Sistem Penerangan Jalan (Lampu LED) dengan Energi Listrik dari Matahari

Penerangan jalan pada umumnya merupakan sebuah sistem yang terdiri atas lampu TL, controller dan sumber listrik yang berasal dari PLN. Sistem ini mengonsumsi banyak energi listrik sehingga merupakan sebuah beban tersendiri bagi penyediaan energi listrik di Indonesia. Untuk penghematan energi, sistem penerangan jalan ini dapat diperbaharui menjadi sebuah sistem yang lebih efisien dengan cara mengaplikasikan LED sebagai penerangan dan solar cell sebagai sumber energinya.

Sejarah

Pada tahun 1884, lampu jalan elektrik pertama kali diterapkan di Romania. Pada saat itu, 731 lampu jalan dipasang di seluruh pelosok Romania. Hal ini membuktikan kebutuhan akan lampu jalan telah ada sejak dulu kala. Lampu jalan digunakan untuk meningkatkan keamanan, terutama terhadap kriminalitas dan meningkatkan jarak pandang ketika berkendara pada malam hari.

Seiring dengan meningkatnya peradaban manusia, maka kebutuhan akan lampu jalan pun semakin meningkat. Wilayah perkotaan yang meluas dan pertumbuhan jumlah jalan raya mengharuskan penerangan jalan untuk ikut bertambah. Hal ini berarti pertambahan yang besar pula bagi kebutuhan listrik.

Saat isu mengenai penghematan energi mencuat, lampu jalan muncul sebagai salah satu objek penghematan. Salah satu alternatif yang digunakan adalah mengganti lampu merkuri dengan lampu LED yang hemat energi. Adalah Jepang, negara pertama yang mengaplikasikan LED sebagai lampu jalan di wilayah Osaka pada awal 2000-an. Hal ini terbukti menurunkan konsumsi listrik sebesar 80% di wilayah tersebut.

Alternatif kedua muncul ketika teknologi solar cell mulai berkembang. Selain diterapkan di rumah-rumah, solar cell juga diterapkan di lampu jalan sebagai alternatif sumber energi. Dengan digunakannya solar cell sebagai sumber energi lampu jalan, maka lampu jalan pun tidak memerlukan listrik dari pembangkit listrik konvensional lagi.

Ketika kedua alternatif ini digabungkan, lampu jalan pun menjadi sebuah ajang penghematan listrik yang efektif.

Prinsip Kerja Umum

Sistem penerangan jalan (LED) dengan energi matahari merupakan sistem penerangan jalan alternatif yang menggunakan sumber energi terbarukan dan hemat energi. Sumber energi diperoleh dari konversi energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Untuk melakukan konversi tersebut, digunakanlah solar cell.

Pada siang hari, ketika matahari bersinar terang, solar cell akan mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Energi listrik ini akan diisikan pada baterai dengan pengendalian oleh solar charger controller (SC controller). SC controller ini berfungsi untuk mengendalikan pengisian energi listrik pada baterai, jika baterai telah penuh, maka SC controller akan memutuskan pengisian listrik dari solar  cell.

Pada malam hari, lampu LED akan menyala dengan pasokan listrik dari baterai.  Tentu saja solar cell tidak lagi memasok listrik pada saat ini karena tidak ada sinar matahari.

Sistem solar cell yang digunakan pada penerangan jalan memiliki cara kerja yang mirip dengan sistem solar cell pada umumnya, yaitu solar cell dipakai sebagai sumber energi dari suatu alat dan kelebihan energi yang dihasilkan akan disimpan pada baterai sebagai cadangan energi. Namun pada penerangan jalan, karena hanya digunakan pada malam hari, maka ketika solar cell mendapatkan energi dari sinar matahari, energi tersebut akan langsung disimpan pada baterai dan ketika malam hari, baterai akan men-supply kebutuhan energi bagi lampu LED.

Sistem ini memiliki berbagai macam keunggulan dibandingkan sistem penerangan jalan umum biasa, diantaranya:

1.       Penggunaan listrik yang kecil, karena menggunakan lampu LED yang daya listriknya kecil

2.       Umur pakai yang panjang, dikarenakan lampu LED hanya dilewati arus yang sangat kecil

3.       Biaya operasional yang murah, dampak langsung dari konsumsi listrik yang rendah adalah     biaya operasional yang rendah dibandingkan menggunakan lampu biasa

4.   Mengurangi penggunaan listrik dari PLN, sistem solar cell yang digunakan merupakan sebuah aplikasi dari sumber energi terbarukan sehingga mengurangi/ ketergantungan dari pembangkit listrik berbahan bakar fosil

5.    Mengurangi instalasi kabel listrik karena listrik dipasok langsung pada solar cell yang terdapat pada tiang yang sama

Spesifikasi

Untuk membuat sebuah sistem penerangan jalan (LED) dengan energi listrik dari matahari, dibutuhkan dua buah komponen utama, yaitu:

1.       Sistem solar cell

2.       Lampu LED

Sistem solar cell terdiri atas panel surya, baterai dan SC controller. Fungsi dari sistem ini adalah untuk menggantikan sumber listrik PLN. Oleh karena itu, diperlukan sebuah sistem solar cell yang mampu men-supply kebutuhan listrik bagi sebuah lampu LED untuk penerangan setidaknya satu malam dengan pengisian selama siang hari.

Lampu LED digunakan untuk menggantikan lampu TL. Lampu LED dipilih karena konsumsi listriknya yang rendah. Untuk penerangan jalan, dibutuhkan lampu dengan tingkat pencahayaan sekitar ...lm. Untuk memenuhi  tingkat pencahayaan tersebut, lampu TL memerlukan daya sebesar ...watt sementara lampu LED hanya memerlukan daya sebesar ...watt.

                                                                                               

Perkembangan Teknologi

1.       Perkembangan teknologi  sel surya

Sel surya cukup berkembang di Indonesia maupun di dunia. Hal ini dapat dilihat dari banyaknya penggunaan teknologi ini untuk berbagai aplikasi. Perkembangan terkini yang mulai dilakukan adalah untuk menaikkan efisiensi dari sel surya tersebut. Efisiensi sel surya dilihat dari prosentase besarnya energi listrik yang dihasilkan dibanding besar energi cahaya yang diterima. Efek positif lain yang akan didapat apabila bisa menaikkan efisiensi sel surya ini dapat menghemat tempat karena luas permukaannya dapat diperkecil.

Sel surya yang diproduksi massal saat ini memiliki efisiensi sekitar 15% saja, namun dengan adanya penelitian yang berlangsung diharapkan akan memiliki efisiensi sekitar 30% sehingga akan lebih menarik dan lebih massal dalam penggunaannya.

2.       Perkembangan teknologi lampu LED

Penggunaan lampu sebagai penerangan sangat dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari. Namun dalam penggunaannya, lampu yang banyak digunakan sekarang ini tidak ramah lingkungan dan memerlukan banyak energi. Perkembangan terbaru dalam sistem penerangan adalah penggunaan LED. LED memiliki banyak kelebihan daripada lampu biasa, antara lain lebih ramah lingkungan, lebih tahan lama dan lebih irit energi. Penggunaan LED banyak dipakai pada senter, lampu rumah dan lampu penerangan jalan umum.

Potensi Lampu Jalan LED dengan Tenaga Surya di Dunia dan Indonesia

Potensi LED sebagai lampu jalan di dunia cukup besar. Walaupun pada awalnya pancaran cahaya LED tidak seterang lampu konvensional, kini telah ditemukannya juga LED yang mempunyai kemampuan mengeluarkan cahaya dengan terang. LED juga merupakan lampu yang sangat hemat energi, sehingga sangat dianjurkan untuk mengganti lampu jalan konvensional yang menggunakan banyak energi listrik.

Potensi sel surya di dunia juga sangat tinggi. Tenaga surya yang tidak akan habis mempunyai potensi yang sangat besar untuk menjadi energi alternatif sumber energi listrik. Oleh karena itu sel surya berpotensi di negara yang memiliki pancaran sinar matahari tinggi seperti daerah tropis.

Karena potensi masing-masing yang besar, pengembangan teknologi untuk menjadikan LED sebagai lampu jalan dengan tenaga surya memiliki potensi yang sangat besar juga di dunia. Tingkat kebutuhan listrik yang relatif kecil juga menyebabkan panel surya yang dibutuhkan oleh lampu LED cukup kecil untuk di atas tiang lampu itu sendiri. Dan karena bentuknya yang tidak jauh berbeda dari tiang sebelumnya, tiang lampu konvensional tidak perlu diganti. Hal ini berarti tingkat penghematan yang cukup besar untuk sebuah lompatan teknologi, sehingga teknologi ini sangat berpotensi di dunia dan khususnya Indonesia.

Potensi Peluang Implementasi Lampu Jalan LED dengan Tenaga Surya di Indonesia

Lampu LED sebagai lampu jalan di Indonesia belum banyak dipakai. Teknologi pengembangan LED sudah sampai ke LED super yang memiliki intensitas cahaya yang tinggi. Oleh karena itu sudah cukup untuk menggantikan lampu yang sekarang. Lampu LED juga sangat hemat listrik dan ramah lingkungan. Karena tingkat penghematan energi di Indonesia sangat diharapkan mengalami peningkatan, lampu LED ini sangat berpotensi di Indonesia.

Potensi peluang implementasi lampu LED sebagai lampu jalan dengan tenaga surya sangat besar. Dengan tingkat intensitas cahaya matahari yang cukup tinggi teknologi ini dapat dimanfaatkan dan Indonesia sebagai negara yang beriklim tropis memiliki cahaya matahari yang cukup lama dan dapat dimanfaatkan. Pada dataran rendah contohnya pantai, matahari cukup stabil. Oleh karena itu, peluang implementasi teknologi ini cukup tinggi pada daerah-daerah tertentu yang memiliki cahaya matahari yang cukup stabil.

Salah satu kendala yang dihadapi Indonesia adalah curah hujan yang juga cukup tinggi pada wilayah tropis. Hal ini memang membuat teknologi sel surya sebagai sumber utama menjadi tidak berguna. Kematian lampu jalan berakibat sangat fatal, oleh karena itu pada lampu LED ini disediakan juga jalur listrik dari pusat sebagai energi alternatif untuk membuat lampu jalan tetap hidup.

Tingkat pengeluaran untuk penggunaan teknologi ini juga tidak terlalu mahal. Dibandingkan dengan pengeluaran yang dikeluarkan oleh lampu yang lama, investasi yang dilakukan dengan penggunaan teknologi ini jauh lebih besar. Modalnya memang cukup mahal, tetapi pada akhirnya biaya pengeluarannya akan relatif sangat kecil. Oleh karena itu, di Indonesia diharapkan dapat menggunakan teknologi ini dengan bertahap. Tidak semua lampu langsung diganti tetapi akan sedikit demi sedikit diganti dengan lampu LED bertenaga surya ini. Dengan cara ini maka peluang implementasi teknologi ini di Indonesia akan sangat besar.

Teknik Pengontrolan

Controller

Controller di dalam sistem lampu jalan tenaga surya dapat dikatakan sebagai "otak" karena fungsinya yang adalah sebagai pengatur arus listrik baik terhadap arus yang masuk maupun arus yang keluar / digunakan. Adapun fungsi - fungsi controller pada lampu jalan tenaga surya adalah sebagai berikut :

1. Saat voltase di baterai telah dalam keadaan penuh, maka controller berfungsi menghentikan arus listrik yang masuk ke dalam baterai dengan maksud untuk menjaga ketahanan baterai agar jauh lebih tahan lama.
2. Saat voltase di baterai dalam keadaan hampir kosong, maka controller berfungsi menghentikan pengambilan arus listrik dari baterai oleh beban / peralatan listrik. Dalam kadar voltase tertentu ( umumnya sekitar 10% sisa voltase di baterai ) , maka pemutusan dilakukan oleh controller. Adapun hal ini agar baterai lebih tahan lama dan mencegah kerusakan pada sel - sel baterai. Pada kebanyakan model controller, indikator lampu akan menyala dengan warna tertentu ( umumnya berwarna merah atau kuning ) yang menunjukkan bahwa voltase di baterai sudah hampir habis dan perlu untuk proses charging. Dalam kondisi ini, meskipun sisa voltase di baterai masih ada, namun karena pengambilan arus listrik dari baterai telah diputus oleh controller, maka peralatan listrik / beban tidak dapat beroperasi.

Kembali kepada kejadian, yakni bahwa kejadian - kejadian yang terjadi pada sistem lampu jalan tenaga surya bisa berbagai macam antara lain konsleting, baterai penuh, baterai lemah, baterai normal, over-voltage, dan lain - lain, yang adapun semua kejadian ini dapat terdeteksi oleh controller. Karena perannya yang cukup penting, controller sangat dianjurkan untuk dipasang meskipun tidak mutlak.

Contoh Perhitungan Energi Bila kita berkeinginan untuk menggunakan energi sel surya untuk  instalasi penerangan jalan, ikuti contoh perhitungan berikut ini. Bila kita membutuhkan daya listrik Alternating Current sebesar 2000W selama 10 jam per hari ( 20KWh/hari ) maka dibutuhkan  panel sel surya dgn kapasitas 210WP dan 2 batere @12V 100Ah. Ini berdasarkan perhitungan energi surya dari jam 7 pagi s/d jam 12 sore ( 5 jam ) dan asumsi konversi energi minimal 5 jam sehari. Dasar perhitungan jumlah batere adalah 2 x 3 x kebutuhan listriknya. Adanya faktor pengali 3 untuk mengantisipasi bila hujan/mendung terus-menerus selama 3 hari berturut-turut,  sedangkan faktor pengali 2 disebabkan battery tidak boleh lebih dari 50% kehilangan kapasitasnya bila ingin battery-nya tahan lama.  Dengan kata lain diusahakan agar DOD ( Depth of Discharge ) tidak melampaui 50% karena sangat mempengaruhi life time dari battery itu sendiri. Jumlah Aki  Voltage  Ampere  Perhitungan  Hasil  2 12 Volt 100 Ampere hour  2 x 12 x 100  2400 Watt hour

Estimasi Awal Biaya -          Solar cell panel 70 Wp @Rp 32.500/Watt Peak = Rp 2.275.00 -          Lampu LED 30 Watt = Rp 2.500.000 -          Accu 60A (-/+ 10A) = Rp 2.200.000 -          Electric Box System = Rp 1.500.000 Estimasi Jumlah Biaya = Rp 8.475.000 + Ppn 10% = Rp 8.475.000 + Rp 847.500 Estimasi Jumlah Biaya = Rp 9.322.500

Potensi Pasar di Indonesia

Indonesia memliki potensi sebagai pasar untuk pengembangan sistem penerangan jalan (LED) dengan energi listrik dari matahari. Mengapa demikian, alasannya adalah sebagai berikut:

1.       Masih adanya daerah – daerah yang minim akan penerangan

Daerah – daerah yang dimaksud adalah daerah seperti jalanan yang akan mendekati hutan dan desa – desa yang kurang terjangkau oleh infrastruktur pelistrikan dari PLN. Tiap tahunnya pemerintah pasti akan berusaha untuk memperbaiki penerangan dari daerah – daerah tersebut. Dikarenakan daerah – daerah tersebut jarang dilewati oleh kabel dari PLN, maka lampu LED berenergi matahari menjadi solusi penerangan yang tepat. Hal tersebut dapat menjadi potensi bagi sistem lampu LED berenergi matahari untuk ditawarkan.

2.       Penghematan energi dan alternatif energi bahan bakar fosil

Pada awal abad ke-21 ini isu penghematan energi sedang kuat – kuatnya. Terlebih lagi mengenai alternatif untuk energi dengan bahan bakar fosil, dikarenakan mulai menipisnya bahan bakar fosil. Berbagai negara banyak memikirkan mengenai hal ini, tak terkecuali Indonesia. Oleh karena itu, pengembangan manajemen dan sumber energi pada kebijakan pemerintah dan industri akan dioptimalkan dan dialihkan menuju energi terbarukan, salah satunya energi matahari. Salah satu caranya adalah dengan menggunakan perangkat berenergikan matahari. Untuk penerangan, melihat besarnya keuntungan dari lampu LED berenergi matahari ( konsumsi daya yang kecil, dan sumber energi yang ramah lingkungan), proyek – proyek pemerintah dan industri akan menggunakan lampu LED berenergi matahari.

3.       Terbatasnya daya PLN

Semakin hari pasti infrastruktur pelistrikan Indonesia akan berekspansi. Pada tahun 2010 ini memang mulai dibangun berbagai macam – macam pembangkit listrik dengan energi alternatif, sebagian besar memanfaatkan panas bumi. Hanya saja, pembangunan juga memerlukan waktu yang lama, padahal kebutuhan akan penerapan perangkat – perangkat elektronik khususnya dalam hal penerangan juga perlu dilakukan. Dari masalah inilah muncul peluang bagi lampu LED berenergi matahari untuk masuk ke pasar perangkat elektronik untuk penerangan di Indonesia, karena sumber energinya juga dari matahari. Selain itu, lampu LED berenergi matahari juga tak terpengaruh apabila ada pemadaman, baik yang disengaja maupun tidak. Sehingga pihak  - pihak yang tak ingin terpengaruh pemadaman akan melirik ke lampu LED berenergi matahari.

Potensi Hambatan Pengembangan dan Aplikasi di Indonesia

Harus diakui, sistem penerangan jalan menggunakan lampu LED dengan energi listrik dari matahari masih butuh investasi besar. Karena beberapa komponen mulai dari panel surya, baterai, hingga lampu LED masih harus didatangkan dari luar negeri sehingga harganya menjadi mahal. Padahal, para pakar Indonesia sudah mampu membuat sendiri. Apalagi sejumlah bahan baku, seperti silica untuk pembuatan panel surya, juga tersedia melimpah di tanah air.

Untuk skala laboratorium Indonesia  sudah mampu membuat  sendiri panel surya. Yang jadi persoalan adalah belum bisa mencapai skala efisiensi karena  tidak memiliki pabrik untuk menghasilkan secara massal. Sehingga meskipun lampu penerang jalan menggunakan lampu LED dengan energi listrik dari matahari memerlukan biaya operasional yang lebih hemat dibandingkan lampu penerang konvensional, pada kenyataannya lampu penerang jalan konvensional lebih banyak dipakai karena biaya investasinya yang lebih murah.

Baca juga Lampu Jalan Tenaga Surya