PEMANFATAAN TENAGA SURYA SEBAGAI ALTERNATIF ENERGI TERBARUKANUNTUK FASILITAS SUPLAI DAYA PENERANGAN DI KAPAL

Muswar Muslim, Danny FaturachmanFakultas Teknologi Kelautan, Universitas Darma Persada

ABSTRAKAn electric motor become much more practical and economical having amultiplicity findings on the technology of solar panels, battery andcharger better. An electric motor cost-effective care and in working. Theinstallation of an electric motor more simple and does not need the cooler.All the needs of electrical power in supply from batteries beingreplenished by solar panels. Solar power become one of alternative energyto overcome the presence of the energy crisis especially a reduction in theavailability of petroleum and the more expensive world oil prices. Majorproblems focused on design of electric system as power plant resources inthe ship. The main issues discussed on is as follows: 1. Did design systemsupply resources and also calculation to determine battery and solar panelsto be used. 2. Determine the laying on systems equipment. In this research,taking and analyzing data obtained from the results of the field by usingthe existing theory and make use of data from the internet and literaturedata. In duty end of this analysis conducted by the use of solar power asthe supply of equipment lighting on a ship ferry Ro-Ro 500 GRT. Based oncalculations data ship obtained a number of 35 solar panels that isattached to supply 10 batteries power by producing 42000 VA. Power is usedto meet the needs of illumination burden 33600 VA to the discharging time12 hours (from 18.00 – 6.00). So that the installation of solar systems cansave energy by 52.5 % of the generator burden.

Kata kunci: Tenaga surya, Suplai daya penerangan, Ferry, Indonesia.

PENDAHULUAN Kebutuhan akan energi semakin meningkat seiring dengan meningkatnyakebutuhan manusia. Hal ini menyebabkan adanya indikasi terjadi krisisenergi di dunia dan salah satu penyebab dari krisis energi tersebut adalahmasih besarnya tingkat ketergantungan pada sumber energi fosil terutamaminyak bumi. Seperti yang kita ketahui bahwa cadangan minyak bumi yangtersedia di bumi ini terbatas, oleh karena itu perlu dilakukan upayadiversifikasi energi agar tercipta keseimbangan energi yang baik. Diversifikasi energi dapat dilakukan dengan mulai memberikan peluangkepada jenis-jenis energi alternatif yang selama ini sudah dikembangkanmaupun jenis energi yang baru. Ada berbagai energi alternatif yang bisadikembangkan antara lain batubara, gas bumi, geothermal, biomassa, air,angin, gelombang, nuklir hingga matahari. Dari beberapa energi alternatiftersebut, diklasifikasikan ke dalam dua kelompok yaitu energi takterbarukan dan energi terbarukan. Energi tak terbarukan diantaranya terdiridari minyak bumi, batubara, nuklir dan gas. Sedangkan yang termasuk jenisenergi terbarukan antara lain geothermal, biomassa, air, angin, matahari,gelombang dan lain-lain yang masih terbuka pengembangannya.

Energi terbarukan mempunyai potensi lebih unggul dibandingkan energifosil. Ada beberapa alasan yang mendasari, antara lain karena persediaannyayang tak terbatas, dapat diperbaharui dan ramah lingkungan. Energimatahari, air, angin, biomassa, laut dan sumber energi alternatif lainnyatersedia secara melimpah di alam, sedangkan pemanfaatannya masih sedikit.Mengingat ketersediaan cahaya matahari sepanjang tahun, maka sangatlahtepat jika energi matahari ini dimanfaatkan sebagai penyedia energilistrik. Dengan letak Indonesia berada pada daerah khatulistiwa, yaitu padalintang 60 LU – 110 LS dan 950 BT – 1410 BT, dan dengan memperhatikanperedaran matahari dalam setahun yang berada pada daerah 23,50 LU dan 23,50LS maka wilayah Indonesia akan selalu disinari matahari selama 10 – 12 jamdalam sehari. Karena letak Indonesia berada pada daerah khatulistiwa makaIndonesia memiliki tingkat radiasi matahari yang sangat tinggi. Menurutpengukuran dari Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika diperkirakanbesar radiasi yang jatuh pada permukaan bumi Indonesia (khususnya IndonesiaBagian Barat) rata-rata kurang lebih sebesar 4,5 kWh/m2 dengan variasibulanan sekitar 10%. Untuk membangun suatu sistem energi surya (photovoltaik) yang dapatberoperasi dengan baik maka diperlukan beberapa komponen-komponen penyusunutama antara lain :a. Panel suryab. Charge controller c. Inverterd. Battery Photovoltaik adalah teknologi yang berfungsi untuk mengubah ataumengkonversi radiasi matahari menjadi energi listrik secara langsung. KataPhotovoltaik berasal dari bahasa Yunani photos yang berarti cahaya danvolta berarti tegangan listrik. Photovoltaik biasanya dikemas dalam sebuahunit yang disebut modul. Dalam modul surya terdiri dari banyak sel suryayang bisa disusun seri maupun paralel. Sedangkan yang dimaksud dengan suryaadalah sebuah elemen semikonduktor yang dapat mengkonversi enegi suryamenjadi energi listrik atas dasar efek photovoltaik.

Gambar 1. Modul Sel Surya Sistem tenaga surya photofoltaik yang umum dipakai untuk peneranganadalah sistem individu atau yang lebih sering dikenal dengan nama Solar HomeSystem (SHS). Sistem ini mempunyai tegangan 12 Vdc, yang terdiri dari satubuah modul photovoltaik, baterai, alat pengontrol dan 3 buah lampu sertasebuah stop kontak (Abu Bakar,2006).

Gambar 2. Diagram Blok Sistem Modul Panel Surya

Dari gambar di atas dapat dijelaskan bahwa energi sinar matahari yangdikonversi menjadi energi listrik oleh modul atau panel surya dan akandisalurkan ke chager control untuk mengatur pengisian energi listrik padabaterai. Selanjutnya energi listrik yang dihasilkan baterai akan dikonversioleh inverter dari arus searah (DC) menjadi arus bolak-balik (AC) sehinggadapat dimanfaatkan pada beban. Charge controller di dalam sistem PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya)dapat dikatakan sebagai “otak” karena fungsinya sebagai pengatur aruslistrik baik terhadap arus yang masuk maupun arus yang keluar/ digunakan.

Gambar 3. Charge Controller Inverter pada prinsipnya, photovoltaik menghasilkan arus DC (searah). Bilaarus yang dibutuhkan adalah arus AC (bolak-balik), maka dapat dipenuhidengan memasang alat pengubah, peralatan elektronik yang bekerja sangatefisien yang disebut inverter. Spesifikasi inverter tidaklah sama yaknitergantung dari seberapa besar konsumsi daya peralatan listrik secarakeseluruhan. Semakin besar kebutuhan dayanya, maka kapasitas daya inverterjuga makin besar.

Gambar 4. Inverter

Baterai adalah perangkat yang mengkonversi energi kimia secara langsungke energi listrik. Sebuah baterai terdiri dari satu atau lebih sel voltaicdan setiap sel voltaic terdiri dari dua setengah sel terhubung dalam serioleh konduktif elektrolit yang mengandung anion (ion negatif) dan cation(ion positif). Dalam reaksi reduksi oksidasi power baterai, reaksi reduksi(penambahan elektron) ke cation terjadi di katoda,sedangkan reaksi oksidasi(penghapusan elektron) ke anion terjadi di anoda. Elektroda-elektroda tidaksaling berhubungan namun elektrik terhubung oleh elektrolit, yang dapatberupa padat atau cair.

Gambar 5. Baterai METODOLOGI PENELITIAN Menggunakan metode penelitian kajian literatur berupa tinjauan pustakatentang tenaga surya.sebagai alternative energy terbarukan.Hasil yang diharapkan dengan penelitian ini adalah dapat diketahuipemanfataan tenaga surya dan penelitian lanjutan dapat membuat suatuprotipe panel sel surya untuk fasilitas suplai daya penerangan di kapal.

PERMASALAHAN Dalam pemanfaatan energi surya digunakan fotovoltaik yangmengkonversikan secara langsung energi surya menjadi energi listrik.Pemakaian fotovoltaik sebagai sumber pembangkit energi listrik bisadikatakan tidak menghasilkan polusi, baik polusi udara maupun polusi suaraterhadap lingkungan sekitarnya. Berdasarkan pertimbangan ini, nampaknyakonversi fotovoltaik dari sinar matahari menjadi energi listrik akanmenjadi sumber energi utama dimasa mendatang. Selain itu juga, harga sumber

energi konvensional akan terus semakin tinggi dan persediaannya juga sangatterbatas, sedangkan harga fotovoltaik berangsur-angsur akan turun karenabahan bakunya melimpah di bumi ini. Energi listrik yang dihasilkan darifotovoltaik dapat digunakan untuk berbagai macam penggunaan. Dan untukmenjamin penyediaan energi yang kontinu maka digunakan baterai sebagaipenyimpan energi. Motor listrik menjadi semakin praktis dan ekonomis setelah banyaknyapenemuan pada teknologi solar panel, battery dan charger yang lebih baik.Motor listrik hemat biaya perawatan dan dalam bekerja. Untuk solar panelperawatannya lebih mudah cukup dibersihkan seminggu sekali. Instalasi motorlistrik lebih sederhana dan juga tidak memerlukan pendingin. Semuakebutuhan daya listrik di supply dari baterai yang diisi ulang oleh solarpanel. Dengan sistem ini diharapkan akan mengurangi bahan bakar fosil.Namun sekarang yang menjadi permasalahan adalah tempat yang terbatas padakapal, sedangkan untuk menerapkan sistem ini diperlukan tempat yang cukupluas. Dalam paper ini akan dikaji mengenai efektifitas sel surya. Dimanahasil yang diharapkan adalah didapatkannya referensi mengenai kemampuan selsurya dalam menghasilkan energi listrik yang hasil akhirnya akandietahuinya efisiensi sel surya sebagai alternative energy terbarukan untuksuplai daya penerangan di kapal. HASIL DAN PEMBAHASAN Berikut merupakan data-data utama dari kapal penyeberangan 500 GTDimensi ukuran utama kapal Ferry Ro-Ro 500 GRT adalah :

Panjang keseluruhan kapal LOA = 45,05 mPanjang antara garis tegak kapal LPP = 40,15 mPanjang antara garis air LWL = 42,00 mLebar kapal B = 12,00 mTinggi kapal H = 3,20 mSarat air kapal T = 2,15 mKecepatan Vs = 11 knotTenaga penggerak utama (Main Engine) = 2 × 800 HPTenaga mesin bantu (Auxiliary Engine) = 2 × 80 kVAGenset emergency = 25 kVA

Kebutuhan daya penerangan dikapal terbagi dalam beberapa panel/box yang tersebar pada beberapa tempat. Adapun pembagian kebutuhan daya penerangan dikapal antara lain :

Tabel.1 Kebutuhan daya

Geladak alas

Jumlah

(unit)

Beban(watt)

Pemakaian(jam/hari

)

Daya(Kwh/har

i)

Keterangan(jampakai)

Ruang mesin kemudi 2 20 12 0,48 Kondisional

Ruang void (4 ruang) 1 20 12 0,96 kondisional

Lampu darurat 5 5 12 0,3 Kondisiona

(signal) l

Geladak kendaraanRuang generatordarurat

1 20 12 0,24 18.00-06.00

Tangga ke kamar mesin 2 10 12 0,24 18.00-06.00

R. ABK (6 ruang) 1 20 12 1,44 18.00-06.00

Tangga ruang void 2 20 12 0,48 Kondisional

Tangga ruang mesin 2 20 12 0,48 Kondisional

WC (4 buah) 1 10 12 0,48 Kondisional

Ruang muat kendaraan 16 20 12 3,84 18.00-06.00

Sekoci 2 40 12 0,96 18.00-06.00

Gudang 1 20 12 0,24 Kondisional

Lampu darurat(signal)

16 5 12 0,96 Kondisional

Geladak penumpangLampu sisi luarpenumpang VIP

2 40 12 0,96 18.00-06.00

Ruang penumpang VIP 8 20 12 1,92 18.00-06.00

Ruang hias (2 ruang) 1 10 12 0,12 kondisional

WC/kamar mandi (10ruang)

1 10 12 1,2 Kondisional

Ruang penumpangekonomi

22 20 12 5,28 18.00-06.00

Lampu sisi luar P.ekonomi

2 40 12 0,96 18.00-06.00

Cafetaria 1 20 12 0,24 18.00-06.00

Ruang tatami 2 20 12 0,48 18.00-06.00

Musholla 2 20 12 0,48 18.00-06.00

Urinoir 1 20 12 0,24 18.00-06.00

Tempat wudhu 1 20 12 0,24 18.00-06.00

Lampu darurat(signal)

10 5 12 0,6 Kondisional

Geladak NavigasiRumah kemudi 5 20 12 1,2 18.00-

06.00Ruang KKM 1 20 12 0,24 18.00-

06.00Ruang Nahkoda 1 20 12 0,24 18.00-

06.00Mess 2 20 12 0,48 18.00-

06.00Dapur 2 20 12 0,48 18.00-

06.00WC/kamar mandi 1 20 12 0,24 Kondisiona

lGang way 3 20 12 0,72 18.00-

06.00Tangga ke geladakpenumpang

1 20 12 0,24 Kondisional

Lampu kiri luar depan 2 20 12 0,48 18.00-06.00

Lampu kanan luardepan

2 20 12 0,48 18.00-06.00

Lampu cerobong 2 40 12 0,96 18.00-06.00

Lampu tiang radar(Masthead)

1 60 12 0,72 18.00-06.00

Lampu samping kiri(red)

1 60 12 0,72 18.00-06.00

Lampu samping kanan 1 60 12 0,72 18.00-06.00

Lampu buritan ( Sternlight)

1 60 12 0,72 18.00-06.00

Lampu jangkar (Anchorlight)

1 60 12 0,72 18.00-06.00

Lampu darurat(signal) 7 5 12 0,42 kondisiona

lTotal 139 1020 33,60

Modul yang dipilih adalah FV Energy, FVG 240P - MC dengan spesifikasi :Power peak : 240 WEfisiensi : 14,6 %Tegangan modul : 30,50 VArus modul : 7,88 ATegangan open circuit : 37,60 VArus short circuit : 8,28 A Dari pemilihan panel surya tersebut, dapat dihitung berapa buah panelsurya yang dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan daya untuk beban penerangan.Untuk kondisi di indonesia, meskipun durasi penyinaran matahari selama 8jam/hari (08.00-16.00), tetapi efektifitas sinar foton yang didapatkanpanel surya selama sehari adalah 5 jam . Dengan demikian banyaknya panel untuk memenuhi kebutuhan daya sebesar 33600Wh sebanyak :

(33600 Wh)/(240 W × 5 jam) = 28 panel surya

Dalam hal ini akan dipasang sebanyak 35 panel surya, dimana penambahanjumlah panel surya sebanyak 7 (tujuh) unit sebagai cadangan daya apabilaintensitas matahari kurang dari 1000 W/m2. Dengan pertimbangan luas geladakanjungan masih mampu menampung jumlah panel surya, selain itu pula dayayang dihasilkan akan lebih besar atau dengan kata lain penambahan jumlahpanel surya secara langsung juga menambah besarnya daya yang dihasilkan.Besarnya daya yang dihasilkan oleh seluruh panel surya dalam 1 jam adalah :

35 × 240 Watt = 8400 Watt hourBesarnya daya yang dihasilkan oleh seluruh panel surya tersebut dalam 5 jamadalah :

8400 W × 5 jam = 42000 Watt hour = 42 kWhDari perhitungan kebutuhan jumlah panel surya tercantum pada tabel 1, makapanel surya yang dipilih adalah FVG energi, model FVG 240P-MC denganpertimbangan untuk mengatasi kebutuhan beban daya penerangan. Panel suryaini memiliki daya terbesar sehingga cukup untuk luasan di geladak anjungan20 m × 8 m = 160 m2 dan terpasang dengan sudut kemiringan 15o.

Dari spesifikasi charge controller atau regulator yang ada, maksimumarus yang dapat dikeluarkan charge controller adalah sebesar 60,0 A.Sedangkan arus yang dihasilkan oleh sebuah panel surya dengan tegangan30,50 Volt adalah 7,88 Amper, sehingga 1 (satu) charge controller hanyamampu digunakan untuk 7 (tujuh) unit panel surya.Sehingga dapat ditentukan jumlah charge controller sebanyak : Jumlah charge (n) = (Arus output charge)/(Arus output panel surya) = (60 A)/(7,88 A) = 7 unit panel surya Jumlah charge (n) = (jumlah seluruh panel surya)/7 Maka, jumlah charge (n) = 35/7 = 5 unitArus output untuk 1 charge controller : I = 7,88 A × 7 panel surya = 55,16 A ( arus maksimal yang dikeluarkan charge controller60,0 A )Arus output 6 charge controller : Ioutput = I × (n)charge = 60 A × 5 = 300 AKapasitas arus charge controller untuk pemakaian penerangan selama 12 jamadalah : Kapasitas charger = Arus output charege × Jumlah charger × lamapemakaian = 60 A × 5 × 12 jam = 3600 AhDaya yang dihasilkan untuk 5 charger : Ioutput = 300 A Voutput = 12 V Daya = Ioutput × Voutput = 300 A × 12 V = 3600 Watt = 3,6 kW

Untuk menjamin sistem supaya dapat beroperasi dengan baik dan sesuaidengan baik dan sesuai dengan kebutuhan beban perlu direncanakanperancangan sistem baterai.Diketahui beban keseluruhan dari panel surya sebesar 42 kWhDirencanakan baterai menggunakan Rolls Marine Batteries, tipe Series 5000dengan kapasitas 357 Ah (sesuai spek).Daya yang dihasilkan baterai :

Daya baterai = Kapasitas baterai × Tegangan baterai = 357 Ah × 12 V = 4284 Wh = 4,284 kWh

Maka jumlah baterai untuk mencukupi kebutuhan beban keseluruhan sebesar42 kWh :

Jumlah baterai (n) = (beban keseluruhan)/(daya baterai) Jumlah baterai (n) = (42 kWh)/(4,284 kWh)

= 9,80 ? 10 unitKapasitas baterai untuk 8 unit :

Qtotal baterai = 357 Ah × 10 unit= 3570 Ah

Daya keseluruhan baterai : Daya baterai = 3570 Ah × 12 V = 42840 Wh = 42,84 kWh Setelah menentukan banyaknya baterai yang diperlukan, langkahberikutnya adalah menghitung lamanya penggunaan baterai. Dimana diketahui : Kapasitas baterai = 357 Ah Tegangan baterai = 12 Volt Lama pemakaian = 12 jam Maka : Daya per jam = (daya baterai)/(lama pemakaian) = (357 Ah × 12 V)/(12 jam) = 357 Wh Lama pemakain baterai = (daya baterai)/(daya per jam) = (357 Ah × 12 V)/(357 Wh) = 12 jam Lama pengisian baterai = (daya baterai × jumlah baterai)/(dayakeseluruhan panel surya) = (357 Ah × 12 V × 10baterai)/(42000 W) = 1,02 jamDirencanakan menggunakan inverter xantrex, tipe sine wave, maka banyaknyainverter yang dibutuhkan adalah :

Jumlah inverter = (daya keseluruhan panel surya)/(daya outputinverter)

= (42000 W)/(4000 W) = 10,5 ? 11 unit Di rencanakan penempatan panel surya di geladak anjungan dan komponensistem panel surya di ruang void atau ruang kosong dibawah geladakkendaraan dengan luasan 12,4 m × 12 m = 148,8 m2.Adapun banyaknya masing - masing komponen dan ukurannya : Charger controllerJumlah : 5 unit

Dimensi : 37 cm × 15 cm × 15 cmBerat : 0,45 Kg/unit

Baterai ( 12 Volt 357 Ah ) Jumlah : 10 unitDimensi : 55,9 cm × 28.6 cm × 46.6 cmBerat : 123,4 Kg/unit

InverterJumlah : 11 unitDimensi : 53,4 cm × 38,1 cm × 22,86 cmBerat : 16 Kg/unitMaka total berat keseluruhan sistem tenaga matahari dari panel surya dankelengkapan komponen lainnya di kapal sebesar 2054,75 Kg.

KESIMPULAN Jumlah panel surya yang bisa dipasang pada geladak anjungan dengan luasan160 m2 sebanyak 35 panel surya dengan mempertimbangkan aturan yang berlakupada kapal Ferry Ro-Ro. Dari total kebutuhan generator 80 kVA, sekitar 35,868 kVA dapat disuplaioleh 35 panel surya selama pemakaian beban penerangan 12 jam danpenghematan energi sebesar: = (80000 - 38000)/80000 × 100 %

= 52,5 % Jumlah peralatan lainnya adalah: 5 unit charger controller, 10 unitbaterai, dan 11 unit inverter.

DAFTAR PUSTAKALunde, J. Peter, “Solar Thermal Space Heating and Hot Water System”, JohnWiley and Sons, 1994.Allocca, A. John, :Emergency Power”, 2003.Rahman. A, “Ketrampilan Elektronika”, Gajahmada University, 1995.Biro Klasifikasi Indonesia, 2009.Fauzi, Farit, “Pemanfaatan Sel Surya Sebagai Catu Daya Peralatan PeneranganKapal Di Kapal Tanker”, 2010.Haesin, A. Nia, “Listrik Dinamis I”, Materi Pelajaran Fisika, 2003.Matsushita Battery Indrustrial Co.,Ltd, “Solar Cells Technical Handbook”,1998/1999.