Hal yang Perlu Diperhatikan dalam Penggunaan Baterai pada Sistem Off-Grid PLTS

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) off-grid, merupakan salah satu jenis sistem pembangkit pada PLTS. Pada sistem ini, PLTS bisa disebut juga sebagai sistem PLTS berdiri sendiri (stand-alone). Sistem ini beroperasi secara independen tanpa terhubung dengan jaringan PLN. Sistem ini membutuhkan baterai untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan di siang hari untuk memenuhi kebutuhan listrik di malam hari ataupun ketika cuaca berawan.

Baterai adalah perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan koneksi eksternal yang disediakan untuk memberi daya pada perangkat listrik. Baterai bertindak sebagai penyimpan sementara untuk mengatasi perbedaan suplai listrik dari modul surya dan permintaan suplai listrik. Kenapa menggunakan baterai, karena baterai merupakan cara paling praktis yang dapat digunakan untuk menyimpan tenaga listrik yang dihasilkan oleh rangkaian modul surya melalui reaksi elektrokimia. Komponen ini merupakan salah satu komponen yang penting dan sensitif dalam sistem PLTS off-grid.

Baterai merupakan komponen yang sensitif. Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, seperti desain yang kurang baik dan kapasitas baterai yang tidak yang tidak sesuai akan mengurangi umur pakai, kerusakan, berkurangnya energi, hingga keselamatan pengguna. Baterai memiliki batas umur pemakaian yang dipengaruhi cara penggunaan serta temperatur pengoperasian.

Ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan untuk menentukan kapasitas baterai. Hal yang perlu diperhatikan, pertama adalah efisiensi bolak-balik (round-trip efficiency) baterai harus dipertimbangkan, karena menimbulkan rugi-rugi di baterai secara signifikan. Kedua adalah perkiraan jumlah hari yang mampu menyediakan energi tanpa pasokan tenaga listrik dari modul surya atau selama cuaca berawan. Untuk perkiraan umumnya dua atau tiga hari.

Ketiga adalah depth of discharge yang diizinkan harus diketahui untuk mencegah pemakaian energi baterai yang terlalu banyak (deeply discharged). Depth of discharge juga mempengaruhi siklus umur pakai baterai secara signifikan. Keempat adalah kebutuhan energi di malam hari dan profil beban. Energi akan menentukan kapasitas, sedangkan daya puncak menentukan pengeluaran arus maksimum yang harus dijaga pada tingkat yang disarankan. Kelima adalah jumlah siklus yang diperlukan untuk mencegah seringnya melakukan penggantian baterai. Keenam adalah temperatur berpengaruh terhadap umur pakai dan kapasitas baterai.

Keenam hal di atas harus diperhatikan dalam menentukan kapasitas baterai yang ingin digunakan. Karena selain berfungsi sebagai penyimpan sementara energi listrik, baterai juga memiliki beberapa fungsi lainnya. Di antarannya yaitu berfungsi sebagai pemasok daya ke komponen elektronika daya seperti solar charge controller dan inverter, penyedia cadangan energi untuk digunakan di hari-hari dengan cuaca berawan atau pada kondisi darurat, dan penyuplai bagi beban dengan tegangan dan arus yang stabil melalui inverter baterai, juga dalam hal terjadi putusnya suplai daya (intermittent) dari modul surya.

Ada beberapa perilaku yang perlu menjadi pertimbangan dalam penggunaan baterai, hal ini menyangkut dengan umur pakai baterai dan kapasitas baterai. Hal yang harus diperhatikan yaitu baterai tidak boleh diisi dengan arus yang terlalu tinggi. Semakin tinggi arus maka semakin cepat tegangannya menurun, sehingga Low Voltage Disconnect akan dicapai lebih cepat dan energi total yang dapat diambil juga menurun. Hal perlu diperhatikan selanjutnya adalah untuk menghindari pemakaian baterai sampai habis. Sebaiknya, paling sedikit 1,95 V per sel dengan waktu pemakaian hingga 24 jam.

Selain beberapa hal yang perlu menjadi pertimbangan dalam penggunaan baterai yang berdampak pada umur pakai baterai dan kapasitas, ada beberapa faktor yang mempengaruhi umur pakai dan kapasitas baterai. Pertama adalah pengaturan tegangan pengisian. Tegangan yang tinggi saat pengisian baterai di atas batas yang ditetapkan dapat menyebabkan pengisian berlebih pada baterai. Hal ini dapat mengakibatkan proses timbulnya gas sehingga mengurangi jumlah cairan. Kedua adalah swallow discharge atau pelepasan energi baterai dengan depth of discharge yang sangat rendah, dapat mengurangi charge acceptance atau efisiensi baterai. Dianjurkan untuk menggunakan baterai secara efektif setidaknya hingga mencapai 30% DoD.

Ketiga adalah  arus pelepasan energi (discharging current), di mana semakin tinggi arus yang dipakai maka semakin rendah kapasitas yang dapat digunakan. Keempat adalah temperatur ruangan, di mana semakin tinggi temperatur ruangan, maka semakin berkurang siklus umur pakainya. Grafik menunjukkan bahwa umur pakai berkurang hingga setengahnya dengan peningkatan temperatur sebesar 10. Kelima adalah depth of discharge (DoD), di mana semakin besar depth of discharge, maka semakin kecil jumlah siklus umur pakainya. Untuk mencapai minimum 1.825 siklus (5 tahun) pada temperatur 20 C, DoD dari baterai tidak boleh lebih tinggi dari sekitar 75%.

Pengisian baterai pun mempengaruhi umur pakai baterai. Maka dari ini perlu memperhatikan beberapa hal untuk meningkatkan proses pengisian untuk memperpanjang umur baterai. Pertama adalah menghindari mengisi daya baterai dengan tegangan sangat tinggi yaitu tegangan maksimum sebesar 2,4 V selama tahap bulk dan absorption. Daya baterai yang berlebihan menyebabkan berkurangnya kapasitas, peningkatan konsentrasi asam di dalam elektrolit, serta baterai yang terlalu panas.

Kedua adalah baterai harus diisi sesuai dengan spesifikasi dengan metode pengisian tiga tahap, yaitu bulk, absorption, dan float. Pengisian dengan cara penyetaraan (equalization) tidak boleh dilakukan untuk baterai berjenis lead acid OPzV atau GEL. Ketiga adalah ketika pengiriman dan penyimpanan, baterai kehilangan sebagian dayanya karena terjadinya self-discharge. Oleh karena itu, selama komisioning disarankan untuk mengisi baterai minimal selama 16 jam dengan tegangan tetap.