Penjelasan tentang Panel Surya yang dipasang di atap mobil VW Kombi kami dengan perangkat-perangkat

Saya ingin menjelaskan tentang sistem pembangkit tenaga surya yang terpasang di dalam mobil VW Kombi buatan Jerman tahun 1973.

Listrik yang disediakan dari pembangkit listrik tenaga surya, kami gunakan untuk kebutuhan sehari-hari seperti pengisian baterai mobil (Alternator mobil sudah rusak sejak bulan April), kulkas, pengisian baterai telepon genggam, dll. Tetapi karena sistem solar panel yang kami rancang berlebihan, maka kami biasanya menggunakan listrik yang tersisa untuk memasang dan menjalankan proyektor untuk layar tancap pada malam hari atau menyambung listrik yang kami miliki ke rumah lain selama kami parkir disampingnya. Jadi rumah tersebut bisa mematikan Gensetnya atau menyambung alat-alat listriknya ke mobil kami supaya bisa mengurangi tagihan listrik mereka.

Secara teknis PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya) berdiri atas komponen-komponen berikut:

1. Panel Surya:

Dengan 4 Panel Surya yang terpasang, sistemnya mempunyai daya 1,16 kWp.

Wp adalah Watt Peak yang berarti hasil maksimal yang bisa diproduksi dari panel surya tersebut seandainya radiasi matahari

dan temperatur 25 Celcius (STC=Standard Test Conditions). Radiasi matahari di Indonesia biasanya lebih tinggi daripada STC yang menyebabkan hasil daya yang lebih tinggi, tetapi suhu di Indonesia biasanya juga jauh diatas STC yang mengakibatkan efek terbalik yaitu daya yang lebih rendah, jadi menggunakan STC pada awalnya cukup untuk memprediksi hasil sehari-hari. Panel surya ini mengubah tenaga radiasi matahari menjadi tenaga listrik.

Dengan Panel-panel ini kami rata-rata bisa memproduksi 5,22 kWh per hari.

Apabila jumlah energi dalam sehari yang diproduksi dari panel surya pada pagi hari rendah, kemudian pada siang hari jumlah energi yang dihasilkan tinggi dan pada malam hari memproduksi rendah lagi, maka energi-energi di setiap waktu tersebut ditambahkan dan dibagi dengan daya maksimal pada siang hari, hasilnya adalah waktu yang disebut Peak Sun Hours. Dengan angka ini, maka jauh lebih mudah untuk memprediksi hasil energi tenaga surya dalam sehari. Di Indonesia Peak Sun Hours rata-rata 4,5 Jam.

Kami memasang 4 panel surya bukan karena kami membutuhkan daya yang begitu besar, tetapi karena ini merupakan jumlah maksimal yang kami bisa pasang diatas mobil kami. Panel yang kami pasang berada di sudut 0 derajat, karena apabila menggunakan sudut yang berbeda maka akan mengubah aerodinamik mobilnya secara drastis. Dengan sudut 0 derajat (pemasangan solar panel di atas rumah seharusnya bersudut antara 10 sampai 15 derajat kearah Ekuator), semua debu dan kotoran tidak gampang dibersihkan dengan air hujan yang berarti setiap 2 – 3 minggu kami harus bersihkan panelnya dengan air dan lap (tidak boleh menggunakan sabun, karena sabun akan merusak panelnya). Keuntungan dari memasang solar panel di sudut 0 derajat adalah kami bisa parkir tanpa harus memikirkan posisi dimana matahari berada dan itu tidak akan mengurangi daya yang diproduksi atau daya yang tersedia. Kami memasang Panelnya dengan sistem standar yang biasa digunakan untuk PLTS atau Rooftop:

• Standard Rail 4200mm

• End Clamp Kit 38mm

• Mid Clamp Kit 38mm

Kami menggunakan standard rail (rangka pemegang panel berbahan alumunium) terutama karena panelnya hanya akan awet apabila panelnya terpasang secara rata/planar dan tidak mendapat tekanan memutar atau kesamping/torsi. Rail tersebut kami sambung ke rak atap yang dirancang sendiri oleh Den Blando (@denblando) dari Yogyakarta dan Saya. Rak atap ini juga harus tetap terpasang kuat, hal ini dilakukan untuk menghindari supaya panel surya tersebut terbang seperti layang-layang apabila ada angin yang datang dari bawah dan angin dapat menekan panel suryanya keatas. Rak atap kami mempunyai 8 pegangan kaki di setiap sisi yang kuat terhadap angin yang menyebabkan adanya tarikan keatas.

1.1 Panel surya disambung 2 diseri kemudian disambung paralel di dalam Battery Chargernya. Dua Panel surya dibagian depan disambung menjadi satu seri dan dua panel dibagian belakang dijadikan satu seri. Dengan menyambung seperti ini, maka panelnya tetap bisa menghasilkan tegangan yang lumayan tinggi seandainya bagian belakang atau bagian depan kena bayangan dari sekitarnya dan hal ini memberikan lebih banyak variasi untuk MPPT (Maximum Power Point Tracker) battery chargernya.

Sambungan Seri:

Sambungan Paralel:

1.2 Kabel antara Battery Charger sama Panel Surya:

Kabel yang terpasang ke Panel Surya, dipanjangkan dengan kabel yang luas penampangnya 6 mm^2 ke dalam mobil sampai ke Battery Chargernya dengan jarak sekitar 5 meter. Kami menggunakan kabel dengan penampang yang luas karena semakin kecil tegangannya maka semakin tinggi arus yang dilewati didalam kabelnya pada daya yang sama.

Hal ini artinya kabel tebal jauh lebih aman dari sisi resiko kebakaran. Efek samping yang sangat membantu juga adalah pengurangan daya di kabel tebal yang lebih minimal daripada kabel tipis, karena secara fisika, daya akan selalu berkurang saat melewati kabel.

Jadi pada saat menghasilkan maksimal daya, maka dayanya akan berkurang sekitar 0,5 % di kabel (standar internasional menyarankan dibawah 1%). Seandainya menggunakan kabel yang tipis, maka dayanya akan berkurang jauh lebih tinggi. Faktor pengurangan dapat dihitung dengan melihat tabel dan rumus diatas.

2. Battery Charger:

Dengan Battery Charger yang kami pasang. kami dapat menggunakan 1200W dari Panel Surya tersebut dan menggunakan 12V baterai untuk mengecas baterainya. Seandainya menggunakan baterai dengan tegangan yang lebih tinggi, maka kami bisa menggunakan daya PV (Photovoltaic) yang lebih besar.

Kami memutuskan hanya menggunakan 1200 W, karena luas atap mobil kami tidak memungkinkan untuk memasang solar panel yang menghasilkan daya yang lebih besar dan juga baterai dengan tegangan lebih tinggi. Hal ini berarti kami harus memasang minimal dua baterai. Berat baterai yang kami pasang didalam mobil saat ini adalah sekitar 69 kg, jadi apabila pasang lebih dari dua baterai maka akan ada beberapa masalah yang timbul, yaitu:

• Tempat untuk simpan baterai berikutnya tidak ada

• Tambah beban 69 kg untuk setiap baterai, akan membuat mobil lebih boros bahan bakar untuk perjalanan

• Semua alat-alat elektronik yang ada di mobil membutuhkan daya 12 V, untuk itu kami harus memasang transformer untuk menurunkan tegangan lagi

Hingga saat ini, kami sudah kelebihan daya dengan sistem terpasang, jadi kami tidak membutuhkan baterai tambahan.

Tugas battery charger dengan MPPT ini adalah untuk memilih kombinasi tegangan dan arus yang tepat dari panel suryanya untuk mendapatkan daya yang tepat dalam pengecasan baterai. Jadi, dengan kombinasi arus dan tegangan yang berbeda, maka sistemnya bisa memproduksi daya yang dibutuhkan. Seandainya tidak menggunakan MPPT, panel surya akan selalu memproduki daya yang tersedia dan hal ini dapat menyebabkan baterai rusak/mengurangi keawetan baterai secara drastis.

2.1 Smart Battery Sense:

Battery Chargernya juga kami lengkapi dengan Battery Sense yang mengukur temperatur baterai. Temperatur penting untuk pengecasan karena daya harus dikompensasi sesuai syarat yang ada di dalam manual baterai. Selain itu Battery Sense juga mengukur tegangan di kontak baterai, ini lebih tepat daripada tegangan yang diukur diujung kabel penyambung dari baterai ke alat berikutnya, karena setiap kabel akan menurunkan tegangan tergantung luas penampang dan panjangnya kabel.

2.2 Kenapa daya harus diatur?

Panel surya akan memproduksi listrik sesuai dengan tenaga penyinaran dari matahari. Dayanya akan naik turun terus tergantung pada:

• Sudut penyinaran.

• Bayangan dari awan, pohon, rumah, dll.

• Temperatur.

Tetapi Baterai membutuhkan tegangan dan arus yang sesuai dengan status pengisiannya (SOC = State of Charge) supaya bisa bertahan lama.

2.2.1 Ditahap bulk, baterai akan dicharge dengan arus maksimal, sampai baterainya mencapai tegangan yang ditentukan oleh parameter dari pabrikannya untuk masuk ke tahap berikutnya. Untuk Baterai Luminious SMF 12V 200Ah disarankan arusnya tidak boleh melebihi 58A dan tegangan yang harus dicapai adalah antara 14,6 V sampai 14,8V. Hati-hati setiap pabrikan baterai memiliki parameter yang berbeda-beda. Kami hanya menggunakan 20A sebagai maksimal charge current supaya baterainya awet, karena ini sama dengan C10.

2.2.2 Ditahap Absorption tegangannya (settingan yang saya buat adalah 14,7V) akan ditahan sampai arus yang dibutuhkan baterai kecil sekali yang berarti baterainya penuh. Karena baterai biasanya bisa kehilangan air aki ditahap ini, biasanya tahap ini juga dibatasi dengan waktu tertentu (saya setting 6 jam).

2.2.3 Ditahap Float tegangan akan ditahan ditegangan yang tidak mengurang isi baterai, settingan yang saya buat adalah 13,7 V. Jadi semua pemakaian listrik akan dihasilkan dari tenaga surya tanpa mengurangi isi baterai selama matahari masih bersinar dan ketika panel surya memproduksi listrik.

Sistem PLTS harus mempunyai Battery Charger atau Inverter yang bagus untuk memaksimalkan tenaga yang dibutuhkan dan untuk melindungi baterai.

2.3 Kabel antara Baterai dan Battery Charger:

Battery Charger kami sambung dengan kabel yang luas penampangnya 25 mm^2 ke baterainya. Hal ini dilakukan untuk meminimalisir pengurangan daya di kabel dan meminimalisir resiko kabel terbakar, seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya. Arus maksimal yang dapat diproduksi dari battery chargernya adalah 85A, kabel yang terkecil untuk arus tersebut adalah kabel dengan luas penampang 25 mm^2 (sesuai standar IEC 60364-5-52).

3. Baterai yang kami gunakan adalah Luminious SMF 12V 200Ah.

Jenis baterai ini khusus digunakan untuk PLTS kecil, yang bisa didischarge sampai 20% sedangkan baterai mobil biasanya hanya bisa didischarge sampai 80% supaya baterai tidak cepat rusak. Baterai ini dirancang untuk penggunaan energi lebih banyak dengan arus yang lumayan rendah. Baterai mobil dirancang untuk menyediakan arus yang tinggi pada waktu yang singkat karena digunakan untuk menyalakan mesin dengan altenatornya. Setelah itu alternator akan mengambil alih penyediaan listrik dan langsung mengisi baterai tersebut. Jika menggunakan baterai mobil biasanya baterai akan cepat rusak atau tenaga yang boleh digunakan hanya sedikit sekali, jika baterai ingin disimpan dalam kondisi awet.

Jadi baterai khusus mobil, tegangannya boleh turun himgga 12,5V dan baterai khusus untuk penyimpanan tenaga surya dapat turun hingga 11,66V.

Baterai ini dapat turun hingga 20%, tetapi sangat tidak disarankan untuk melakukannya secara terus menerus. Biasanya, lebih baik menggunakan hanya 50% dari energi yang ada kemudian baterai diisi lagi supaya baterai bisa bertahan lama.

Dengan baterai ini, kami bisa menggunakan 1200Wh sampai dengan 1920Wh setiap malam. Ini sama dengan daya yang bisa digunakan secara terus menerus antara 100 W sampai dengan 160 W selama 12 jam.

Sisanya:

Ini juga berarti bahwa antara 3300 Wh sampai 4020 Wh, energi bisa digunakan pada siang hari atau akan terbuang, jika cuacanya cerah. Ini sama dengan daya yang bisa digunakan terus menerus antara 275 W sampai dengan 335 W selama 12 jam.

Seandainya cuaca buruk, kemungkinan besar baterai selalu akan terisi penuh karena daya dari panel surya yang terpasang di mobil kami cukup tinggi (1.16 kWp). Dengan besar baterai ini kami dapat memenuhi kebutuhan listrik di mobil kami. Seandainya kami punya tempat untuk memasang baterai, seharusnya kami lebih baik menambah satu baterai lagi, tetapi dikarenakan kami sudah tidak memiliki tempat dan beban dari baterai juga akan memaksa mesin mobil kami yang tua ini.

3.1 Baterainya kami sambung dengan kabel dengan luas penampang 25mm^2 ke Battery Protector. Diantara Battery Protector dan Baterai dipasang sekering untuk pengamanan kabel sekering 50 A. Kami menggunakan sekering 50A karena hanya ini yang tersedia di toko kemarin. Sebetulnya dikondisi yang kami punya, kami juga bisa memasang sekering sebesar 100 A (Kabel 25mm^2 dan battery protector yg bisa menangani 100A).

4. Battery Protector:

Battery Protector yang kami pasang bisa menangani 100 A terus menerus atau 600A dalam jangka waktu pendek. Tugasnya Battery Protector adalah memutuskan hubungan antara baterai dan semua alat-alat elektronik sebelum energi dalam baterai kosong berdasarkan tegangan. Battery Protector kami bisa diatur kapan sambungannya akan memutus aliran listrik jika tegangannya turun dibawah settingan yang sudah kami buat.

Kami mengatur tegangan menjadi 11,8V untuk shutdown dan 12,8V untuk menyalakan kembali, karena baterai hanya akan awet jika minimal tegangan yang tersisa adalah 11,7V (80% telah digunakan atau 20% tersisa). Ini berarti semua beban listrik akan diputuskan sampai Battery Charger dengan panel tenaga surya tersebut dapat mengangkat tegangan diatas 12,8V. Kalau tegangan baterai menurun sampai angka 11,8V Battery Protectnya akan memberikan suara alarm dan seandainya ada beban besar yang masih terpasang, ini adalah saat dimana beban listriknya harus dilepas, jika tidak melepaskan sebagian beban listrik maka tegangannya akan terputus dan hanya esok hari/saat baterai mempunyai tegangan diatas 12,8V baru dapat menggunakan listrik kembali. Apabila beban listrik terlepas biasanya tegangan akan naik sedikit lagi, jadi pemakaian darurat seperti lampu LED masih dapat digunakan. Beban listrik besar untuk kami contohnya berasal dari Homestay atau rumah orang yang kami beri sambungan listrik ke sistem listrik kami supaya mereka bisa mematikan generatornya saat kami berada didekat mereka terutama pada malam hari.

5. DC/AC Pure sinus inverter:

DC/AC Pure sinus inverter kami gunakan untuk menyediakan 220V di mobil kami atau juga untuk pengguna lainnya seperti alat elektronik lain, rumah sampai homestay. Inverter kami bisa menyediakan 1000W terus menerus atau 2000W peak, ini berarti arus yang akan melewati kabel ini antara 83A sampai dengan 167A.

Karena 2000W hanya akan tercapai dalam waktu pendek sekali, kabel dengan luas penampang 25mm^2 cukup bisa menangani 101A terus menerus. Inverter ini sama sekali tidak mempunyai pengaturan, jadi hanya tinggal pasang. Sehari-hari kami menggunakannya untuk menyalakan kipas angin dan baterai chargernya untuk baterainya mobil, karena alternator mobil kami rusak sejak bulan April. Pengecasan baterai kedua kami lakukan lewat 220V supaya baterai besar kami tidak cepat rusak. Menyambung dua baterai yang berbeda jenis, kapasitas dan umur akan selalu merusak salah satu baterainya apabila tidak terpasang battery balancer.

6. Kotak sekering 12 V:

Dari Battery Protectornya kami juga sambung kotak sekering 12V untuk semua beban listrik yang bisa dinyalakan dengan 12V. Kotak sekeringnya dilengkapi dengan LED yang akan menyala seandainya salah satu sekeringnya putus. Berikut adalah alat-alat listrik yang kami sambung ke sistem listrik di mobil:

6.1 Kulkas

6.2 Lampu-lampu LED

6.3 Pompa air untuk cuci piring dan mandi

6.4 Port USB

6.5 Port mobil standar 12V

Sekian dulu tentang sistem kelistrikan kami, jika ada pertanyaan jangan ragu mengirim kami email atau mengomentari hal tersebut di Instagram (@pvwkombiwanderer_t2) atau Youtube(pVw Kombi Wanderer).