7bb545029ea.jpg)

4. Cangkang buah sawit
    Pada produksi minyak sawit, cangkang yang ada di buah dipissahkan dari serat buah sawit. dalam satu hektar dari buah sawit yang dipanen menghasilkan cangkang sebesar 15,625 ton serta nilai kalori yang dihasilkan adalah 18,83 Kj/ton ( Enreach, 2011).

Gambar 5. Cangkang buah sawit

(Sumber: http://www.ceramtechno.com/images/oil_palm_shell.jpg)

5. Serat
    Dari proses produksi akhir minyak kelapa sawit akan dihasilkan serat buah sawit. dalam satu hektar buah sawit yang dipanan akan menghasilkan serat pada proses akhirnya sebesar, 5,88 ton dan kalori yang dihasilkan sebesar 11,34 Kj/ton (Sumber: Enreach, 2011).

Gambar 6. Serat buah kelapa sawit

(Sumber: http://www.etawau.com/OilPalm/EFB/OilPalmFiber14.jpg)

6. Limbah pabrik kelapa sawit

    Proses pengolahan minyak kelapa sawit tidak terlepas dari limbah yang dihasilkan. Limbah yang dihasilkan bisa digunakan sebagai sumber energi biomassa yaitu pome. Limbah pome dapat menghasilkan biogas sebagai sumber energi.


Indonesia kaya akan perkebunan kelapa sawit sehingga potensi energi biomassa yang berasal dari kelapa sawit sangat menjanjikan. Apabila biomassa yang berasal dari residu yang dihasilkan dari produksi minyak kelapa sawit dapat dioptimalkan maka akan mengurangi penggunaan energi yang berasal dari bahan bakar fosil. Ini semua akan kembali kepada kebijakan dan tindakan nyata dari pemerintah yang mendukung secara penuh atau sebaliknya dalam mengembangkan energi terbarukan. semoga tulisan ini bermanfaat dan sekian terima kasih.

Read More

Design PLTS With Australian Standard

Dalam perancangan pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) perlu memperhatikan beberapa faktor-faktor dasar seperti menentukan intensitas cahaya matahari, menentukan jenis beban, menetukan daya nyata yang terpasang, mempertimbangkan pola hidup pemakaian listrik, menentukan kemiringan modul surya, menentukan efisinesi inverter rata-rata, design load energy, daya maksimum pada line DC, menentukan tegangan operasi DC, perkiraan arus DC pada beban maksimum, dan bulan disain . Setelah faktor-faktor dasar diketahui barulah bisa merancang sistem PLTS. Dibawah ini adalah urutan-urutan bagaimana merancang PLTS yang benar menggunakan Standard Autralia AS 4509.2-2002.

Gambar 1. Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Perancangan Awal PLTS

Perancangan awal PLTS secara umum memiliki 11 tahap, antara lain sebagai berikut :

1. Menentukan intensitas cahaya matahari

    Intensitas cahaya matahari merupakan sumber energi utama dalam pembangkit listrik tenaga surya. Intensitas cahaya matahri dapat diperoleh dari database Surface Meteorology and Solar Energy (SMSE) milik National Aeronautic and Space Administration (NASA, Amerika Serikat, menggunakan username dan Password khusus. Untuk mendapatkan data dari SMSE NASA siperlukan titik koordinat lokasi yang akan dipasang PLTS. Cara mudah untuk mendapatkan titik koordinat yaitu dengan menggunakan Google Eearth. Dibawah ini adalah salah satu contoh tabel intensitas cahaya matahari yang didapat dari SMSE NASA.

Gambar 1. Tabel intensitas cahaya matahari dari SMSE NASA

2. Menentukan Jenis Beban

    Jenis beban terdiri dari 2 jenis yaitu Beban AC dan Beban DC. Apabila jenis beban AC yang dipakai maka sistem PLTS memerlukan Inverter untuk mengkonversika arus listrik DC ke AC. Apabila jenis beban DC, maka tidak diperlukan lagi menggunakan inverter. Atau yang terakhir menggunakan dua jenis beban sekalian, dan ini sangat tergantung bagaimana proses intalasi pengkabelan nantinya. memang kalau memakai dua jenis beban proses instalasinya lebih sulit/banyak dari pada satu jenis beban.

3. Menentukan daya nyata yang terpasang atau yang akan dipasang

   setelah nilai intensitas cahaya matahari diketahui selanjutnya menentukan daya nyata dari beban yang terpasang atau daya beban yang akan dipasang. daya nyata ini dapat dilihat dari yang tertera pada perangkat elektronik yang mempunyai satuan dalam Watt (W). Semua daya nyata yang ada diperangkat elektronik untuk menentukan daya nyata total.

4. Menentukan atau mengetahui bagaimana pola hidup dalam pemakaian listrik

   pola hidup pemakian listrik sangat perlu diketahui karena ini menentukan kapasitas modul surya yang akan dipakai. salah satu contoh dalam menentukan pola hidup pemakian listrik adalah berapa lama pemakian televisi di rumah sehingga dapat menentukan energi yang terpakai oleh televisi dalam satu hari. Dan akhirnya akan didapat profil beban listrik dapat diketahui.

5. Sudut kemiringan modul Surya
    Peletakan sudut kemiringan modul surya ini sangat penting karena bertujuan untuk mengoptimalkan produksi energi yang dihasilkan modul surya. Sesuai dengan standard Australia AS 4509.2-2002 sudut kemiringan peletakan modul surya sama dengan derajat lintang lokasi (lintang selatan) pemasangan sistem PLTS. Kalau posisi teerlalu datar sehingga tidak mengoptimalkan pembersihan air hujan, sudut kemiringan ditetapkan standar sebesar 10 derajat lintang selatan.

 Gambar 1. Sudut kemiringan modul surya

6. Efisiensi inverter rata-rata
    efisiensi inverter rata-rata biasanya terdapt pada spesifikasi inverter, misalnya efisiensi inverter sebesar 85%.

7. Design load energy
    Design load energy adalah konsumsi energi rata-rata per hari pada rumah tangga. Design load energy ditentukan dengan membagi total energi perhari dengan efisiensi inferter

8. Daya maksimum pada line DC
    Dapat diketahui dari profil beban yang telah ditentukan sebelumnya. misalnya dari beban puncak diperoleh sebesar 362 Watt yang diakibatkan beberapa komponen elektronika yang dihidupkan pada waktu yang sama. Apabila beban memiliki dua jenis maka menentukan daya maksimum pada line DC menggunakan rumus dan rumus ini dapat dilihat di Standar Australia AS 4509.2-2002.

9. Tegangan Operasi DC
    Tegangan operasi DC adalah tegangan yang melewati line DC yang nilainya sama dengan tegangan baterai. Penentuan tegangan ini ditentukan oleh si perancang dan yang tersedia dipasaran misalnya 3 W, 6 W, 12 W, dan seterusnya.

10. Perkiraan arus DC pada beban maksimum
      Perkiraan arus DC pada beban maksimum adalah dimana beban puncak berbanding terbalik dengan tegangan operasi DC.

11. Bulan desain
      Penentuan bulai desain adalah menetukan nilai intensitas cahaya matahari yang digunakan untuk perancangan sistem PLTS. Misalnya kita menggunakan bulan desain di bulan yang mendapatkan cahaya matahari yang paling rendah yaitu sebesar 4,2 kWh/m2/hari.

Perancangan Sistem PLTS

Setelah perancangan awal PLTS di ketahui maka selanjutnya akan dilakukan perancangan sistem PLTS dengan menentukan spesifikasi alat-alat utama pendukung sistem PLTS. Penentuan spesifikasi sistem PLTS antara lain sebagai berikut :

1. Menetukan ukuran dan spesifikasi inverter
2. Menentukan ukuran dan spesifikasi baterai
3. Menentukan ukuran dan spesifikasi modul surya, dan
4. Menentukan ukuran dan spesifikasi Battery charge Regulator (BCR)

Untuk mengetahui secara detail untuk merancang sistem PLTS, Gunakan standar Autralia AS 4509.2-2002. Semoga hal ini membantu, Sekian dan terimakasih.

Read More