Cara Kerja Sistem Kontrol PLTS Hybrid: Mengatur Panel Surya, Baterai, dan Genset

Sistem kontrol PLTS hybrid mengoordinasikan panel surya, baterai, dan genset agar suplai listrik mengikuti kebutuhan beban. Pengaturannya mencakup pemanfaatan energi surya, pengisian baterai, pelepasan energi, pengoperasian genset, serta respons ketika salah satu sumber mengalami gangguan.

Tanpa koordinasi yang sesuai, kapasitas perangkat yang besar belum tentu menghasilkan operasi yang baik. Panel dapat menghasilkan energi ketika baterai sudah penuh, genset dapat bekerja pada kondisi pembebanan yang kurang sesuai, atau baterai mencapai batas minimum sebelum periode cadangan berakhir.

Karena itu, sistem kontrol perlu direncanakan bersama pemilihan komponen. Tujuannya adalah menentukan bagaimana setiap perangkat bekerja dalam berbagai kondisi, termasuk saat produksi surya berubah, beban meningkat, dan sumber listrik tertentu berhenti.

Artikel pendukung keempat ini membahas prinsip pengendalian pada konfigurasi PV–baterai–diesel, dengan mengembangkan pembahasan dalam publikasi Design and Control of PV Hybrid System in Practice, GIZ–REEP bersama Ditjen EBTKE tahun 2020. Detail penerapannya tetap mengikuti arsitektur, kemampuan perangkat, dan kebutuhan proyek. 2020_Design-and-Control-of-PV-H…

Tautan internal dalam artikel menggunakan usulan slug. Sesuaikan dengan URL final dan aktifkan setelah halaman tujuan tersedia.

Apa Itu Sistem Kontrol PLTS Hybrid?

Sistem kontrol PLTS hybrid adalah pengaturan yang mengoordinasikan sumber pembangkitan, penyimpanan energi, dan beban.

Fungsinya dapat tersebar pada beberapa perangkat. Sebagian pengaturan dilakukan oleh inverter, sebagian oleh BMS baterai, pengendali genset, relay proteksi, atau pengendali mikrogrid.

Pada sistem sederhana, beberapa fungsi sudah terintegrasi dalam satu perangkat. Pada mikrogrid yang melibatkan beberapa inverter dan genset, koordinasi dapat memerlukan pengendali tersendiri.

Hal yang perlu diperhatikan adalah pembagian tanggung jawabnya. Rancangan harus menjelaskan perangkat mana yang:

• Menjaga acuan tegangan dan frekuensi.
• Mengatur daya PV.
• Menentukan pengisian dan pelepasan baterai.
• Memberikan perintah pengoperasian genset.
• Mengurangi atau memutus beban.
• Menangani alarm dan kondisi gangguan.

Pembagian tersebut membantu mencegah perintah yang saling bertentangan.

Tujuan Pengendalian Energi

Strategi kontrol perlu mengikuti tujuan proyek. Prioritas sebuah fasilitas dapat berbeda dari fasilitas lain.

Memanfaatkan energi surya

Ketika produksi tersedia, energi PV dapat digunakan untuk melayani beban dan mengisi baterai. Pengaturannya harus mempertimbangkan kemampuan sistem menyerap energi.

Jika beban rendah dan baterai tidak dapat menerima pengisian, keluaran PV mungkin perlu dibatasi.

Menjaga cadangan baterai

Baterai dapat digunakan untuk kebutuhan harian sekaligus menyimpan energi cadangan. Pengendali perlu menjaga agar pemanfaatan energi tidak menghabiskan cadangan yang ditetapkan.

Mengatur operasi genset

Genset dapat dioperasikan berdasarkan kebutuhan daya, kondisi energi baterai, dan ketersediaan sumber lain.

Pengaturan juga perlu mempertimbangkan karakteristik unit agar perintah start-stop dan pembebanannya sesuai.

Mempertahankan suplai sesuai kemampuan sistem

Ketika terjadi perubahan pembangkitan atau beban, pengendali mengatur respons sumber yang tersedia.

Jika kapasitas tidak mencukupi, sistem dapat memerlukan pengurangan beban atau penghentian terkontrol.

Data yang Digunakan oleh Sistem Kontrol

Keputusan kontrol bergantung pada data yang dibaca dari perangkat dan titik pengukuran.

Data tersebut harus dipasang, dikonfigurasi, dan diverifikasi dengan benar. Kesalahan arah pengukuran atau pembacaan status dapat menghasilkan keputusan yang tidak sesuai.

Pengendalian Daya dan Pengelolaan Energi

Dua fungsi yang saling berkaitan dalam PLTS hybrid adalah pengendalian daya dan pengelolaan energi.

Pengendalian daya berkaitan dengan keseimbangan pada suatu waktu. Ketika beban naik, sumber yang tersedia perlu meningkatkan suplai atau sistem mengurangi beban.

Pengelolaan energi berkaitan dengan kecukupan selama periode tertentu. Sistem perlu menilai apakah energi baterai cukup hingga waktu pengisian berikutnya atau apakah genset perlu dioperasikan.

Sebagai contoh, baterai dapat mampu memasok beban 10 kW secara daya, tetapi energi tersimpannya hanya cukup untuk durasi singkat. Kondisi tersebut membutuhkan keputusan berbeda dari baterai yang mempunyai cadangan energi panjang.

Untuk memahami hubungan perangkat, kapasitas, dan strategi operasi, baca [Panduan Desain PLTS Hybrid, Komponen, dan Sistem Kontrol]

Mengenal SoC dan Batas Operasi Baterai

State of charge atau SoC merupakan perkiraan tingkat pengisian baterai.

Pengendali dapat menggunakan informasi ini untuk mengatur pengisian, pelepasan energi, dan pengoperasian sumber pendukung.

Namun, SoC bukan satu-satunya dasar keputusan. Sistem juga harus memeriksa batas arus, suhu, alarm, serta kemampuan daya baterai.

Batas pengisian maksimum

Ketika baterai mencapai batas pengisian yang ditetapkan, daya pengisian harus dikurangi atau dihentikan sesuai ketentuan perangkat.

Kelebihan produksi PV kemudian memerlukan jalur penggunaan lain atau pembatasan.

Batas operasi minimum

Batas minimum digunakan untuk menjaga cadangan atau membatasi pelepasan energi sesuai strategi sistem.

Sebelum mencapai kondisi yang tidak diinginkan, pengendali dapat mengaktifkan genset atau mengurangi beban.

Batas proteksi

Batas operasi normal perlu dibedakan dari kondisi proteksi baterai.

Strategi kontrol sebaiknya mengatur sistem sebelum proteksi darurat menjadi satu-satunya cara menghentikan pelepasan energi.

Nilai pengaturan harus mengikuti dokumentasi baterai, inverter, serta kebutuhan proyek. Tidak ada satu angka SoC yang tepat untuk seluruh sistem.

Grid-Forming: Sumber Pembentuk Jaringan

Pada jaringan yang beroperasi tanpa utilitas, harus tersedia sumber yang membentuk acuan tegangan dan frekuensi.

Fungsi tersebut disebut grid-forming.

Dalam konfigurasi tertentu, genset menjalankan peran ini. Dalam konfigurasi lain, inverter baterai yang mempunyai kemampuan sesuai dapat menjadi pembentuk jaringan.

Perangkat yang mengikuti jaringan memerlukan acuan tersebut untuk bekerja sesuai desainnya.

Karena itu, keberadaan PV dan baterai belum cukup untuk membuktikan bahwa sistem mampu beroperasi mandiri. Rancangan harus menjelaskan:

• Sumber yang membentuk jaringan.
• Kondisi ketika peran tersebut berlaku.
• Cara sumber lain terhubung.
• Respons ketika pembentuk jaringan berhenti.
• Prosedur memulai kembali sistem.

Perubahan peran antarsumber juga memerlukan dukungan perangkat dan logika transisi yang sesuai.

Cara Kerja Saat PV dan Baterai Menyuplai Beban

Ketika produksi PV tersedia dan baterai memenuhi syarat operasi, sistem dapat melayani beban tanpa genset jika arsitekturnya mendukung.

Pada kondisi produksi PV lebih besar daripada beban, kelebihan energi dapat digunakan untuk mengisi baterai.

Jika produksi turun, baterai memasok kekurangannya selama kemampuan daya dan energi mencukupi.

Secara sederhana:

Kebutuhan beban = kontribusi PV + kontribusi baterai

Hubungan tersebut merupakan gambaran aliran daya. Dalam perhitungan nyata, rugi-rugi dan konsumsi perangkat pendukung perlu dimasukkan.

Operasi tanpa genset juga memerlukan pengendalian yang mampu menjaga jaringan ketika produksi PV berubah. Jika baterai tidak lagi dapat mendukung kebutuhan, sistem harus berpindah ke kondisi operasi berikutnya.

Cara Kerja Saat Genset Ikut Beroperasi

Genset dapat diaktifkan ketika energi baterai menurun, kebutuhan daya meningkat, atau sumber lain tidak cukup.

Setelah genset siap terhubung sesuai prosedur, pengendali mengatur pembagian daya.

Genset dapat melayani sebagian beban, sementara PV tetap berkontribusi. Jika direncanakan, sebagian daya juga digunakan untuk mengisi baterai.

Kebutuhan total yang harus diperhatikan adalah:

Daya untuk beban + daya pengisian + rugi-rugi terkait

Pengendali perlu mencegah permintaan yang melampaui kemampuan sumber.

Pada sistem dengan beberapa genset, keputusan penambahan atau pengurangan unit juga mempertimbangkan kebutuhan daya serta karakteristik pengoperasian masing-masing unit.

Mengapa Genset Tidak Boleh Hanya Dikendalikan oleh SoC?

SoC membantu memperkirakan kondisi energi, tetapi belum menjelaskan seluruh kebutuhan sistem.

Genset mungkin diperlukan ketika baterai masih berisi cukup energi, tetapi tidak mampu memenuhi lonjakan daya.

Sebaliknya, baterai dengan SoC rendah mungkin sedang menerima produksi PV yang memadai untuk beban dan pengisian. Keputusan kontrol perlu membaca kondisi tersebut secara menyeluruh.

Parameter lain dapat mencakup:

• Beban saat ini dan perubahan yang diperkirakan.
• Keluaran PV yang tersedia.
• Batas daya baterai.
• Kesiapan genset.
• Cadangan daya.
• Batas waktu operasi perangkat.

Untuk menentukan kemampuan panel dan penyimpanan yang mendukung strategi tersebut, baca [Cara Menghitung Kapasitas PLTS Hybrid: Panel Surya, Baterai, dan Inverter]

Hysteresis untuk Menghindari Start-Stop Berulang

Jika genset dinyalakan dan dimatikan pada satu ambang yang sama, perubahan kecil pada parameter dapat menyebabkan perintah berulang.

Salah satu pendekatan pengendalian adalah menggunakan hysteresis, yaitu membedakan kondisi pemicu start dan kondisi pemicu stop.

Sebagai contoh konseptual, genset dapat diaktifkan ketika kondisi energi turun melewati ambang tertentu. Penghentiannya baru diizinkan setelah cadangan pulih dan syarat lain terpenuhi.

Pengaturan juga dapat mencakup waktu operasi minimum, waktu berhenti minimum, dan waktu konfirmasi kondisi.

Angka ambang serta waktu tersebut harus mengikuti karakteristik perangkat dan kebutuhan sistem. Contoh logika tidak boleh langsung dipakai sebagai parameter pemasangan.

Pengaturan Ketika Produksi PV Berlebih

Kelebihan produksi terjadi ketika daya PV yang tersedia lebih besar daripada kemampuan beban dan penyimpanan menyerap energi.

Dalam kondisi ini, pengendali perlu menentukan tindakan yang sesuai.

Pilihan dapat mencakup:

1. Meningkatkan pengisian baterai dalam batas yang diizinkan.
2. Mengoperasikan beban yang memang direncanakan dapat dijadwalkan.
3. Menyalurkan energi melalui jalur yang diizinkan dalam konfigurasi.
4. Membatasi keluaran PV.

Pembatasan produksi disebut curtailment.

Curtailment dapat menjadi bagian normal operasi, tetapi besarnya perlu dievaluasi. Pembatasan yang tinggi dapat menunjukkan ketidaksesuaian antara kapasitas PV, penyimpanan, dan kebutuhan beban.

Mekanisme pembatasan harus didukung perangkat. Metodenya dapat berbeda antararsitektur, sehingga perlu diverifikasi dalam desain.

Pengaturan Saat Beban Meningkat Mendadak

Beban dapat berubah ketika pompa, kompresor, atau peralatan lain mulai bekerja.

Respons awal harus disediakan oleh sumber yang mempunyai kemampuan cukup cepat dan sesuai kebutuhan daya.

Setelah kondisi awal teratasi, pengendali mengatur kembali pembagian suplai. Jika kenaikan beban berlanjut, sistem dapat memerlukan pengoperasian genset atau sumber tambahan.

Kemampuan tersebut dibatasi oleh perangkat.

Inverter dengan kemampuan sesaat tertentu tetap memerlukan baterai yang mampu memasok arusnya. Jika BMS membatasi pelepasan energi, kemampuan inverter tidak dapat digunakan sepenuhnya.

Oleh karena itu, evaluasi respons beban harus melibatkan inverter, baterai, kabel, proteksi, dan karakteristik peralatan.

Cadangan Daya dan Cadangan Energi

Cadangan daya dan cadangan energi mempunyai fungsi berbeda.

Cadangan daya berkaitan dengan kemampuan menambah suplai ketika terjadi perubahan mendadak.

Cadangan energi berkaitan dengan kemampuan mempertahankan suplai selama durasi tertentu.

Sistem mungkin mempunyai energi baterai cukup untuk beberapa jam, tetapi kemampuan dayanya terbatas. Sebaliknya, sistem dapat mempunyai kemampuan daya besar dengan energi yang cepat habis.

Pengendali perlu mempertimbangkan keduanya ketika menentukan kontribusi PV, baterai, dan genset.

Cadangan juga tidak boleh dinilai hanya dari selisih kapasitas nameplate. Kemampuan aktual bergantung pada kondisi operasi dan batas perangkat yang berlaku saat itu.

Peran Komunikasi BMS dan Inverter

Pada sistem yang mendukung komunikasi, BMS dapat memberikan informasi dan batas operasi kepada inverter.

Informasi tersebut membantu pengendali menyesuaikan pengisian serta pelepasan energi.

Sebagai contoh, kemampuan pengisian dapat berkurang karena kondisi baterai. Pengendali harus merespons batas tersebut, meskipun daya PV masih tersedia.

Hal yang perlu diverifikasi meliputi protokol, model perangkat, kabel komunikasi, konfigurasi, dan respons ketika komunikasi terputus.

Baca [Cara Memilih Inverter dan Baterai untuk PLTS Hybrid agar Kompatibel]

Apa yang Terjadi Ketika Salah Satu Sumber Trip?

Trip merupakan penghentian operasi perangkat akibat kondisi proteksi atau gangguan tertentu.

Respons sistem bergantung pada sumber yang berhenti, besarnya daya yang hilang, dan kemampuan sumber yang tersisa.

PV berhenti

Baterai dan genset yang tersedia perlu menutup kekurangan daya dalam batas kemampuannya.

Jika cadangan tidak cukup, sistem dapat memerlukan pengurangan beban.

Genset berhenti

PV dan baterai hanya dapat mempertahankan suplai jika konfigurasi serta kemampuannya mencukupi.

Apabila genset yang berhenti merupakan pembentuk jaringan dan tidak tersedia transisi yang didukung, sistem dapat kehilangan suplai dan memerlukan pemulihan.

Baterai atau inverter baterai berhenti

Dampaknya bergantung pada peran perangkat tersebut.

Jika baterai hanya membantu suplai, sumber lain mungkin dapat mengambil alih dalam batas yang tersedia. Jika inverter baterai membentuk jaringan, berhentinya perangkat dapat menyebabkan sistem harus dihentikan.

Tidak semua gangguan dapat ditangani tanpa interupsi. Perilaku yang diharapkan harus dinyatakan dalam rancangan dan dibuktikan melalui pengujian.

Load Shedding: Pengurangan Beban Terencana

Ketika suplai tidak mencukupi, pengurangan beban dapat membantu mempertahankan layanan prioritas.

Pendekatan ini disebut load shedding.

Beban perlu dikelompokkan berdasarkan kebutuhan operasional.

Pengelompokan harus ditetapkan bersama pengelola fasilitas. Kebutuhan nyata setiap proyek berbeda.

Pengembalian beban juga perlu diatur agar tidak menimbulkan lonjakan besar secara bersamaan.

Global Stop dan Blackstart

Selain operasi normal, sistem memerlukan prosedur penghentian dan pemulihan.

Global stop

Global stop merupakan penghentian sistem melalui urutan yang ditetapkan.

Tujuannya adalah membawa perangkat ke kondisi yang sesuai untuk kebutuhan operasi atau penanganan masalah.

Urutan penghentian bergantung pada konfigurasi. Karena itu, prosedurnya harus berasal dari rancangan dan petunjuk perangkat.

Blackstart

Blackstart adalah proses memulai jaringan ketika tidak ada suplai aktif.

Prosesnya memerlukan sumber yang dapat memulai operasi dan membentuk jaringan sesuai kemampuan sistem.

Setelah jaringan tersedia, sumber lain serta beban dihubungkan mengikuti urutan yang direncanakan.

Tidak semua inverter mempunyai kemampuan blackstart, dan kemampuan tersebut dapat mempunyai persyaratan tertentu. Verifikasi melalui dokumentasi serta pengujian.

Contoh Urutan Operasi Harian

Berikut gambaran konseptual operasi, bukan pengaturan baku.

Urutan tersebut harus disesuaikan dengan profil beban, sumber listrik, dan tujuan proyek.

Pengujian Sistem Kontrol Saat Commissioning

Commissioning memverifikasi apakah fungsi kontrol berjalan sesuai rancangan.

Pengujian dapat mencakup:

• Pembacaan meter dan status perangkat.
• Pengisian serta pelepasan baterai.
• Pembatasan daya sesuai kondisi.
• Pengoperasian genset.
• Perubahan beban.
• Kehilangan komunikasi.
• Kehilangan sumber.
• Pengurangan dan pengembalian beban.
• Penghentian serta pemulihan sistem.

Setiap skenario harus mempunyai kondisi awal, tindakan pengujian, dan hasil yang diharapkan.

Pengujian gangguan dilakukan dengan prosedur yang sesuai oleh tenaga kompeten agar tidak menimbulkan kondisi yang tidak terkendali.

Siapkan pemeriksaan melalui [Checklist Instalasi dan Commissioning PLTS Hybrid: Proteksi hingga Uji Performa]

Pemantauan untuk Mengevaluasi Strategi Kontrol

Setelah sistem beroperasi, data membantu menilai apakah strategi pengendalian sesuai kebutuhan.

Parameter yang berguna meliputi produksi PV, konsumsi beban, energi baterai, frekuensi start genset, jam operasi, pembatasan produksi, serta alarm.

Jika genset terlalu sering menyala, periksa penyebabnya. Kondisi tersebut dapat berkaitan dengan kebutuhan daya, kapasitas energi, pengaturan kontrol, atau perubahan pola beban.

Jika baterai sering mencapai batas minimum, evaluasi kecukupan pengisian dan konsumsi. Jika produksi PV banyak dibatasi, periksa kemampuan pemanfaatan energi.

Perubahan parameter perlu didasarkan pada data dan tetap mengikuti batas perangkat.

Konsultasi Sistem Kontrol PLTS Hybrid Bersama DBSN

Sistem kontrol PLTS hybrid menghubungkan kemampuan perangkat dengan kebutuhan operasional. Perencanaannya perlu mencakup kondisi normal, batas operasi, gangguan, dan proses pemulihan.

Sebelum meminta penawaran, siapkan profil beban, jam operasional, data PV dan baterai, spesifikasi genset, serta daftar beban prioritas. Tentukan pula target penggunaan energi surya, durasi cadangan, dan kondisi ketika genset boleh beroperasi.

Konsultasikan kebutuhan PLTS hybrid bersama PT Daya Berkah Sentosa Nusantara—DBSN Group melalui www.pjusolarcellindonesia.com.

Untuk memahami pilihan konfigurasi sebelum menyusun strategi kontrol, baca [Perbedaan PLTS Standalone, On-Grid dengan Baterai, dan Hybrid PV–Diesel]