Cara Menghitung Kebutuhan Charging Facility untuk Alat Berat EV

Peralihan alat berat dari tenaga diesel menuju kendaraan dan mesin berbasis listrik atau electric vehicle (EV) mulai membawa perubahan bukan hanya pada teknologi alat, tetapi juga pada cara perusahaan menyiapkan infrastruktur pendukung di area kerja. Jika pada alat berat konvensional kebutuhan utama berkaitan dengan ketersediaan solar, tangki penyimpanan, dan distribusi bahan bakar, maka pada alat berat EV perhatian harus diarahkan pada ketersediaan charging facility yang mampu memenuhi kebutuhan energi tanpa mengganggu produktivitas operasional.

Menentukan jumlah charger untuk alat berat EV tidak cukup hanya dengan melihat kapasitas battery dan jumlah unit yang tersedia. Perhitungan perlu mempertimbangkan pola kerja alat, konsumsi energi, durasi operasi, waktu yang tersedia untuk charging, kapasitas charger, karakteristik battery, hingga kemampuan jaringan listrik di lokasi. Kesalahan dalam menghitung kebutuhan charging facility dapat menyebabkan alat harus menunggu terlalu lama untuk mendapatkan energi, sementara penggunaan charger yang berlebihan juga dapat membuat investasi infrastruktur menjadi tidak efisien.

Mulai dari Menghitung Kebutuhan Energi Alat

Langkah pertama adalah mengetahui berapa banyak energi yang dibutuhkan setiap unit alat berat dalam satu hari operasi. Data yang diperlukan antara lain kapasitas battery, konsumsi energi aktual, jam kerja, serta kondisi pekerjaan.

Sebagai contoh, sebuah excavator listrik memiliki battery berkapasitas 300 kWh. Dalam kondisi operasional tertentu, alat tersebut mengonsumsi rata-rata 50 kWh per jam dan bekerja selama delapan jam dalam satu shift. Secara sederhana, kebutuhan energinya dapat dihitung:

50 kWh × 8 jam = 400 kWh per hari.

Namun, angka tersebut tidak berarti perusahaan harus menyediakan battery sebesar 400 kWh setiap hari. Alat dapat melakukan charging selama periode tertentu sehingga energi yang tersedia dapat dipulihkan sebelum alat kembali bekerja.

Dalam praktiknya, perhitungan sebaiknya menggunakan data konsumsi energi aktual di lapangan karena konsumsi listrik alat berat sangat dipengaruhi oleh jenis pekerjaan. Excavator yang digunakan untuk digging berat, misalnya, dapat membutuhkan energi berbeda dibandingkan unit yang lebih banyak melakukan pekerjaan ringan atau standby.

Perhitungkan State of Charge dan Batas Pengisian

Battery alat berat EV umumnya tidak dioperasikan dari kondisi 100 persen hingga benar-benar kosong. Operator biasanya bekerja dalam rentang state of charge atau SOC tertentu untuk menjaga fleksibilitas operasional dan menghindari kondisi battery terlalu rendah.

Misalnya, sebuah unit memiliki battery 300 kWh dan perusahaan menetapkan alat mulai melakukan charging ketika SOC mencapai 20 persen, kemudian mengisi hingga 90 persen. Energi yang perlu dikembalikan ke battery bukan 300 kWh, melainkan sekitar 70 persen dari kapasitasnya.

Dengan demikian:

300 kWh × (90% − 20%) = 210 kWh.

Angka 210 kWh inilah yang menjadi salah satu dasar untuk menentukan kebutuhan charging dalam satu siklus.

Perusahaan juga perlu memperhitungkan charging losses karena energi yang ditarik dari jaringan listrik tidak seluruhnya masuk ke battery. Efisiensi sistem charging, temperatur, kondisi battery, dan karakteristik charger dapat menyebabkan kebutuhan energi dari jaringan lebih besar daripada energi yang tersimpan di battery.

Tentukan Berapa Lama Waktu Charging yang Tersedia

Setelah kebutuhan energi diketahui, langkah berikutnya adalah menentukan berapa lama alat dapat melakukan charging tanpa mengganggu operasi.

Jika alat bekerja dalam satu shift selama delapan jam dan tersedia waktu empat jam untuk charging, maka perusahaan harus memastikan charger mampu memasok energi yang diperlukan dalam periode tersebut.

Sebagai contoh, jika kebutuhan charging mencapai 210 kWh dan waktu charging efektif adalah tiga jam, maka kebutuhan daya rata-rata secara sederhana adalah:

210 kWh ÷ 3 jam = 70 kW.

Artinya, charger dengan output 70 kW secara teoritis membutuhkan sekitar tiga jam untuk memasok 210 kWh, dengan asumsi daya dapat dipertahankan secara konstan dan tidak ada faktor lain yang memengaruhi proses charging.

Dalam kenyataan, proses charging battery tidak selalu berlangsung pada daya maksimum dari awal hingga akhir. Pada SOC tertentu, sistem battery management system dapat menurunkan daya charging untuk menjaga temperatur dan kondisi battery. Karena itu, waktu charging aktual sebaiknya tidak dihitung hanya berdasarkan pembagian kapasitas battery dengan rating charger.

Menghitung Jumlah Charger

Jumlah charger ditentukan berdasarkan jumlah unit, pola operasi, dan waktu charging yang tersedia.

Misalnya terdapat 10 unit alat berat EV yang membutuhkan charging setiap hari. Jika seluruh unit memiliki pola kerja yang sama dan masing-masing membutuhkan sekitar 210 kWh energi untuk mengisi kembali battery, maka kebutuhan energi total mencapai:

10 × 210 kWh = 2.100 kWh per hari.

Jika tersedia waktu charging efektif selama lima jam, kebutuhan daya rata-rata secara agregat menjadi:

2.100 kWh ÷ 5 jam = 420 kW.

Namun, angka 420 kW tersebut belum otomatis berarti perusahaan membutuhkan empat charger berkapasitas 100 kW atau satu charger 500 kW. Distribusi waktu charging harus dilihat secara lebih detail.

Jika seluruh alat masuk charging pada waktu yang sama, kebutuhan daya puncak akan jauh lebih besar dibandingkan jika proses charging dilakukan secara bergantian. Karena itu, perusahaan perlu membuat charging schedule berdasarkan siklus kerja masing-masing unit.

Jangan Hanya Menghitung Jumlah Charger, Hitung Juga Beban Puncak

Salah satu aspek yang sering terlewat dalam perencanaan charging facility adalah peak power demand. Jumlah charger mungkin terlihat cukup berdasarkan kebutuhan energi harian, tetapi jaringan listrik belum tentu mampu menangani seluruh charger ketika beroperasi secara bersamaan.

Sebagai contoh, sebuah proyek memiliki enam charger dengan kapasitas masing-masing 150 kW. Jika keenam charger bekerja pada kapasitas penuh secara bersamaan, potensi beban charging mencapai:

6 × 150 kW = 900 kW.

Angka tersebut belum memperhitungkan beban fasilitas lain seperti workshop, lighting, pompa, kantor, HVAC, sistem komunikasi, maupun peralatan pendukung lainnya.

Karena itu, kapasitas transformator, panel listrik, kabel, switchgear, genset atau sumber listrik alternatif harus dianalisis berdasarkan total beban dan karakteristik operasionalnya.

Pertimbangkan Opportunity Charging

Untuk alat berat yang beroperasi dalam siklus panjang, opportunity charging dapat menjadi salah satu cara untuk mengurangi kebutuhan charger berkapasitas sangat besar.

Opportunity charging dilakukan ketika alat sedang berhenti sementara, misalnya saat pergantian shift, waktu istirahat, loading material, atau periode idle yang memang tersedia dalam siklus kerja. Energi yang masuk memang tidak selalu besar, tetapi jika dilakukan beberapa kali dalam satu shift, total energi yang diperoleh dapat membantu mempertahankan SOC battery.

Strategi ini dapat membuat perusahaan tidak harus mengandalkan satu sesi fast charging dalam durasi panjang. Namun, efektivitasnya sangat tergantung pada pola operasi dan rekomendasi produsen battery maupun alat.

Perhatikan Jenis Charger dan Karakteristik Alat

Charging facility untuk alat berat EV juga harus disesuaikan dengan spesifikasi masing-masing unit. Tidak semua alat menggunakan kebutuhan charging yang sama, bahkan jika kapasitas batterynya relatif serupa.

Perusahaan perlu melihat beberapa parameter seperti tegangan charging, arus maksimum, kapasitas battery, tipe konektor, kompatibilitas charger, sistem komunikasi antara charger dan alat, serta rekomendasi manufacturer.

Untuk aplikasi dengan tuntutan produktivitas tinggi, fast charger memang dapat mengurangi waktu tunggu, tetapi konsekuensinya adalah kebutuhan daya listrik dan biaya infrastruktur yang lebih besar. Sebaliknya, charger berdaya lebih rendah dapat memberikan investasi awal yang lebih ringan, tetapi membutuhkan waktu charging lebih panjang.

Karena itu, pemilihan charger sebaiknya tidak hanya didasarkan pada rating kW paling besar, tetapi pada kecocokannya dengan duty cycle alat.

Gunakan Faktor Cadangan

Perencanaan charging facility sebaiknya tidak dibuat terlalu pas dengan kebutuhan saat ini. Perusahaan perlu menyediakan margin untuk menghadapi perubahan kondisi operasi, penurunan performa battery, pertumbuhan jumlah unit EV, maupun kebutuhan charging yang lebih tinggi pada periode tertentu.

Namun, faktor cadangan juga tidak boleh terlalu besar karena dapat membuat investasi infrastruktur menjadi tidak ekonomis. Pendekatan yang lebih tepat adalah membuat beberapa skenario, misalnya kondisi operasi normal, kondisi beban tinggi, dan rencana penambahan unit EV dalam beberapa tahun mendatang.

Dengan pendekatan tersebut, perusahaan dapat menentukan apakah fasilitas charging akan dibangun langsung untuk kapasitas penuh atau dibuat modular sehingga kapasitasnya dapat ditingkatkan seiring bertambahnya jumlah alat.

Contoh Sederhana Perhitungan

Sebagai ilustrasi, sebuah site memiliki 8 unit excavator listrik. Setiap unit membutuhkan rata-rata 180 kWh energi untuk mengembalikan battery ke level operasi yang ditentukan.

Total kebutuhan energi harian:

8 × 180 kWh = 1.440 kWh.

Jika tersedia waktu charging efektif enam jam, kebutuhan daya rata-rata:

1.440 kWh ÷ 6 jam = 240 kW.

Jika perusahaan menggunakan charger 120 kW, secara matematis diperlukan minimal dua charger untuk menghasilkan kapasitas 240 kW. Namun, dalam perencanaan nyata, perusahaan harus kembali melihat apakah kedelapan unit dapat dijadwalkan secara bergantian, bagaimana profil charging masing-masing unit, dan apakah dua charger tersebut mampu melayani seluruh alat dalam waktu yang tersedia.

Jika seluruh alat harus melakukan charging dalam periode yang sama, kebutuhan fasilitas dapat meningkat. Sebaliknya, jika charging dapat dibagi ke beberapa periode, jumlah charger dapat ditekan tanpa mengorbankan kesiapan alat.

Charging Facility Harus Dirancang Berdasarkan Duty Cycle

Pada akhirnya, menghitung kebutuhan charging facility untuk alat berat EV merupakan persoalan integrasi antara energi, waktu dan pola kerja. Rumus sederhana memang dapat menjadi titik awal, tetapi keputusan akhir sebaiknya dibuat berdasarkan duty cycle aktual alat di lapangan.

Data seperti konsumsi kWh per jam, jam kerja per shift, SOC awal dan akhir, waktu idle, durasi charging, jumlah unit, kapasitas charger, efisiensi charging, serta beban listrik fasilitas harus dikumpulkan sebelum menentukan desain sistem.

Perusahaan juga perlu memikirkan ekspansi sejak awal. Jika saat ini hanya terdapat lima unit alat berat EV tetapi dalam tiga tahun jumlahnya diproyeksikan menjadi 15 unit, charging yard, transformer, panel, dan sistem distribusi listrik sebaiknya dirancang agar memungkinkan penambahan kapasitas tanpa melakukan pembangunan ulang secara besar-besaran.

Dengan perencanaan yang tepat, charging facility bukan sekadar tempat untuk mengisi battery, melainkan bagian dari sistem produksi yang menentukan availability alat, produktivitas operator, konsumsi energi, dan efisiensi biaya operasional. Semakin akurat perusahaan memahami pola kerja alat berat EV, semakin tepat pula kapasitas charging infrastructure yang harus dibangun.

(SG)