Perbedaan DC Coupling dan AC Coupling Pada Sistem PLTS Off-Grid

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.

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.

Sistem 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.

Sistem AC-coupling

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.

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. Konfigurasi inverter baterai dan pembuatan jaringan (grid forming) akan dijelaskan lebih detail pada bab inverter baterai.

Kelebihan dan Kekurangan DC Coupling

Sistem energi surya DC coupling memiliki keuntungan karena lebih efisien daripada sistem AC coupling. Pada sistem AC coupling, listrik tenaga surya mengalami beberapa proses, sedangkan sistem DC mengubah listrik dari panel surya hanya melewati satu proses, membuat efisiensi sistem secara keseluruhan lebih tinggi.

Kekurangannya, opsi DC coupling lebih rumit untuk dipasang, yang dapat meningkatkan biaya di awal lebih mahal dan waktu pemasangan lebih lama.

Pilih yang Mana, AC Coupling atau DC Coupling?

Jika Anda sudah memasang sistem panel surya di rumah dan ingin menambahkan penyimpanan baterai, sistem AC coupling kemungkinan pilihan terbaik. Ini karena Anda sudah memiliki sistem inverter surya yang terpasang dengan panel.

Sedangkan jika Anda memasang sistem panel surya dan baterai pada saat yang sama, sistem DC coupling mungkin merupakan opsi yang lebih baik karena efisiensi keseluruhan yang lebih tinggi. Namun, waktu pemasangan untuk sistem DC coupling biasanya lebih lama daripada sistem AC, jadi penting untuk mempertimbangkan bagaimana hal itu akan memengaruhi biaya pemasangan di awal Anda.

Sumber : Buku Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya: Dos and Don’ts