Suatu PLTS off-grid yang dikelola secara komunal atau yang sering disebut sistem PLTS berdiri sendiri (stand-alone), 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. Konfigurasi sistem PLTS off-grid yang umum digunakan ada 2 jenis, yaitu sistem penyambungan AC atau AC-coupling dan penyambungan DC atau DC-coupling.
Untuk dapat diketahui DC merupakan singkatan untuk direct current (arus searah), sedangkan AC adalah singkatan untuk alternating current (arus bolak-balik). Penyambungan (coupling) mengacu pada titik penyambungan di dalam sistem. Sistem DC-coupling menghubungkan rangkaian modul fotovoltaik ke sisi DC sistem PLTS melalui solar charge controller. Sementara itu, sistem AC-coupling menghubungkan rangkaian modul surya dan baterai ke sisi AC melalui inverter jaringan dan inverter baterai. Jika ada kelebihan daya yang tidak digunakan oleh beban, maka kelebihan daya akan dikonversi kembali ke DC oleh inverter baterai dan energi akan disimpan dalam baterai. Gambar di bawah mengilustrasikan contoh sistem PLTS dalam konfigurasi DC-coupling.
Sumber: Buku Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Â Dos & Don'ts
Secara umum, kedua konfigurasi tersebut menggunakan komponen yang sama kecuali untuk solar charge controller (SCC), komponen yang dipasang di sisi setelah kotak penggabung (combiner box). Penggunaan SCC di dalam sistem DC-coupling diganti dengan inverter jaringan di dalam sistem AC-coupling. Berikut penjelasan singkat fungsi masing-masing komponen.
Pertama ada rangkaian modul fotovoltaik, atau disebut juga larik atau array terdiri dari beberapa modul yang dihubungkan secara seri dan/atau paralel. Rangkaian ini mengubah radiasi sinar matahari yang mengenai seluruh permukaan rangkaian menjadi tenaga listrik. Kedua, kotak penggabung, atau combiner box menggabungkan beberapa string modul surya atau modul surya dalam konfigurasi paralel. Kotak penggabung ini juga dilengkapi perangkat proteksi untuk melindungi setiap string modul fotovoltaik.
Ketiga, pengkabelan dari larik fotovoltaik ke rumah, untuk menghubungkan keluaran dari kotak penggabung ke solar charge controller yang berada di rumah pembangkit. Kabel pada umumnya dipasang di bawah tanah dan harus tahan cuaca maupun tahan sinar ultraviolet (UV). Keempat, solar charge controller (SCC) berguna untuk mengubah keluaran dari modul surya untuk mencapai tingkat tegangan baterai dan mengendalikan proses pengisian baterai. Kelima, panel distribusi DC Panel distribusi DC digunakan sebagai titik sambungan (bus) untuk tegangan DC. Panel ini menghubungkan SCC, bank baterai, dan inverter.
Keenam, bank baterai, berguna untuk menyimpan energi yang dihasilkan modul surya di siang hari dan digunakan ketika beban meningkat dan energi dari modul fotovoltaik tidak mencukupi untuk memasok energi. Ketujuh, inverter baterai, berguna untuk mengubah tegangan DC bank baterai (sekitar 48 VDC) ke tegangan AC pada 230 VAC. Inverter ini juga menjaga baterai agar energi di dalam baterai tidak habis terpakai. Kedelapan, panel distribusi berguna untuk menghubungkan beberapa inverter baterai secara paralel serta menghubungkan ke jaringan distribusi. Panel ini terdiri dari beberapa titik sambungan atau busbar, sistem proteksi, meteran energi, dan indikator operasional.
Kesembilan, sistem pemantauan dan pyranometer berguna untuk pemantauan jarak jauh atau remote monitoring system (RMS) dan pyranometer adalah instrumen untuk memantau kinerja sistem secara lengkap dan iradiasi matahari di lokasi tertentu. Jika jaringan komunikasi tersedia dan bekerja dengan baik, pemantauan dapat dilakukan dari jarak jauh selama sistem terhubung dengan GSM. Kesepuluh, rumah pembangkit yaitu bangunan tempat dipasangnya sebagian besar komponen elektronik termasuk inverter baterai, panel distribusi AC, SCC, dan bank baterai. Rumah pembangkit melindungi komponen-komponen yang sensitif terhadap cuaca buruk atau kondisi lingkungan lainnya yang dapat merusak sistem PLTS. Kesebelas, penangkal petir berguna untuk menangkap sambaran petir untuk menghindari sambaran langsung ke bagian-bagian yang berbahan konduktor lainnya di area sistem pembangkit. Sistem PLTS juga harus didukung pembumian yang baik dan perangkat proteksi tegangan surja (surge protection device) tambahan untuk melindungi perangkat elektronik dari efek tak langsung dari sambaran petir.
Kedua belas, kotak pembumian (elektroda pembumian dan ikatan ekipotensial) atau disebut juga kotak pembumian (grounding box) berguna sebagai tempat penanaman elektroda pembumian dan ikatan ekipotensial dari semua sistem pentanahan komponen PLTS termasuk rangkaian modul surya, rumah pembangkit, dan penangkal petir.
Ketiga belas, distribusi tegangan menengah yaitu solusi alternatif untuk mengurangi rugi-rugi distribusi termasuk jatuh tegangan (voltage drop). Distribusi tegangan menengah terdiri dari transformator penaik dan penurun tegangan untuk mengubah tegangan dari tegangan rendah ke menengah, dan sebaliknya. Distribusi tegangan menengah diperlukan bila jarak dari sistem PLTS ke beban atau ke sambungan pelanggan lebih dari 1 hingga 3 km, tergantung pada ukuran kabel dan beban yang tersambung.
Keempat belas, distribusi tegangan rendah dan lampu jalan. Distribusi tegangan rendah terdiri dari tiang jaringan yang dikombinasikan dengan lampu jalan untuk menopang kabel saluran udara (overhead cable). Konfigurasi jalur distribusi tersebut dapat berupa satu-fasa (230 VAC) atau tiga-fasa (400 VAC) tergantung pada total kapasitas sistem.
Kelima belas, rumah tangga. Para pelanggan tersambung melalui tiang jaringan dan masing-masing dilengkapi dengan soket dan tiga lampu LED (Light Emitting Diode). Setiap instalasi rumah tangga dilindungi oleh miniature circuit breaker (MCB) dan pembatas energi (energy limiter) untuk mengendalikan alokasi energi.
DC-Coupling
Sistem dianggap memiliki konfigurasi penyambungan sistem DC (DC-coupling) jika komponen utamanya terhubung di bus DC. Daya listrik dibangkitkan oleh modul fotovoltaik dan digunakan untuk mengisi baterai melalui solar charge controller. SCC adalah pengonversi DC-DC untuk menurunkan tegangan modul fotovoltaik ke level tegangan baterai yang juga dilengkapi dengan maximum power point tracker (MPPT) untuk mengoptimalkan penangkapan energi.
Di siang hari, dengan radiasi sinar matahari yang cukup, baterai diisi untuk mencapai kondisi pengisian (SoC, state of charge) yang maksimal. Seiring dengan meningkatnya permintaan listrik hingga beban melebihi daya larik fotovoltaik yang terhubung, inverter baterai akan menyalurkan energi dari baterai ke beban dan akan berhenti beroperasi ketika SoC baterai mencapai batas minimum.
Komponen utama yang membedakan sistem AC-coupling dengan DC-coupling adalah inverter jaringan. Dalam konfigurasi AC-coupling, modul fotovoltaik dan baterai dihubungkan di bus AC melalui inverter jaringan dan inverter baterai. Modul fotovoltaik terhubung ke inverter jaringan dimana tegangan diubah dari DC ke AC. Serupa dengan charge controller, inverter jaringan juga dilengkapi dengan perangkat MPPT untuk mengoptimalkan penangkapan energi. Daya dari rangkaian modul fotovoltak dapat langsung digunakan oleh beban di siang hari dan kelebihannya digunakan untuk mengisi baterai melalui inverter baterai pada saat yang sama.
AC-Coupling
Berbeda dengan sistem DC-coupling, inverter baterai dalam sistem AC-coupling bekerja secara dua arah (bidirectional). Alat ini berfungsi sebagai pengatur pengisian baterai (charger) ketika radiasi sinar matahari cukup, beban terpenuhi, dan baterai belum terisi penuh (SoC rendah). Ketika beban melampaui jumlah daya masukan modul fotovoltaik, biasanya pada malam hari atau saat hari sedang berawan, maka inverter baterai akan beralih menjadi inverter mengubah arus DC-AC sehingga energi dari baterai dapat digunakan untuk memenuhi permintaan beban.
Sistem konversi di sistem AC-coupling bekerja dalam dua cara. Hal ini menyebabkan rugi-rugi konversi yang lebih besar dibandingkan sistem DC-coupling. Namun demikian, sistem AC-coupling lebih menguntungkan jika kemungkinan beban pada siang hari lebih besar karena dalam hal ini kerugian konversi hanya akan terjadi di inverter jaringan. Disisi lain, konfigurasi AC memberi lebih banyak fleksibilitas untuk dengan mudah diperluas dengan tambahan rangkaian modul fotovoltaik atau dijalankan secara hibrida bersama dengan pembangkit listrik lainnya.
Mirip dengan sistem DC-coupling, inverter baterai harus bekerja secara paralel untuk mencapai keluaran daya yang lebih besar. Karena inverter baterai adalah "otak" pembentukan jaringan distribusi di dalam PLTS off-grid, harus ada setidaknya satu inverter yang bertindak sebagai "master" yang menyediakan referensi tegangan dan frekuensi, sementara inverter baterai sisanya bertindak sebagai "slave" yang bergabung di dalam jaringan.
