Pemasangan dan perawatan larik modul surya di atap: beban angin, baut dan klem, celah, pembumian rangka, pembersihan, dan inspeksi berkala

Kepala teknik sebuah hotel naik ke atap gedung laundry pukul 12.00 dan mendapati tiga staf siap membersihkan modul surya. Mereka membawa selang dari keran air sumur, satu jeriken pembersih lemak dapur, dan sikat lantai. Kaca modul terasa panas, sekitar 60 °C, sedangkan air sumur sekitar 27 °C. Seorang staf berpijak di tepi rangka modul untuk menjangkau baris kedua. Hotel itu memakai modul dari dua pabrik di dua atap, dan kepala teknik menghentikan pekerjaan lalu membuka kedua manual pemasangannya. Manual pertama meminta kain lembut, deterjen lembut, dan air bersih yang suhunya mirip suhu modul untuk menghindari kejut termal. Manual kedua melarang bahan kimia, meminta permukaan modul dingin disentuh, dan memperingatkan bahwa air dingin pada modul panas dapat memecahkan kaca. Keduanya melarang berdiri atau berpijak pada modul. Pembersihan dipindah ke pagi berikutnya. Sebelumnya, teknisi mengukur arus satu string paling kotor untuk menilai apakah pembersihan sepadan, dengan cara yang dijelaskan di bab ini.

Batas pembahasan

Bab ini membahas larik modul surya kristalin di atap dari sisi teknisi hotel: beban rancang, baut, klem, celah, drainase, pembumian rangka, lingkungan, pembersihan, inspeksi, dan penggantian modul. Manual yang dibandingkan adalah manual pemasangan modul surya kristalin A dan manual pemasangan modul surya kristalin B, ditambah manual pengguna inverter string 12 sampai 25 kW dan 75 sampai 115 kW untuk praktik pengencangan, pembumian, dan cuaca kerja. Angka di bab ini adalah contoh dari satu manual pabrik; larik yang terpasang dibaca dari manual modul dan sistem dudukannya sendiri.

Topik berikut ada di bab lain: keselamatan sisi DC di Bab 90; tegangan string dan uji sebelum disambung di Bab 91; alarm isolasi dan pemantauan arus string di Bab 92; kerja di ketinggian dan tangga di Bab 10 · Keselamatan; arah, bayangan, dan kolektor surya termal di Bab 13 · Fluida & Termal; baut dan torsi di Bab 3 · Mekanikal & Mekatronika; korosi galvanik di Bab 19 · Kimia; dan pembumian serta ikatan ekuipotensial di Bab 29.

Di luar wewenang teknisi hotel: perhitungan struktur atap dan beban angin, perubahan tata letak dan sistem dudukan, pekerjaan listrik pada string dan konektor, serta penggantian modul. Manual modul B menyatakan pemasang profesional bertanggung jawab atas perhitungan beban mekanis menurut desain, dan manual modul A menyatakan modul tidak berisi bagian yang dapat diservis pengguna. Persyaratan instalasi PV di Indonesia ada di PUIL 2020 bagian 7-712 (SNI 0225-7-712:2021); isinya tidak dibahas di bab ini. Tekanan angin rancang untuk kota di Indonesia juga tidak dibahas.

Larik di atap dan beban rancang

Larik modul surya (PV array) adalah kumpulan modul surya yang dipasang pada satu struktur dudukan dan disambung secara listrik menjadi string. Beban rancang (design load) adalah tekanan terbesar pada permukaan modul yang boleh dipakai dalam desain dudukan menurut pabrik modul. Beban positif menekan modul ke bawah; beban negatif mengangkatnya, seperti isapan angin.

Kedua manual memberi angka yang sama untuk cara pasang yang disetujui: beban rancang positif 3.600 Pa dan negatif 1.600 Pa, diuji dengan faktor keamanan 1,5 sehingga beban ujinya 5.400 Pa ke bawah dan 2.400 Pa ke atas. Angka 5.400 Pa karena itu beban uji, bukan beban rancang. Manual modul A menambahkan bahwa cara pasang lain menurunkan kemampuan beban di bawah nilai rancang, dan kegagalan karena beban lebih tidak ditanggung garansi. Cara pasang tertentu memberi angka lebih rendah: varian baut untuk pelacak pada manual modul B hanya 1.067 Pa ke dua arah, dan cara pasang pelacak pada manual modul A 30 lbs/ft², sekitar 1.436 Pa.

Kedua manual menyerahkan kecukupan desain kepada pemasang: pemasang memastikan cara pasang memenuhi syarat ini dan kode setempat; di lokasi berangin kencang, modul dipasang dengan kekuatan rancang yang cukup; dan beban angin setempat dapat menuntut klem tambahan. Bagi teknisi hotel, angka-angka ini dipakai untuk membaca dokumen desain dan mengenali pemasangan yang menyimpang, bukan untuk menghitung struktur.

Baut, ring, dan torsi

Kedua manual modul memberi syarat pengikat berikut.

Cara pasang pelacak pada manual modul A memakai baut M6 dengan torsi 16 N·m dan ring paling sedikit 1,5 mm, sehingga torsi M8 tidak dipindahkan ke sana.

Praktik pengencangan dari manual inverter 12 sampai 25 kW berguna juga untuk rangka: kunci torsi dengan rentang ukur yang sesuai, galat torsi tidak lebih dari 10 persen nilai yang ditentukan, dan baut yang sudah dikencangkan ditandai biru oleh pemasang lalu merah oleh pemeriksa mutu, dengan tanda melintasi tepi baut. Tanda yang bergeser pada inspeksi berikutnya menunjukkan baut berputar. Bila galat kunci boleh 10 persen, setelan 18 N·m menghasilkan 16,2 sampai 19,8 N·m, di dalam rentang, sedangkan setelan 20 N·m dapat menghasilkan sampai 22 N·m. Setelan di tengah rentang karena itu lebih aman. Hubungan torsi dan prapenegangan serta sifat baut baja tahan karat dibahas di Bab 3 · Mekanikal & Mekatronika tentang baut, mur, dan sambungan ulir.

Klem: jumlah, tumpang, panjang, dan zona

Klem modul (module clamp) adalah penjepit yang menahan tepi rangka modul ke rel dudukan; klem ujung dipasang di tepi larik dan klem tengah di antara dua modul. Syarat klem kedua manual modul:

Syarat yang sama di kedua manual: klem tidak menyentuh kaca depan, tidak mengubah bentuk rangka, tidak membayangi sel, rangka tidak dimodifikasi, dan beban angin setempat dapat menuntut klem atau penopang tambahan.

Zona klem (clamping zone) adalah rentang jarak sepanjang sisi modul tempat klem boleh dipasang agar beban rancang berlaku. Tabel klem sisi panjang manual modul B memberi contoh: modul 60 dan 72 sel dengan tinggi rangka 35 atau 40 mm memakai J = 280 mm dan K = 420 mm; modul 78 sel dengan rangka 40 mm memakai 380 dan 520 mm; dan beberapa modul dengan rangka lebih rendah memakai L/4 ± 50 mm, dengan L panjang sisi panjang. Dari bentuk L/4 dapat disimpulkan bahwa posisi diukur dari ujung modul; titik acuannya tetap dibaca pada gambar manual. Tinggi rangka tertera di lembar data atau label, sehingga baris tabel yang dipakai bergantung pada modul yang terpasang.

Celah, jarak ke atap, drainase, dan area kerja

Manual modul A memberi syarat akhir pemasangan, apa pun cara ikatnya:

1. jarak antara rangka modul dan permukaan atap atau dinding paling sedikit 115 mm (disarankan; cara lain dapat memengaruhi sertifikasi dan kelas api);
2. jarak antarmodul paling sedikit 10 mm;
3. lubang drainase rangka tidak tertutup dalam situasi apa pun, selama pemasangan maupun pemakaian;
4. modul tidak menerima beban statis di atas batas dan tidak menerima gaya berlebih akibat pemuaian panas struktur dudukan.

Butir 4 menyangkut pemuaian rel dudukan; sambungan muai rel adalah bagian desain pemasang.

Manual yang sama meminta area kerja aman di antara tepi atap dan tepi larik, dan melarang pemasangan di tempat modul terendam atau terus tersiram sprinkler atau air mancur. Lebar area kerja dalam meter tidak diberikan. Manual modul B meminta modul dipasang di atas penutup atap tahan api dan bahan atap dikonsultasikan dengan dinas bangunan setempat, melarang modul dipakai sebagai pengganti atap atau dinding bangunan hunian, dan meminta pemasangan di atap dikerjakan dari atas ke bawah atau dari kiri ke kanan tanpa menginjak modul. Akses, tepi terbuka, dan permukaan rapuh dibahas di Bab 10 · Keselamatan tentang kerja di ketinggian, tangga, dan perancah ringan.

Pembumian rangka dan korosi logam tak sejenis

Manual modul A meminta semua rangka modul dan rak dibumikan menurut kode listrik nasional: rangka dan semua bagian struktur logam diikat kontinu dengan konduktor bumi dari tembaga, paduan tembaga, atau bahan lain yang diterima, lalu disambung ke elektrode bumi. Perangkat pembumian pihak ketiga yang terdaftar boleh dipakai menurut petunjuk pabriknya. Lug bumi dipasang di lubang bumi modul pada permukaan yang lebih luas dari dasar lug, dengan torsi baut lug 35 lbf·in (3,95 N·m), untuk kawat tembaga pejal telanjang 6 sampai 12 AWG, sekitar 13,3 sampai 3,3 mm². Mur, baut, ring bintang, dan ring pegas biasa belum dievaluasi sebagai penghantar pembumian dan hanya dipakai untuk sambungan mekanis serta menahan perangkat pembumian pada posisinya. Baut klem karena itu tidak dianggap membumikan rangka.

Ring bintang (star washer) adalah ring bergerigi yang dijepit di antara dua permukaan logam pada sambungan baut. Manual modul B memasang ring bintang baja tahan karat di antara kabel bumi dan rangka modul untuk mencegah korosi akibat logam tak sejenis, dan meminta lubang serta perangkat yang disediakan pabrik dipakai. Manual yang sama melarang mengebor rangka karena dapat menimbulkan korosi. Manual inverter memberi praktik serupa di sisi inverter: gemuk silikon atau cat dioleskan di sekitar terminal bumi, dan kabel aluminium memakai terminal transisi tembaga-aluminium agar tidak terjadi korosi elektrokimia. Mekanisme sel galvanik dan pengaruh perbandingan luas ada di Bab 19 · Kimia tentang korosi elektrokimia dan proteksinya.

Pembumian rangka juga menyangkut inverter. Pada inverter tanpa trafo, sisi DC tidak dibumikan tetapi rangka dudukan modul wajib dibumikan; tanpa itu manual inverter hibrida menampilkan pesan isolasi rendah. Alarm itu dibaca menurut Bab 92 tentang inverter on-grid string dan resistansi isolasi, dan konduktor proteksi serta ikatan ekuipotensial menurut Bab 29 tentang pembumian, konduktor proteksi, dan ikatan ekuipotensial.

Lingkungan: lembap, pantai, dan PID

Degradasi akibat potensial (potential induced degradation, PID) adalah penurunan kinerja modul yang menurut manual modul A muncul karena gabungan kelembapan tinggi, suhu tinggi, dan tegangan tinggi. Risikonya paling besar di iklim panas lembap dan di dekat sumber lembap terus-menerus seperti perairan. Mitigasi yang disebut manual modul A adalah modul anti-PID, atau inverter bertrafo dengan pembumian kutub negatif larik; di daerah panas basah seperti pantai dan lahan basah, dipilih inverter bertrafo isolasi. Manual modul B menyarankan inverter berkutub negatif dibumikan untuk modul yang tidak bebas PID. Saran itu hanya berlaku bila syarat trafo dipenuhi, karena manual inverter tanpa trafo melarang membumikan kutub DC. Pilihan ini keputusan perancang.

Manual modul A menyebut modulnya diuji untuk uap amonia, daerah pantai lembap, dan badai pasir. Untuk inverter, manual 12 sampai 25 kW melarang pemasangan luar ruang di daerah bergaram sampai 500 m dari pantai, dan manual 75 sampai 115 kW meminta konsultasi ke pabrik untuk lokasi itu. Manual modul B melarang konektor kotak sambung terkena minyak, pelumas, atau penghambat karat.

Pembersihan dan uji 5 persen

Perbandingan pembersihan menurut kedua manual modul:

Perbedaan soal deterjen nyata: modul A membolehkan deterjen lembut, modul B melarang bahan kimia karena dapat memengaruhi garansi dan keluaran energi. Pembersih dipilih menurut manual modul yang terpasang. Manual modul B juga berselisih dengan dirinya sendiri: hanya air keran, tetapi air bermineral tinggi tidak disarankan, padahal air keran dapat bermineral tinggi. Kedua manual tidak menyebut sikat atau semprotan bertekanan; alat selain kain lembut ditanyakan ke pabrik modul lebih dulu. Frekuensi pembersihan untuk iklim tropis tidak diberikan kedua manual.

Manual modul A memberi uji untuk memutuskan perlu tidaknya membersihkan:

1. pilih string yang paling kotor;
2. ukur dan catat arus masukan inverter dari string itu;
3. bersihkan semua modul string itu;
4. ukur lagi dan hitung persentase perbaikannya;
5. bila perbaikan kurang dari 5 persen, pembersihan biasanya tidak sepadan.

$\Delta I = \frac{I_\text{sesudah} - I_\text{sebelum}}{I_\text{sebelum}} \times 100\%$

dengan $I_\text{sebelum}$ dan $I_\text{sesudah}$ arus string sebelum dan sesudah pembersihan (A). Uji ini hanya sah pada insolasi yang praktis konstan: langit cerah, terik, tanpa awan. Arus string dibaca dari pemantauan inverter (Bab 92 tentang inverter on-grid string dan pemantauan produksi).

Inspeksi berkala dan penggantian modul

Manual modul B meminta inspeksi visual: beda warna sel pada sudut pandang berbeda adalah normal untuk lapisan antipantul; yang dicari adalah kaca pecah, benda tajam menyentuh modul, bayangan, korosi sepanjang busbar sel akibat lembap masuk lewat lembar belakang, lembar belakang terbakar, serta sekrup dan braket kendur. Setiap 6 bulan: gel penyegel kotak sambung, tanda kerusakan modul, kabel dari gigitan tikus dan cuaca, sambungan kencang dan bebas karat, dan kebocoran listrik ke bumi.

Manual modul A meminta perawatan paling sedikit setahun sekali oleh personel terlatih: memangkas tanaman yang membayangi, memeriksa kekencangan dudukan, memeriksa kabel agar sambungan kencang, terlindung dari sinar langsung, dan jauh dari genangan, memeriksa sekering string, serta memeriksa torsi baut terminal dan kondisi kabel. Sambungan kendur merusak larik. Sarung tangan dan sepatu karet bertegangan kerja tidak kurang dari 1.000 V DC disebut di halaman perawatan, sedangkan halaman keselamatan manual yang sama meminta tidak kurang dari 1.500 V DC. Dari dua nilai itu, nilai yang lebih tinggi lebih aman, dan rincian APD sisi DC ada di Bab 90 tentang keselamatan sisi DC PLTS atap. Setiap perawatan listrik dilakukan setelah sistem dimatikan.

Modul berkaca pecah tidak dapat diperbaiki, dan menyentuh permukaan atau rangkanya dapat menimbulkan kejut listrik. Penggantian menurut manual modul A: pakai sarung tangan tahan potong, isolasi string agar arus berhenti, lepas konektor dengan alat pelepas dari pemasok, pasang modul bertipe sama, periksa tegangan rangkaian terbuka string agar dalam 10 V dari string lain yang akan diparalel, lalu nyalakan kembali isolator. Bila selisihnya lebih dari 10 V, konfigurasi diperiksa lebih dulu sebelum isolator dinyalakan. Dioda bypass di kotak sambung tidak diganti dengan membuka kotaknya. Penggantian dikerjakan pemasang; teknisi hotel menemukan, menandai, dan menjauhkan orang. Pengukuran tegangan rangkaian terbuka itu juga pekerjaan pemasang menurut Bab 91 tentang string PV dan uji sebelum disambung.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya.

Contoh 1: beban rancang dan gaya per klem. Beban uji $3\,600 \times 1{,}5 = 5\,400$ Pa dan $1\,600 \times 1{,}5 = 2\,400$ Pa. Untuk modul 1.650 kali 992 mm dari tabel manual modul B, luasnya 1,6368 m², sehingga beban rancang negatif memberi gaya angkat

$F = p \times A = 1\,600 \times 1{,}6368 = 2\,619 \text{ N}$

dengan $F$ gaya (N), $p$ tekanan (Pa), dan $A$ luas modul (m²). Dibagi rata ke 4 klem, sekitar 655 N per klem, setara 66,7 kgf, dengan anggapan beban terbagi rata. Bila desain lokasi meminta lebih, jumlah klem ditambah oleh perancang.

Contoh 2: memeriksa klem di lapangan. Pada inspeksi, tumpang tiga klem terukur 6 mm, 8 mm, dan 12 mm. Menurut manual modul A, hanya 8 mm yang berada dalam 7 sampai 10 mm. Dari batas itu, klem 6 mm berisiko melepas rangka, dan klem 12 mm berisiko mendekati kaca. Klem sepanjang 45 mm memenuhi manual modul A (paling sedikit 40 mm), tetapi tidak memenuhi manual modul B (paling sedikit 50 mm).

Contoh 3: zona klem. Modul 1.650 mm dengan rangka 30 mm memakai $L/4 \pm 50$: $1\,650/4 = 412{,}5$ mm, sehingga rentangnya 362,5 sampai 462,5 mm. Klem pada 450 mm berada di dalamnya. Bila modul yang sama memakai rangka 35 mm, berlaku J-K 280 sampai 420 mm, dan 450 mm di luar zona. Modul 78 sel sepanjang 2.113 mm dengan rangka 40 mm memakai 380 sampai 520 mm.

Contoh 4: uji 5 persen. Pada langit cerah, string A naik dari 8,6 A menjadi 9,1 A setelah dibersihkan, dan string B dari 8,9 A menjadi 9,2 A.

$\Delta I_A = \frac{9{,}1 - 8{,}6}{8{,}6} \times 100\% = 5{,}8\%, \quad \Delta I_B = \frac{9{,}2 - 8{,}9}{8{,}9} \times 100\% = 3{,}4\%$

Bagian larik seperti string A layak dibersihkan; bagian seperti string B biasanya tidak sepadan.

Contoh 5: jadwal gabungan. Larik dikomisioning pada Januari. Juli: inspeksi 6 bulanan menurut manual modul B dan pemeriksaan pertama sambungan listrik dan pembumian inverter 6 bulan setelah komisioning. Januari berikutnya: perawatan tahunan menurut manual modul A, inspeksi 6 bulanan kedua, dan pemeriksaan kekedapan terminal inverter yang tahunan. Dalam 5 tahun ada 10 kunjungan 6 bulanan, dan 5 di antaranya sekaligus kunjungan tahunan.

Contoh 6: angin saat bekerja di atap. Anemometer di atap membaca 11,5 m/s, sama dengan 41,4 km/jam, dan masuk angin level 6 (10,8 sampai 13,8 m/s). Manual inverter melarang kerja luar ruang dan di ketinggian pada angin level 6 atau lebih, dan manual modul melarang memasang atau menangani modul saat angin kencang. Tekanan dinamisnya $\tfrac{1}{2} \times 1{,}2 \times 11{,}5^2 = 79{,}3$ Pa; pada modul 1.650 kali 992 mm dari Contoh 1 (1,6368 m²) gaya tiupnya sekitar 130 N atau 13,2 kgf sebagai orde besar. Modul yang dibawa satu orang di tepi atap dapat menariknya, sehingga pekerjaan ditunda.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan, jauhkan orang, dan serahkan ke pemasang bila:

1. Kaca modul pecah, lembar belakang robek atau terbakar, atau ada korosi busbar. Permukaan dan rangka tidak disentuh.
2. Klem lepas, modul bergeser, atau rel bengkok, terutama setelah angin kencang.
3. Akses atap tidak aman atau pekerjaan menuntut berpijak pada modul (Bab 10 · Keselamatan tentang kerja di ketinggian).
4. Hujan, petir, angin level 6 atau lebih, atau terminal modul basah.
5. Konektor berkarat, kabel digigit tikus, atau gel penyegel kotak sambung rusak.
6. Lubang drainase tertutup atau modul terus tersiram sprinkler.
7. Pekerjaan menuntut melepas konektor atau mengisolasi string (Bab 90 tentang keselamatan sisi DC PLTS atap).
8. Rangka akan dibor atau dimodifikasi untuk dudukan atau pembumian tambahan.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 90 menjelaskan keselamatan sisi DC PLTS atap, Bab 91 uji tegangan string, dan Bab 92 alarm isolasi serta pemantauan arus string. Bab 10 · Keselamatan tetap pemilik kerja di ketinggian, Bab 13 · Fluida & Termal membahas arah dan bayangan, Bab 3 · Mekanikal & Mekatronika torsi baut, Bab 19 · Kimia korosi galvanik, dan Bab 29 pembumian.

Latihan dan pembahasan

Referensi