Mengapa Baterai Pada Lampu Jalan Tenaga Surya Rusak Terlebih Dulu

Perhitungan di Balik “Lampu tersebut Berfungsi Selama Beberapa Bulan”

Ambil contoh konfigurasi klasik: panel surya berdaya 200 W, lampu LED berdaya 60 W, dan baterai berkapasitas 120 Ah dengan tegangan 12 V. Lakukan perhitungan yang akurat:

Lampu LED berdaya 60 W yang menyala selama 12 jam akan mengonsumsi energi sekitar 720 Wh . Baterai berkapasitas 120 Ah dengan tegangan 12 V dapat menyimpan energi sebesar 1.440 Wh (berdasarkan spesifikasi nominal). Jika baterai dikerjakan hingga tingkat pengosongan daya (depth of discharge/DoD) sekitar 80%, maka energi yang tersisa adalah 1.150 Wh. Dengan kapasitas tersebut, lampu hanya dapat menyala selama 1,6 malam tanpa perlu diisi ulang. Jika terjadi tiga hari berturut-turut dengan cuaca mendung (yang merupakan kondisi paling umum), maka lampu tersebut tidak akan mampu beroperasi secara mandiri dari hari pertama penggunaan.

Mengapa sistem tersebut tampaknya berfungsi dengan baik saat proses komisiing (pemulaan penggunaan)? Karena saat komisiing, kapasitas baterai bank mulai beroperasi pada tingkat 100% setiap malam, dan periode cuaca mendung pertama belum terjadi. Sebenarnya, kegagalan dalam sistem tersebut sudah “dirancang” sejak awal; hanya diperlukan satu minggu cuaca buruk saja agar masalah tersebut muncul. Ketika baterai mengalami penurunan kualitas dan hanya terisi sebagian, tegangannya akan turun dengan cepat, sehingga mekanisme pengaman (LVD/Low Voltage Disconnect) pada kontroler akan aktif dan menyebabkan lampu tidak menyala atau bahkan tidak bisa dinyalakan sama sekali. Inilah yang menyebabkan keluhan bahwa sistem tersebut “berfungsi dengan baik di musim panas, tetapi tidak berfungsi sama sekali di musim hujan”.

Mengapa kami menolak penggunaan kembali sel baterai mobil listrik (EV cells) yang sudah tidak lagi berfungsi dengan baik?

Beberapa produk baterai menjadi kurang berkualitas karena menggunakan sel baterai listrik (EV cells) yang telah digunakan kembali. Produk tersebut mungkin lulus uji kapasitas awal; masalahnya bukan terletak pada kapasitas baterai saat dikirimkan. Masalah sebenarnya terletak pada hal-hal yang tidak dapat dilihat, seperti riwayat penggunaan baterai yang tidak diketahui, paparan terhadap proses pengisian daya cepat yang tidak jelas, serta sel-sel baterai yang tidak memenuhi standar kualitas. Dalam aplikasi seperti lampu jalan, baterai tersebut beroperasi dalam kondisi daya yang tidak penuh (partial state of charge/SoC) selama bertahun-tahun, sehingga proses degradasi baterai menjadi tidak terlihat jelas. Akibatnya, satu sel baterai yang tidak berfungsi dengan baik dapat mempengaruhi seluruh rangkaian baterai. Aturan kami untuk produk yang kami buat sendiri, serta saran kami kepada setiap pembeli: Lampu jalan yang menggunakan baterai tersebut harus disertai laporan hasil uji kapasitas batch dan garansi kinerja selama 3–5 tahun; jika tidak, produk tersebut tidak akan dipasang di tiang lampu.

Lakukan diagnosis sebelum mengganti komponen

Urutan proses diagnosis yang kami gunakan adalah sebagai berikut:

1. Istirahatkan baterai terlebih dahulu, lalu ukur tegangan terbuka (Open-Circuit Voltage/OCV). Setelah beberapa jam beristirahat, jika nilai tegangan baterai 12 V jauh di bawah nilai nominal (misalnya, di bawah 11 V), maka baterai tersebut sudah rusak atau sedang dalam proses rusak. Perlu diperhatikan bahwa untuk jenis baterai lithium iron phosphate (LiFePO4), nilai OCV bukanlah indikator yang akurat untuk menentukan tingkat kesehatan baterai, karena fase penurunan tegangan saat pengosongan baterai (discharge plateau) cenderung datar. Baterai lithium dengan kapasitas 30% dan 70% dapat memiliki nilai tegangan yang hampir sama. Untuk baterai jenis lithium, lebih baik mengandalkan data pengukuran coulomb yang dihasilkan oleh sistem pengelola baterai (BMS) atau melakukan uji beban (load test); gunakan metode pengukuran OCV hanya untuk jenis baterai lead-acid.

1. Gantilah baterai yang bermasalah dengan baterai yang sudah teruji baik dan memiliki spesifikasi yang sama. Jika kinerja baterai kembali normal, maka baterai asli yang merupakan penyebab masalah. Metode ini merupakan cara tercepat untuk menentukan masalah secara langsung di lapangan.

1. Periksa sumber pengisian daya baterai di bawah sinar matahari yang terik: Ukur tegangan terbuka (Voc) dan arus singkat (Isc) panel surya sesuai dengan informasi yang tercantum pada nameplate panel tersebut. Pada kondisi normal, nilai tegangan keluaran panel surya biasanya menurun sekitar 0,5% per tahun; jika nilai tegangan keluaran jauh di bawah nilai yang tercantum pada nameplate, berarti masalahnya terletak pada panel surya itu sendiri, bukan pada baterai.

4.

Periksa pengaturan kontroler sesuai dengan spesifikasi baterai tersebut. Tegangan penghantar (bulk/voltage), tegangan penyerapan (absorption voltage), dan ambang batas perlindungan terhadap tegangan rendah (LVD threshold) yang tidak sesuai dengan spesifikasi baterai dapat secara diam-diam memperpendek umur baterai. Selain itu, periksa jalur kabel: konduktor yang berukuran terlalu kecil dan koneksi yang korosif dapat menyebabkan penurunan tegangan, yang pada akhirnya menyebabkan pemborosan energi baik saat pengisian maupun saat pengosongan baterai.

Aturan penentuan ukuran yang kami buat:

• Ukuran ditentukan berdasarkan kondisi cuaca mendung, bukan kondisi malam rata-rata. Tiga hari berturut-turut dengan cuaca mendung merupakan spesifikasi umum; untuk lokasi yang kritis, diperlukan lima hari. Lakukan perhitungan terlebih dahulu mengenai beban penggunaan pada malam hari, kemudian pilih jenis baterai yang sesuai.
• Minimalkan kedalaman pengosongan baterai setiap hari. Meminimalkan kedalaman pengosongan baterai setiap hari merupakan faktor terpenting yang mempengaruhi masa pakai baterai. Baterai yang digunakan dengan tingkat pengosongan 50% per hari memiliki masa pakai yang jauh lebih lama dibandingkan baterai yang digunakan dengan tingkat pengosongan 90%, meskipun total energi yang disuplai sama.
• Pilih jenis baterai yang sesuai dengan kebutuhan. Baterai jenis LiFePO4 dari merek terkemuka biasanya mampu bertahan hingga lebih dari 2000 siklus pengisian daya, dengan stabilitas termal dan ketahanan terhadap peningkatan suhu yang jauh lebih baik dibandingkan jenis baterai lithium-ion lainnya. Untuk penggunaan dalam transportasi, baterai tersebut harus memenuhi standar pengujian UN 38.3; untuk penggunaan tetap, standar keselamatan IEC 62619 harus dipenuhi oleh pemasok.

Bacalah syarat garansi sebagai bagian dari spesifikasi teknis.

Garansi kinerja selama 3 hingga 5 tahun merupakan standar umum untuk bank daya berkualitas. Rekomendasi kami: sebutkan dalam garansi angka penahanan kapasitas daya pada tahun tertentu (kami meminta penahanan kapasitas minimal 80% pada tahun ketiga, dan hal ini harus dituliskan secara eksplisit). Garansi yang hanya mencakup kemungkinan “kegagalan” tanpa menyebutkan informasi tentang penahanan kapasitas daya sebenarnya tidak tepat sasaran; yang sebenarnya sering gagal adalah kapasitas daya tersebut.

Apa yang tidak dibahas di halaman ini:

Halaman ini membahas kondisi kesehatan baterai, ukuran baterai, dan proses pengadaan baterai untuk lampu jalan tenaga surya yang terhubung secara langsung (DC-coupled). Halaman ini tidak membahas pemilihan jenis baterai berbasis kimia asam timbal (lihat perbandingan jenis baterai: gel, AGM, dan flooded), konfigurasi penggunaan dua baterai (lihat analisis masalah pada sistem baterai ganda), maupun pengaruh suhu terhadap kinerja bank daya (lihat suhu lingkungan baterai). Untuk produk lampu jalan tenaga surya yang lengkap, yang mencakup bank daya, kontroler, dan panel yang telah disesuaikan di pabrik, silakan lihat seri lampu jalan tenaga surya all-in-one.