INSTITUT TEKNOLOGI PLN

PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA OFF GRID PADA KANTOR DINAS PENDIDIKAN KABUPATEN GOWA

SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF

SKRIPSI

DISUSUN OLEH:

ISMY APRILYANI HUSAIN

2016-11-042

PROGRAM STRATA SATU TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS KETENAGALISTRIKAN DAN ENERGI

TERBARUKAN

INSTITUT TEKNOLOGI - PLN

JAKARTA, 2020

ii

1 LEMBAR PENGESAHAN

Proyek Akhir dengan Judul

iii

2 LEMBAR PENGESAHAN TIM PENGUJI

iv

3 PERNYATAAN KEASLIAN PROYEK AKHIR

v

4 UCAPAN TERIMA KASIH

Dengan ini saya menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-

besarnya dan setinggi-tingginya kepada yang terhormat:

Ibnu Hajar, S.T., M.Sc.

Yoakim Simamora, ST., MT.

Selaku Dosen Pembimbing yang dengan kesabarannya telah memberikan petunjuk,

saran-saran serta bimbingannya sehingga Proyek Akhir ini dapat diselesaikan tepat

pada waktunya.

Jakarta, 25 Juli 2020

Ismy Aprilyani Husain

NIM : 201611042

vi

5 HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

vii

Oleh Ismy Aprilyani Husain, 201611042

di bawah bimbingan Ibnu Hajar, ST.,M.Sc. dan Yoakim Simamora, ST., MT.

6 ABSTRAK

Dalam penelitian tugas akhir ini akan dibuat perencanaan PLTS dengan memanfaatkan atap Gedung Perkantoran yang sesuai dengan peraturan menteri ESDM Nomor 49 Tahun 2018 yang mengatur mengenai hal dasar untuk mendorong percepatan pembangunan energi surya, khususnya rooftop solar ( panel surya) di Indonesia. Energi surya merupakan energi terbarukan yang sumber ketersediaannya sangat berlimpah di Indonesia. Salah satu cara untuk memanfaatkan energi surya ialah dengan mengkonversi menjadi energi listrik menggunakan modul photovoltaic atau modul surya yang dikenal dengan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Untuk penelitian ini digunakan metode analisis secara teknis dan ekonomis dalam melakukan perencanaan sistem PLTS sebagai sumber energi listrik pada gedung perkantoran. PLTS ini dirancang untuk mensuplai pasokan listrik dengan perkiraan kebutuhan beban energi perhari sekitar 89,36 kWh. Untuk perencanaan

PLTS Off-Grid ini dibutuhkan luas lahan 91,96 m2, 4 array dengan 60

panel surya yang dirangkai 3 seri dan 5 paralel. Adapun komponen yang dibutuhkan pada perencanaan ini yaitu 4 unit SCC, 24 unit battery serta 1 unit inverter dengan besarnya daya keluaran PLTS 30.697,07 kWh/tahun. Performance Ratio (PR) dalam sistem PLTS sebagai acuan bahwa sistem ini layak direalisasikan dengan nilai PR 85% dan investasi awal sebesar Rp. 1.098.082.205,96, yang melingkupi biaya untuk komponen sistem PLTS dan biaya pemasangannya serta biaya operasional juga maintenance.

Kata kunci : PLTS, Off-Grid, Energi, Enegi Matahari, Panel Surya

PERENCANAAN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIKTENAGA SURYA

OFF-GRID PADA GEDUNG PERKANTORAN DINAS PENDIDIKAN

KABUPATEN GOWA SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF

viii

By Ismy Aprilyani Husain, 201611042

Under the guidance of Ibnu Hajar, ST.,M.Sc. dan Yoakim Simamora, ST., MT.

7 ABSTRACT

In this study, Solar Power Plant (PLTS) planning was made by utilizing the roof of

office buildings in accordance with the regulation of the Ministry of Energy and

Mineral Resources no. 49 of 2018 which regulates the essentials to encourage the

acceleration of solar energy development, especially solar panels in Indonesia. Solar

energy is a renewable energy source that is abundantly available in Indonesia. One way

to utilize solar energy is to convert it into electrical energy using photovoltaic modules

or solar modules known as Solar Power Plant (PLTS). Technical and economic analysis

methods were used in this study for the planning of the PLTS system as a source of

electrical energy in office buildings. This PLTS was designed to supply electricity with

an estimated daily energy load requirement of around 89.36 kWh. This Off-Grid PLTS

planning required 91.96 m2 of land, 4 arrays with 60 solar panels, 3 arranged in series

and 5 in parallel. The components required for this plan are 4 SCC units, 24 battery

units, and 1 inverter units with PLTS output power per year kWh/year. Performance

Ratio (PR) in the PLTS system as a reference that the system is feasible to be realized

with a PR value of 85% and an initial investment of Rp. 1.098.082.205,96 which cover

the cost of the PLTS system components and installation costs.

Keywords: PLTS, Off-grid, Energy, solar panels.

THE PLANNING OF SOLAR POWER PLANT OFF GRID IN GOWA REGENCY EDUCATION OFFICE AS AN ALTERNATIVE ENERGY

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... ii

LEMBAR PENGESAHAN TIM PENGUJI ........................................................... iii

PERNYATAAN KEASLIAN PROYEK AKHIR .................................................... iv

UCAPAN TERIMA KASIH ................................................................................... v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI .................................. vi

ABSTRAK ......................................................................................................... vii

ABSTRACT .......................................................................................................viii

DAFTAR ISI ....................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xi

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii

DAFTAR RUMUS .............................................................................................xiii

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xiv

BAB I ................................................................................................................... 1

PENDAHULUAN ................................................................................................. 1

1.1. Latar Belakang ....................................................................................... 1

1.2. Permasalahan Penellitian ...................................................................... 2

1.2.1. Identifikasi Masalah ......................................................................... 2

1.2.2. Ruang Lingkup Masalah .................................................................. 3

1.2.3. Rumusan Masalah .......................................................................... 3

1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian .............................................................. 3

1.3.1. Tujuan Penelitian ............................................................................. 3

1.3.2. Manfaat Penelitian ........................................................................... 4

1.4. Sistematika Penulisan ............................................................................ 4

BAB II .................................................................................................................. 5

LANDASAN TEORI ............................................................................................. 5

Tinjauan Pustaka ................................................................................... 5

Teori Pendukung.................................................................................... 6

2.2.1 Energi .............................................................................................. 6

2.2.2 Energi Matahari ............................................................................... 7

2.2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) ....................................... 8

x

2.2.4 Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya ...................................... 10

2.2.5 Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Surya ............................... 11

2.2.6 Komponen pendukung sistem PLTS ............................................. 19

2.2.7 Rangkaian Modul/Panel Surya ...................................................... 20

BAB III ............................................................................................................... 23

METODE PENELITIAN ..................................................................................... 23

Analisa Kebutuhan ............................................................................... 23

3.1.1 Waktu dan Tempat Penelitian ....................................................... 23

3.1.2 Data Penelitian .............................................................................. 23

3.1.3 Data Pemakaian Beban ................................................................ 23

3.1.4 Data Temperatur dan Radiasi Matahari ........................................ 24

3.1.5 Data Spesifikasi pada Komponen PLTS ....................................... 25

Perancangan Penelitian ....................................................................... 29

Teknik Analisis ..................................................................................... 31

Pengolahan Perhitungan Perancangan Sistem PLTS-Off Grid ............ 31

3.4.1 Menentukan jumlah komponen PLTS ........................................... 31

BAB IV .............................................................................................................. 37

HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 37

4.1 Analisis Teknis ..................................................................................... 37

4.1.1 Analisis Teknis .............................................................................. 37

4.1.2 Data pemakaian beban ................................................................. 37

4.1.3 Data Temperatur dan Radiasi Matahari ........................................ 37

4.1.4 Data Perhitungan PVArea dan Pwattpeak pada Panel ......................... 38

4.1.5 Perhitungan jumlah spesifikasi pada komponen PLTS ................. 39

BAB V ............................................................................................................... 50

PENUTUP ......................................................................................................... 50

5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 50

5.2 Saran ................................................................................................... 50

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 51

Lampiran ........................................................................................................... 53

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Matahari ......................................................................................... 8

Gambar 2. 2 Prinsip Kerja PLTS ......................................................................... 9

Gambar 2. 3 Sel surya ...................................................................................... 13

Gambar 2. 4 Panel Monocrystalline .................................................................. 13

Gambar 2. 5 Panel Poly-Crystalline .................................................................. 14

Gambar 2. 6 Panel Thin Film Photovoltaic ........................................................ 15

Gambar 2. 7 Baterai PLTS ................................................................................ 15

Gambar 2. 8 Solar Charge Controller (SCR)..................................................... 16

Gambar 2. 9 Inverter PLTS ............................................................................... 17

Gambar 2. 10 Rangkaian Tiga Panel Seri......................................................... 20

Gambar 2. 11 Rangkain Panel Paralel .............................................................. 21

Gambar 2. 12 Rangkaian Panel Seri dan Paralel ............................................. 22

Gambar 3. 1 ENF Solar Panel Capacity 295 Wp .............................................. 25

Gambar 3. 2 SUN2000-20KTL ......................................................................... 26

Gambar 3. 3 Baterai LiFePo4 ........................................................................... 27

Gambar 3. 4 Solar Charge Controller ............................................................... 28

Gambar 3. 5 Flowchart perancangan penelitian PLTS ..................................... 30

Gambar 4. 1 Diagram Blok Perencanaan PLTS ............................................... 43

‘

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 3. 1 Data pemakaian beban perhari ........................................................ 23

Tabel 3. 2 Data Temperature ............................................................................ 24

Tabel 3. 3 Data Iradiasi Matahari ...................................................................... 24

Tabel 3. 4 Spesifikasi Modul/Panel Surya ......................................................... 25

Tabel 3. 5 Data Spesifikasi Inverter .................................................................. 26

Tabel 3. 6 Data spesifikasi battery .................................................................... 27

Tabel 3. 7 Spesifikasi Solar Charge Controller ................................................. 28

Tabel 4. 1 Hasil Perhitungan Yield Energi dan Radiasi Matahari ...................... 44

xiii

DAFTAR RUMUS

Rumus 3.1 Perhitungan Daya Ketika Temperatur Naik .................. 29

Rumus 3.2 Perhitungan Daya Panel Saat Temperatur Naik ........... 29

Rumus 3.3 Perhitungan Temperature Coefficient Factor ................ 29

Rumus 3.4 Perhitungan Luas Area Array........................................ 30

Rumus 3.5 Perhitungan Besar Daya yang Dibangkittkan PLTS ..... 30

Rumus 3.6 Perhitungan Jumlah Panel ............................................ 30

Rumus 3.7 Perhitungan Minimal Modul Seri per String .................. 31

Rumus 3.8 Perhitungan Maksimal Modul Seri per String ................ 31

Rumus 3.9 Perhitungan Minimum Modul Paralel per String ............ 31

Rumus 3.10 Perhitungan Maksimal Modul Paralel per String ........... 31

Rumus 3.11 Perhitungan Jumlah String ........................................... 31

Rumus 3.12 Perhitungan Kapasitas Baterai ..................................... 32

Rumus 3.13 Perhitungan Jumlah Baterai.......................................... 32

Rumus 3.14 Perhitungan Daya Masukan PLTS ................................ 33

Rumus 3.15 Perhitungan Daya Keluaran PLTS Minimum ................ 33

Rumus 3.16 Perhitungan Daya Keluaran PLTS Maksimum.............. 33

Rumus 3.17 Perhitungan Daya Keluaran Rata-Rata PLTS............... 33

Rumus 3.18 Perhitungan Energi Ideal Sistem .................................. 34

Rumus 3.19 Perhitung Htilt ............................................................... 34

Rumus 3.20 Perhitungan Performance Ratio.................................... 34

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran- 1 Bimbingan Skripsi Pembimbing Akademik I .................................. 53

Lampiran- 2 Bimbingan Skripsi Pembimbing Akademik II ................................. 55

Lampiran- 3 Spesifikasi Komponen Panel Surya .............................................. 57

Lampiran- 4 Spesifikasi Komponen SCC .......................................................... 58

Lampiran- 5 Spesifikasi Komponen Inverter ..................................................... 59

Lampiran- 6 Spesifikasi Komponen Baterai ...................................................... 60

Lampiran- 7 Lokasi Penelitian ........................................................................... 61

Lampiran- 8 Kondisi Atap .................................................................................. 62

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Energi listrik ialah kebutuhan dasar yang sangat dibutuhkan oleh manusia untuk

menjalankan kegiatan sehari-hari. Energi listrik yang dikonsumsi tiap tahunnya

mengalami kenaikan yang signifikan seiring dengan berkembangnya zaman dan

bertambahnya jumlah populasi manusia. Sampai saat ini, energi listrik yang digunakan

sangatlah bergantung pada PLN (Perusahaan Listrik Negara). Seperti yang telah

diketahui bahwa, salah satu bahan bakar yang digunakan oleh PLN untuk

menghasilkan energi listrik ialah batu bara. Dengan meningkatnya konsumsi energi

lisrik, menyebabkan pasokan bahan bakar batu bara semakin menipis dan harga yang

relatif mahal. Sehingga, dibutuhkan energi altenatif untuk membantu penyediaan

pasokan energi listirk agar tersedia secara terus-menerus.

Pada penetapan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral 143 K/20/MEM/2019

mengenai rencana umum kelistrikan Negara tahun 2019 hingga 2038 yang dimana

pada tahun 2025 ditargetkan penggunaan minimum Energi Terbarukan (EBT) sebesar

23%, Batubara sekitar 55%, Gas sekitar 22% serta Bahan Bakar Minyak sekitar 0.4%

dan pada tahun 2038 ditargetkan penggunaan EBT minimum 28%, batubara sekitar

47%, Bahan Bakar MInyak sebesar 0.1%, serta gas sekitar 25%. Dengan target

penggunaan energi tersebut berlaku baik bagi PT.PLN (Persero) serta pemegang

wilyah usaha yang lain dimana dalam upaya pencapaiannya bisa dilakukan dengan

kerja sama antar wilayah. Oleh sebab itu, perencanaan pembangkit dengan

menggunakan Energi Terbarukan seperti energi matahari sangat dibutuhkan untuk

mencapai target tersebut.

Salah satu energi altenatif yang dapat digunakan ialah energi panas matahari

atau yang biasa dikenal dengan energi surya. Panas matahari sangat mudah di peroleh

dan juga ramah lingkungan. Energi surya ialah sumber energi yang besar dan bersifat

tak terbatas. Indonesia ialah negara yang mempunyai 2 (dua) musim yaitu musim

kemarau dan musim hujan sehingga, untuk pemanfaatan energi surya sebagai energi

listrik merupakan cara yang tepat. Energi panas matahari dapat dikonversi dengan

2

beberapa cara, salah satunya ialah menggunakan solar cell (sel surya atau matahari)

dengan bantuan teknologi Photovoltaic. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) jenis

sel surya digunakan dengan konsep yang sangat sederhana, yaitu mengkonversi energi

panas matahari menjadi energi listrik. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang

dalam penggunaannya sangat ramah lingkungan dan tidak menimbulkan polusi dapat

menjadi solusi atau alternatif untuk sumber energi listrik yang dapat dikembangkan di

masyarakat.

Yang menjadi persoalan utama pada pembangunan PLTS ialah lahan tanah,

sulitnya pembebasan lahan serta lokasinya belum seutuhnya dekat dari pusat beban.

Dikutip dari Unit Pelaksana Program Pembangunan Ketenagalistrikan Nasional

(UP3KN, 2016) sebagai perbandingan, untuk menyalurkan listrik untuk 1000 rumah,

energi surya membutuhkan luas area lahan yang besar yaitu 3,3 hektar. Dari kondisi

permasalahan tersebut solusi yang bisa diupayakan ialah mendorong pembangunan

PLTS rooftop (atap) yang biasa disebut dengan sistem Rooftop Photovoltaic, sistem ini

menggunakan atap bangunan untuk menempatkan PLTS, yang dapat tersambung

jaringan PLN (grid-connected) dan tidak tersambung dengan jaringan PLN (Off-grid).

PLTS rooftop (atap) dapat diaplikasikan pada atap bangunan komersial, industri,

perumahan maupun pemerintahan (DGS, 2008).

Untuk pengembangan dan pemanfaatan PLTS, penulis melihat adanya potensi

serta peluang pada Kantor Dinas Pendidikan Kabupaten Gowa untuk dimanfaatkan

atap gedungnya. Sehingga, pada penelitian ini penulis membahas tentang

“Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Off-Grid Pada Kantor Dinas

Pendidikan Gowa Sebagai Energi Alternatif”.

1.2. Permasalahan Penellitian

Berikut adalah identifikasi masalah, ruang lingkup masalah dan rumusan

masalah dalam permasalahan penelitian.

1.2.1. Identifikasi Masalah

topik permasalahan dengan latar belakang yang terdapat pada diatas ialah

bagaimana merancang Sistem PLTS untuk melakukan penghematan biaya tagihan

listrik pada Kantor Dinas Pendidikan Kabupaten Gowa.

3

1.2.2. Ruang Lingkup Masalah

Ruang lingkup masalah pada penulisan proyek akhir ini sebagai berikut:

1. Objek daerah penelitian yaitu Kantor Dinas Pendidikan Kabupaten Gowa,

Sulawesi Selatan.

2. Perencanaan pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) di atap

gedung dengan sistem berbasis off grid.

3. Tidak membahas mengenai pemasangan instalasi listrik di gedung dan tidak

membahas bagaimana cara pemasangannya.

1.2.3. Rumusan Masalah

Identifikasi masalah serta latar belakang yang telah dikemukakan diatas, maka

dapat dirumuskan permasalahan berikut ini :

1. Bagaimana melakukan perencanaan suatu sistem Pembangkit Listrik Tenaga

Surya pada atap gedung Kantor Dinas Pendidikan Kabupaten Gowa berbasis

off grid?

2. Bagaimana menentukan komponen dan kapasitas yang digunakan untuk

melakukan perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya pada atap gedung

Kantor Dinas Pendidikan Kabupaten Gowa?

3. Berapakah nilai Performance Ratio Pembangkit Listrik Tenaga Surya yang di

rancang?

4. Berapakah biaya investasi awal yang diperlukan untuk membangun PLTS

pada atap gedung Kantor Dinas Pendidikan Kabupaten Gowa?

1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan dan manfaat dari penelitian yang ingin dicapai sebagai berikut:

1.3.1. Tujuan Penelitian

1. Untuk mengetahui rancangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya yang tepat

untuk digunakan pada Kantor Dinas Pendidikan Kabupaten Gowa.

2. Untuk memahami cara pemanfaatan energy cahaya matahari menjadi energy

listrik pada sistem PLTS di Kantor Dinas Pendidikan Kabupaten Gowa

3. Untuk mengetahui biaya yang diperlukan untuk membangun Pembangkit

Listrik Tenaga Surya pada Kantor Dinas Pendidikan Kabupaten Gowa

4

4. Untuk memberikan contoh kepada masyarakat sekitar Kantor Dinas

Kabupaten Gowa dalam menggunakan PLTS, sangat bagus untuk diterapkan

dalam ruang lingkup masyarakat.

1.3.2. Manfaat Penelitian

1. Sebagai acuan untuk memberikan informasi tentang keuntungan dan

keunggulan Pembangkit Listrik Tenaga Surya sebagai energy alternative

pada gedung-gedung perkantoran.

2. Memberikan informasi tentang bagaimana merencanakan sistem

Pembangkit Listrik Tenaga Surya pada gedung-gedung perkantoran.

3. Sebagai acuan informasi untuk Pemerintah Daerah Kabupaten Gowa apabila

ingin menggunakan energy alternative salah satunya tenaga surya, agar

menghemat biaya tagihan listrik Pemerintah Daerah Kabupaten Gowa.

1.4. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini dibagi menjadi lima bab yaitu, BAB I

membahas mengenai ringkasan materi dasar yang terdiri dari latar belakang,

permasalahan penelitian, ruang lingkup masalah, rumusan masalah, tujuan dan

manfaat penelitian, serta sistematika penulisan. BAB II membahas mengenai landasan

teori yang terdapat tinjauan pustaka dan teori dasar. BAB III membahas mengenai

lokasi penelitian, analisa kebutuhan, perancangan penelitian dan teknik analisa. BAB IV

berisi hasil dan pembahasan. BAB V membahas mengenai simpulan dan saran.

5

BAB II

LANDASAN TEORI

Tinjauan Pustaka

Dalam penelitian ini membahas mengenai perencanaan Pembangkit Listrik

Tenaga Surya (PLTS), yang dimana PLTS ini merupakan sumber energi listrik

terbarukan artinya sumber energi yang tidak pernah akan ada habisnya. Saat ini,

pemanfaatan energi terbarukan oleh masyarakat baik pada rumah tangga ataupun

perkantoran sangat kurang. Penelitian yang telah dilaksanakan oleh peneliti

sebelumnya mengenai perencanaan PLTS dijadikan sebagai pedoman untuk

pengembangan dalam pembahasan tugas akhir ini, dengan tujuan agar dapat

membatasi masalah yang dibahas pada penelitian ini.

Penelitian mengenai “Dasar Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Surya”

oleh (Sianipar, 2014). Pada penelitian ini membahas mengenai konfigurasi dasar

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), spesifikasi teknis komponen utama yang

dibutuhkan untuk membangun PLTS seperti panel surya, baterai, inverter serta

pertimbangan-pertimbangan untuk menentukan kapasitas PLTS.

Penelitian mengenai “ Perencanaan Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Berbasis Off-Grid Pada Gedung Perkantoran BKKBN Watampone, Sulawesi Selatan”

oleh (Arum, 2019). Penelitian ini membahas mengenai perencanaan pembangunan

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) pada atap gedung perkantoran BKKBN

sebagai sumber energi listrik yang berlokasi di Watampone, Sulawesi Selatan. Dalam

penelitian ini diperkirakan kebutuhan beban energi perhari sekitar 38,02 kWh untuk

disuplai oleh PLTS yang dirancang. Untuk perencanaan pembangunan PLTS yang

berbasis off-grid pada atap gedung perkantoran BKKBN ini, dibutuhkan luas lahan yaitu

52 m2, 4 array dengan 48 panel surya jenis Polycrystalline yang dirangkai 6 paralel dan

2 seri. Kemudian komponen utama lainnya dibutuhkan 4 buah Solar Charge Controller

(SCC), 12 buah battery serta 1 buah inverter dengan besar daya keluaran pada

perencanaan PLTS ini ialah 15.840,63 kWh/tahun. Perfomance Ratio (PR) digunakan

sebagai acuan dalam menentukan kelayakan sistem PLTS untuk direalisasikan, yang

dimana pada penelitian ini nilai PR sebesar 88%. Kemudian untuk biaya investasi awal

6

yang mecakup biaya komponen dan biaya instalasi dalam membangun PLTS ini

dibutuhkan Rp. 623.430.000,-.

Teori Pendukung

2.2.1 Energi

2.2.1.1 Pengertian Energi

Energi ialah sesuatu yang tidak dapat dipisahkan dari kehidupan manusia.

energi ialah bagian penting dari kehidupan. Ketersediaan sumber energi mutlak untuk

menjalankan berbagai aktivitas pada kehidupan manusia. Energi ada karena terdapat

kehidupan. Kehidupanpun ada karena adanya energi. Keduanya saling membutuhkan

dan memanfaatkan.(Masail, 2017)

Energi ialah kemampuan untuk melakukan kerja atau melakukan suatu

perubahan. Energi ialah bagian dari suatu benda tetapi tidak terikat dengan benda

tersebut. Energi tidak bisa dibuat atau dimusnahkan, tetapi bisa dirubah bentuknya.

Energi disebut juga tenaga. Menurut Satuan Internasional (SI) satuan energi ialah joule

(J). Kemudian, satuan energi lain ialah erg, kalori, dan kWh. Energi bersifat flexible,

yang artinya bisa berpindah dan berubah.(Hedi Sasrawan, 2014)

Adapun pengertian energi menurut beberapa para ahli. Pertama, Arif Alfatah

serta Muji Lestari berpendapat bahwa energi adalah sesuatu yang dibutuhkan pada

benda agar benda bisa melakukan usaha. Kedua, Campbell, Reece dan Mitchell

berpendapat bahwa energi ialah kemampuan untuk mengatur ulang suatu materi.

Ketiga, Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), energi ialah daya atau kekuatan yang

dibutuhkan untuk melaksanakan beberapa proses kegiatan.(Hedi Sasrawan, 2014).

2.2.1.2 Sumber Energi

Sumber energi merupakan sumber yang berasal dari alam, tanaman,

mikroorganisme, limbah organik, bahan bakar fosil yang berumur jutaan tahun yang

akan digunakan sebagai penghasil energi. Berdasarkan dari sumber energi, energi

dikelompokkan sebagai berikut:

1. Sumber Energi Tidak Terbarukan

Energi tak terbarukan (tak terbarukan) adalah energi yang tidak dapat

secara cepat diregenerasi di alam dan tidak dapat diproses secara

7

berkelanjutan. Energi tak terbarukan diperoleh dari bumi berupa gas, cair

dan padat. Sumber energi tak terbarukan termasuk minyak dan batu

bara. Saat ini minyak bumi merupakan satu-satunya bahan bakar fosil

yang diperdagangkan dalam bentuk cair. Bahan bakar fosil padat adalah

batu bara dan gas alam adalah gas alam. Minyak dan gas alam disebut

bahan bakar fosil karena terbentuk dari sisa-sisa tumbuhan dan hewan

yang telah hidup berjuta-juta tahun lalu.

2. Sumber Energi Terbarukan

Energi alternatif merupakan sumber energi yang menggantikan energi

tak terbarukan. Energi terbarukan didefinisikan sebagai energi yang

dengan cepat diisi ulang oleh alam atau proses yang berkelanjutan. Ini

termasuk energi terbarukan, yaitu: energi angin, energi matahari, energi

biomassa, energi panas bumi dan air. Penggunaan energi terbarukan

bukanlah hal baru. Saat ini beberapa negara di dunia termasuk

Indonesia sudah mulai mempertimbangkan sumber energi alternatif

sehingga banyak negara yang beralih ke sumber energi terbarukan.

2.2.2 Energi Matahari

Energi matahari adalah cahaya dan panas yang dipancarkan matahari dan

dimanfaatkan melalui penggunaan berbagai teknologi. Matahari dapat menghasilkan

panas dan cahaya untuk menerangi bumi. Panas matahari merupakan sumber

penting energi terbarukan. Tenaga surya (solar energy) memberikan banyak manfaat

bagi kelangsungan hidup manusia. Matahari disebut sebagai sumber energi yang

tidak ada habisnya. Karena ketersediaannya yang tidak terbatas, matahari juga mulai

dimanfaatkan sebagai sumber energi terbarukan tanpa menimbulkan polusi.

Energi matahari diperoleh dari matahari. Energi panas matahari merupakan

komponen utama dari energi matahari, panas matahari digunakan untuk mengubah

energi matahari menjadi energi panas. Energi matahari yang diubah menjadi panas

digunakan untuk memanaskan air di rumah, gedung atau kolam renang. Ia tidak

hanya dapat memanaskan air, tetapi juga mengubah energi matahari menjadi l istrik.

Energi matahari merupakan salah satu sumber energi alternatif yang dapat dikelola

8

dan dikembangkan lebih lanjut, terutama untuk negara yang beriklim tropis seperti

Indonesia. Indonesia sangat beruntung dengan intensitas radiasi matahari yang

hampir sama sepanjang tahun, dengan intensitas harian langsung sekitar sekitar 4,8

kWh/m2.

Gambar 2. 1 Matahari

2.2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)

2.2.3.1 Pengertian Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) merupakan sistem pembangkit

listrik yang menggunakan cahaya matahari berupa radiasi sinar matahari yang

selanjutnya akan dirubah menjadi energi listrik dengan bantuan beberapa susunan sel

surya. Adapaun sel surya ialah lapisan tipis yang dibuat dari bahan semikonduktor

Silikon (Si) murni serta bahan-bahan semikonduktor lainnya. PLTS yang memanfaatkan

cahaya matahari akan memproduksi listrik Direct Current kemudian dirubah menjadi

listrik Alternating Current jika diperlukan. PLTS tetap menghasilkan listrik meskipun

langit berawan yang terpenting terdapat cahaya. (Tjok Gd, 2000)

PLTS pada umumnya ialah mengubah panas matahari keenergi listrik. PLTS

dibuat dari beberapa komponen tertentu seperti solar panel, baterai, controller, serta

konstruksi penyangga modul. Solar panel atau modul surya ialah modul yang terbentuk

dari beberapa sel surya yang digabung dalam bentuk hubungan seri dan parallel,

tergantung size dan capacity yang dibutuhkan. PLTS pada umumnya bisa dibuat untuk

mencatu kebutuhan listrik dari kecil hingga besar, secara mandiri ataupun

mengkombinasikan dengan sumber lain, contohnya PLTS-Angin, PLTS-Genset). PLTS

9

merupakan sistem pembangkitan yang termasuk kategori ramah lingkungan, mudah,

murah, serta sumber pasokan yang bersifat berkelanjutan.

2.2.3.2 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Modul-modul surya akan menghasilkan listrik DC ( Direct Current), baik

dalam cuaca cerah ataupun berawan, selama ada radiasi matahari. Nilai tegangan dan

arus yang didapatkan tergantung dengan jumlah radiasi matahari, suhu udara dibagian

solar panel. Listrik yang dihasilkan pada modul surya akan tersalurkan ke inverter,

kemudian keluaran dari inverter dikonversi menjadi AC (Alternating Current). Kemudian

listrik AC bisa langsung tersalurkan ke jaringan. Jika ada beban pada siang hari, maka

beberapa energi listrik yang keluar dapat langsung digunakan dan lebihnya bisa dibuat

untuk mengisi battery. Ketika malam hari, pada saat listrik dihasilkan dari solar panel

lebih kecil dari pemakaian listrik, maka inverter akan mengambil listrik dari battery.

Pada solar panel terdapat alat bantu yaitu Solar Charge Controller, yang akan

membagikan energy secara rata pada baterai hingga baterai yang ada dapat diisi

dengan penuh. Selanjutnya, dari baterai tersebut dikonversi menjadi listrik AC yang

akan dikirim ke jaringan berdasarkan kebutuhan dan capacity. Berikut ini dapat

digambarkan prinsip kerja PLTS menggunakan rangkaian komponen seperti gambar

dibawah ini:

Gambar 2. 2 Prinsip Kerja PLTS

10

2.2.4 Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Secara umum konfigurasi sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya dibagi

menjadi tiga yaitu, PLTS On-Grid merupakan sistem yang terhubung pada jaringan

PLN, PLTS Off-Grid merupakan sistem yang tidak terhubung pada jaringan PLN,

kemudian PLTS Hybrid merupakan sistem yang terhubung dengan jenis pembangkitan

yang lain.

2.2.4.1 PLTS On-Grid

PLTS On-Grid merupakan sistem PLTS yang terhubung dengan jaringan PLN.

Untuk menghasilkan listrik, sistem PLTS ini menggunakan radiasi matahari melalui

perantara modul surya atau biasa disebut photovoltaic. Sistem PLTS On-Grid juga

menjadi sebuah solusi bagi masyarakat pada daerah perkotaan baik perkantoran

ataupun perumahan yang bisa mengurangi biaya tagihan listrik pada PLN dan bisa

memberikan nilai tambah untuk orang yang memiliki.

2.2.4.2 PLTS Off-Grid

PLTS Off-Grid merupakan sistem PLTS yang tidak terhubung dengan jaringan

PLN. Untuk menghasilkan listrik, sistem PLTS ini tidak terhubung pada jaringan PLN,

hanya dengan memanfaatkan radiasi matahari melalui perantara photovoltaic. Prinsip

kerja dari PLTS Off-Grid yaitu (Arum, 2019):

1. Photovoltaic atau sel surya dapat menghasilkan energi listrik pada saat siang

hari dan energi listrik akan disimpan dalam battery. Untuk menyimpan energy

listrik pada sel surya kedalam battery digunakan bantuan Solar Charge

Controller, agar tidak terjadi kekosongan ataupun kelebihan saat pengisian.

Daya yang dihasilkan pada sel surya yaitu 140 W/m2, dihasilkan dari

intensitas matahari maximum yang didapatkan oleh sel surya yaitu mencapai

hingga 1000 W/m2 dengan efficience cell yaitu sekitar 14%. Sehingga, daya

yang diterima dari sel surya sangat bergantung pada besaran efisiensi cell

dan intensitas penyinaran matahari.

11

2. Power energy yang tersimpan pada battery dimanfaatkan agar kebutuhan

beban Alternating Current dapat terpenuhi. Sebelum dikirim ke beban

Alternating Current dari battery, tegangan Direct Current pada battery dirubah

terlebih dahulu ke tegangan Alternating Current (AC) melalui inverter ketika

dibutuhkan.(Hakim, 2017)

2.2.4.3 PLTS Hybrid

PLTS Hybrid ialah jenis dari sistem PLTS yang menginterkoneksikan sistem

pembangkit listrik yang satu dengan sistem pembangkit yang lainnya. Sumber

pembangkit yang digunakan ialah solar energy, microhydro, energi angin, serta genset.

Sehingga, sistem hybrid tediri dari PLTS-Solar Energy, PLTS-Microhidro, PLTS-Energi

Angin, PLTS-Genset, dan lainnya. Pada negara Indonesia, sistem PLTS Hybrid yang

sering digunakan ialah PLTS Genset. PLTS Genset ini pada dasarnya hanya

menggunakan genset dan tidak terinterkoneksi dengan jaringan PLN.(Tjok Gd, 2000)

2.2.5 Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Untuk merencanakan penggunaan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS),

perlu diketahui kompenen-komponen apa saja yang digunakan. Berikut ini komponen

yang digunakan untuk merencanakan penggunaan PLTS:

2.2.5.1 Sel Surya

Sel surya adalah alat atau bahan penting untuk sistem PLTS. Panel surya

berfungsi sebagai penampung energi matahari. Panel surya berfungsi untuk

mengubah energi sinar matahari menjadi energi listrik. Dalam pemanfaatan energi

matahari telah diterapkan dua teknologi yaitu energi panas matahari dan energi surya

fotovoltaik.(Julisman et al., 2017)

Sel surya merupakan perangkat yang mengubah sinar matahari menjadi

energi listrik melalui proses efek PV (photovoltaic). Saat tidak ada beban, solar cell

akan menghasilkan tegangan yang sangat kecil, sekitar 0.6V dan 0.45V di bawah

beban. Untuk mendapatkan tegangan yang besar sesuai kebutuhan, dibutuhkan

12

beberapa sel surya diatur secara seri. Jika 36 sel surya diatur secara seri maka

tegangan yang dihasilkan akan menjadi sekitar 16V. Tegangan ini dapat digunakan

untuk mendukung baterai 12V. Untuk mendapatkan tegangan keluaran yang lebih

besar, dibutuhkan lebih banyak sel surya. Susunan sel surya gabungan ini disebut

modul surya. Susunan panel surya berkisar antara 10 hingga 20 atau lebih, yang akan

menghasilkan tegangan dan arus yang lebih besar, cukup untuk memenuhi kebutuhan

sehari-hari.(Purwoto, 2018)

Sel surya juga merupakan komponen semikonduktor dengan luas permukaan

yang besar, terdiri dari rangkaian dioda tipe P dan tipe N. Sinar matahari yang

dipantulkan pada sel surya menghasilkan elektron dengan muatan positif dan negatif,

kemudian elektron dan muatan mengalir membentuk arus AC (arus bolak-balik)

.Elektron akan meninggalkan sel surya dan mengalir ke sirkuit luar, sehingga

menghasilkan arus. Prinsip ini disebut prinsip fotolistrik. Kapasitas arus yang

dihasilkan tergantung dari intensitas cahaya atau panjang gelombang yang

dipantulkan pada solar cell. Intensitas cahaya menentukan jumlah foton. Semakin

besar intensitas cahaya yang dipantulkan pada permukaan sel surya, semakin besar

pula foton yang Anda miliki. Oleh karena itu, semakin banyak pasangan elektron dan

semakin banyak muatan yang dibangkitkan, semakin besar arusnya. Semakin pendek

panjang gelombang cahaya, semakin tinggi energi foton, dan oleh karena itu semakin

besar energi elektron yang dihasilkan, yang juga berarti semakin besar arusnya.

Karena sel surya terbuat dari bahan semikonduktor yang mengandung bahan silikon,

mereka dapat tereksitasi. Lapisan negatif (tipe-n) dan lapisan positif (tipe-p)

Polysilicon merupakan material yang paling umum digunakan dalam industri sel surya.

Silikon polikristalin dan silikon kristal tunggal memiliki efisiensi yang lebih tinggi

daripada silikon amorf. (Safrizal, 2017)

13

Gambar 2. 3 Sel surya

Jenis-jenis Panel Surya yang terdapat pada pasaran ada 3 (Julisman et al.,

2017), yaitu:

1. Monokristal (Mono-Crystalline)

Silikon monokristalin adalah jenis panel paling efektif yang diproduksi

melalui teknologi canggih dan menghasilkan total energi listrik terbesar.

Sesuai dengan permintaan konsumsi daya yang tinggi dalam cuaca ekstrim

dan kondisi alam yang ekstrim, kristal tunggal diproduksi dengan efisiensi

sekitar 15%. Kerugian dari panel jenis ini adalah tidak dapat menjalankan

fungsi terbaiknya di tempat-tempat di mana matahari sedikit atau gelap, dan

efisiensinya akan turun dengan tajam saat cuaca mendung.

Gambar 2. 4 Panel Monocrystalline

14

2. Polikristal (Poly-Crystalline)

Polikristal ialah salah satu jenis panel surya yang terdiri dari kristal-kristal

yang tersusun acak karena dibuat melalui proses pengecoran. Kristal

polikristalin membutuhkan luas permukaan yang lebih besar daripada kristal

tunggal untuk menghasilkan energi listrik yang sama. Efisiensi panel surya

jenis ini lebih rendah dari pada silikon monokristalin, sehingga harganya

lebih rendah.

Gambar 2. 5 Panel Poly-Crystalline

3. Thin Film Photovoltaic

Thin Film Photovoltaic ialah panel surya dengan struktur lapisan tipis dua

(dua) lapis silikon dan mikrokristalin amorf. Modul efisiensinya setinggi

8,5%, sehingga luas permukaan daya per watt yang dibutuhkan lebih besar

dari pada kristal tunggal dan polikristalin. Inovasi terbaru adalah film

fotovoltaik persimpangan tiga dengan 3 film tipis (tiga lapisan dapat

digunakan dengan sangat efisien di udara yang sangat gelap, dan dapat

menghasilkan listrik hingga 45% lebih banyak daripada jenis panel lain

dengan daya yang sama.

15

Gambar 2. 6 Panel Thin Film Photovoltaic

2.2.5.2 Baterai

Gambar 2. 7 Baterai PLTS

Baterai ialah salah satu komponen yang dipergunakan pada PLTS yang

berfungsi dalam menyimpan hasil pada fotovoltaik yaitu energi listrik dalam bentuk

energi arus Direct Current (DC). Energy yang telah tersimpan pada battery memiliki

fungsi sebagai penopang ketika modul surya tidak menghasilkan energi listrik,

contohnya ketika cuaca atau saat malam hari. Baterai juga membuat ouputan tegangan

ke sistem cenderung agak stabil. Ampere hour (Ah) ialah satuan kapasitas energi yang

dihasilkan pada baterai, yang artinya ialah maximum current yang bisa dikeluarkan oleh

battery selama one hour (satu jam). Pada saat proses pengosongan battery, battery

belum bisa dikosongkan sampai titik maximum, dikarenakan mempengaruhi waktu

pakai dari battery tersebut. Limit pengosongan dari baterai tersebut disebut dengan

Depth Of Discharge (DOD), satuan dari DOD yaitu percent (%). Jika battery mempunyai

16

DOD sebanyak 80%, energy yang tersedia pada battery hanya bisa dimanfaatkan 80%,

kemudian yang lainnya sebesar 20% dimanfaatkan sebagai cadangan. Selanjutnya,

besar DOD yang diterdapat pada suatu battery, maka jangka waktu teknis penggunaan

dari battery akan semakin pendek.(Tjok Gd, 2000)

2.2.5.3 Solar Charge Controller (SCR)

Gambar 2. 8 Solar Charge Controller (SCR)

Solar charge controller merupakan salah satu komponen dalam sistem

pembangkitan tenaga surya, dan memiliki fungsi sebagai alat yang mengatur arus

yang masuk dari panel surya atau arus yang ada pada arus beban yang mengalir atau

digunakan. SCR mengatur tegangan dan arus dari panel surya ke baterai. Beberapa

panel surya 12 volt menghasilkan tegangan keluaran sekitar 16 hingga 20 volt DC,

sehingga jika tidak disetel, aki akan rusak akibat pengisian yang berlebihan. Pada

dasarnya baterai 12 volt membutuhkan tegangan pengisian sekitar 13-14,8 volt,

tergantung dari jenis baterai yang akan diisi penuh. Adapun fungsi dan fitur SCR,

yaitu:

1. Ketika tegangan pengisian baterai mencapai kapasitas penuh, pengontrol

akan menghentikan arus yang mengalir ke baterai untuk menghindari

pengisian yang berlebihan. Dengan cara ini masa pakai baterai akan lebih

lama. Listrik yang dihasilkan oleh panel surya akan langsung tersalurkan ke

17

beban atau peralatan listrik dalam jumlah tertentu tergantung pada konsumsi

daya peralatan listrik.

2. Ketika tegangan pada baterai hampir habis, pengontrol akan berhenti

menarik arus dari baterai melalui beban atau peralatan listrik. Dalam kondisi

tegangan tertentu (sisa tegangan pada baterai sekitar 10%), pengontrol akan

memutus arus beban. Ini akan melindungi baterai dan mencegah kerusakan

pada baterai. Biasanya dalam bentuk pengontrol, lampu indikator akan

menyala dengan warna tertentu (biasanya merah atau kuning), menandakan

bahwa baterai sedang diisi ulang. Dalam hal ini, jika sisa daya di baterai

kosong (kurang dari 10%), pengontrol akan memutuskan arus di baterai dan

peralatan / beban listrik tidak dapat digunakan. Pada kontrolernya, beberapa

jenis meter digital dilengkapi dengan indikator yang lebih lengkap, sehingga

dapat memantau berbagai situasi yang mungkin terjadi di PLTS.(Purwoto,

2018)

2.2.5.4 Inverter

Gambar 2. 9 Inverter PLTS

Inverter merupakan komponen rangkaian yang dapat mengubah tegangan

DC menjadi daya AC. Atau dapat dikatakan inverter mentransfer tegangan dari catu

daya DC ke beban AC. Sumber tegangan inverter dapat berupa battery, panel surya

18

Atau sumber tegangan DC lainnya. Menurut gelombang keluaran yang dihasilkan,

inverter dapat dibagi menjadi tiga jenis: gelombang persegi, gelombang sinus yang

dimodifikasi dan gelombang sinus murni.(Mt et al., 2019)

1. Square Wave Inverter

Inverter gelombang persegi merupakan inverter yang dapat menghasilkan

tegangan 220 V, 50 Hz AC, tetapi kualitasnya sangat buruk. Oleh karena

itu hanya dapat diterapkan pada beberapa peralatan listrik. Hal ini terjadi

karena karakteristik keluaran inverter mempunyai tingkat distorsi

harmonik total yang tinggi.

2. Modified Sine Wave

Modified Sine Wave, disebut juga Modified Square Wave atau Quasy

Sine Wave, karena jenis ini hampir sama dengan gelombang persegi,

namun pada ujung keluaran akan mencapai titik 0 (nol) sebelum

mendekati nilai positif atau negatif, dan gelombang sinus memiliki Distorsi

harmonik yang lebih besar. Dibandingkan dengan gelombang persegi,

gelombang ini hampir dapat digunakan di berbagai peralatan listrik,

seperti komputer, televisi, dan lampu. Tetapi tidak cocok untuk beban

sensitif.

3. Pure Sine Wave

Gelombang inverter yang terlihat seperti gelombang sinus disebut

gelombang sinus murni, juga disebut gelombang sinus sejati. <3% Total

Harmonic Distortion (THD), cocok untuk semua peralatan elektronik.

Jenis komponen ini juga disebut catu daya bersih. Pulse Width

Modulation (PWM) merupakan teknologi yang digunakan pada inverter

jenis ini, yang dapat mengubah tegangan DC menjadi AC, sehingga

cocok untuk bentuk gelombang yang hampir mirip dengan gelombang

sinus.

19

2.2.6 Komponen pendukung sistem PLTS

Pada sistem PLTS, terdapat beberapa komponen pendukung yang digunakan,

yaitu:

1. Kabel

Pada pemilihan kabel untuk sistem PLTS disesuaikan dengan nilai ampere

atau besarnya kuat arus yang mengalir pada kabel. Makin besar arus yang

mengalir maka makin besar juga diameter kabel yang akan digunakan.

Jumlah kabel disesuaikan dengan jumlah fasa yang terdapat pada jalur

listrik, apabila listrik yang mengalir ialah DC maka kabel yang digunakan

ialah kabel untuk dua kutub positif dan negatif. Berlaku juga dengan jumlah

kabel yang digunakan pada listrik AC tiga fasa yaitu berjumlah tiga kutub

R, S, T serta satu kutub tambahan N (netral). Pemilihan kabel juga

disesuaikan dengan peletakan posisi kabel.

2. Combiner Box

Combiner Box merupakan kotak yang menginterkoneksikan beberapa

kabel agar jalur kabel menjadi lebih rapi. Combiner box ialah alat yang

memiliki fungsi memutus connection untuk pengaman apabila dilakukan

proses pemeliharaan maupun inspeksi.

3. Penghubung DC

Penghubung DC ialah tempat untuk menginterkoneksikan rangkaian DC,

seperti menghubungkan Solar Charge Controller dengan baterai.

4. Pengaman atau Fuse

Pengaman atau fuse biasa juga disebut dengan sakering ialah alat atau

komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengamankan rangkaian

listrik akibat hubung singkat maupun daya yang berlebih. Proses kerjanya

20

ialah kawat pada fuse atau sekering akan putus ketika terjadi hubungan

singkat dan arus listrik akan putus seketika sehingga, bisa mencegah

kerusakan pada komponen yang lainnya.(Hakim, 2017)

2.2.7 Rangkaian Modul/Panel Surya

2.2.7.1 Modul/Panel Surya Terhubung Seri

Dalam menghasilkan tegangan yang di inginkan panel/modul surya harus ter-

connect seri yaitu dengan menghubungkan kutub negatif dan kutub positif. Salah satu

contoh total tegangan yang dihasilkan dengan cara menghubung serikan 3 (tiga) buah

panel yang setiap panel memiliki tegangan 5 volt, sehingga jumlah total yaitu 15 volt,

Namun, total arus listrik yang didapatkan ialah sama setiap modul sebesar 3

Ampere.(Merliani Lestari Sapan, 2019)

Gambar 2. 10 Rangkaian Tiga Panel Seri

2.2.7.2 Modul/Panel Terhubung Paralel

Modul/Panel dihubung seri agar didapatkan arus listrik yang lebih besar

dibandingkan output arus listrik pada setiap panel surya. Caranya ialah kutub yang

sama dihubungkan satu dengan yang lainnya dilihat pada gambar dibawah. Contohnya

ialah jika setiap modul/panel surya memiliki tegangan kerja sebesar 15 volt dan setiap

21

panel menghasilkan arus listrik sebesar 3 A, selanjutnya ketiga panel tersebut

dihubungkan parallel maka akan dihasilkan total arus listrik ialah 9 A dan setiap panel

memiliki tegangan masing-masing sebesar 15 Volt.

Gambar 2. 11 Rangkain Panel Paralel

2.2.7.3 Modul/Panel Terhubung Seri Paralel

Dalam mencatu daya pada sistem PLTS yang diinginkan, maka dibutuhkan

penggabungan antar sejumlah modul/panel surya secara seri ataupun parallel. Pada

gambar dibawah dapat dilihat bahwa rangkaian modul surya atau array untuk mencatu

daya sistem yang terdiri dari 3 buah panel surya yang dihubung seri dan 4 buah panel

surya dihubung secara parallel.

22

Gambar 2. 12 Rangkaian Panel Seri dan Paralel

23

BAB III

METODE PENELITIAN

Analisa Kebutuhan

3.1.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dan pengumpulan data tugas akhir dilakukan pada Gedung Lantai 1

(satu) Perkantoran Dinas Pendidikan Kabupaten Gowa, Sulawesi Selatan. Dan waktu

penelitian selama 3 (tiga) bulan dimulai dengan survei lapangan, pengambilan data,

serta pengolahan data dari bulan April hingga Juni 2020.

3.1.2 Data Penelitian

Dalam menyelesaikan tugas akhir ini, ada beberapa data yang dibutuhkan dan

dikumpulkan ketika melaksanakan penelitian di Gedung Lantai 1 (satu) Perkantoran

Dinas Pendidikan Kabupaten Gowa, Sulawesi Selatan. Data-data tersebut, yaitu:

3.1.3 Data Pemakaian Beban

Berikut ini data beban yang mencangkup dari hasil total beban pada lantai 2

(dua) di Kantor Dinas Pendidikan Kabupaten Gowa, Sulawesi Selatan, yaitu:

Tabel 3. 1 Data pemakaian beban perhari

Beban/ Peralatan Total

Peralatan Daya (Watt)

Waktu Penggunaan

(Jam)

Total Total

(Wh) (kWh)

AC 5 330 8 13200 13.2

Kulkas 3 100 24 7200 7.2

Televisi 3 35 2 210 0.21

Komputer 2 100 8 1600 1.6

Laptop 6 90 8 4320 4.3

Printer 4 11 2 88 0.088

Lampu 6 32 14 2688 2.688

Lampu 40 20 8 6400 6.4

Dispenser 5 350 24 42000 42

24

Total 77706 77.706

3.1.4 Data Temperatur dan Radiasi Matahari

Agar data yang didapatkan optimal dan sesuai dengan sistem yang diperlukan,

maka data rata-rata temperature/suhu serta radiasi matahari di ambil dari data Nasa

yang diakses melalui Website Power Data Access Viewer, yaitu:

Tabel 3. 2 Data Temperature

Month Temperature (°C)

Januari 27.36

Februari 27.47

Maret 27.35

April 27.92

Mei 27.88

Juni 27.23

Juli 26.49

Agustus 26.68

September 27.06

Oktober 28.54

November 29.24

Desember 28.51

Rata-rata tahunan 27.64

Tabel 3. 3 Data Iradiasi Matahari

Month Daily Solar Radiation

(kWh/m2)

Januari 4.27

Februari 5.20

Maret 4.92

April 5.14

Mei 5.33

Juni 4.86

Juli 5.46

25

Agustus 6.29

September 6.74

Oktober 6.91

November 6.43

Desember 5.59

Rata-rata tahunan 5.59

3.1.5 Data Spesifikasi pada Komponen PLTS

Berikut ini beberapa spesifikasi komponen yang akan digunakan untuk

perancangan PLTS pada gedung perkantoran, yaitu:

1. Modul atau Panel Surya

Nama Modul/Panel yang digunakan ialah ENF Solar Panel dengan

capacity 295 Wp.

Gambar 3. 1 ENF Solar Panel Capacity 295 Wp

Tabel 3. 4 Spesifikasi Modul/Panel Surya

Deskripsi Spesifikasi

Daya Maksimum (Pmax) 295 Wp

Tegangan pada Daya Maksimum (Vmpp)

32.45 V

26

Arus Maksimum (Impp) 9.09 A

Tegangan Sirkuit Terbuka (Voc) 40.51 V

Arus Sirkuit Pendek (Isc) 9.58 A

Efisiensi Panel 18.10%

Dimensi Panel (H / W / D) 1640x992x35 mm

Bobot 18.5 kg

Jenis sel Monocrystalline

Ukuran sel 156×156 mm

2. Inverter

Gambar 3. 2 SUN2000-20KTL

Tabel 3. 5 Data Spesifikasi Inverter

Deskripsi Spesifikasi

Model SUN2000-20KTL

Daya 20000 W

Bentuk Gelombang Sinus Murni

Tegangan DC 48 V

27

Tegangan AC 220 V/ 380 V

Effisiensi 98%

Frekuensi 50/60 Hz

Operasi/Temperatur -25°C ~ 60°C (-13°F ~ 140°F)

Dimensi ( DxWxH) (mm) 520 x 610 x 266 mm

Berat (kg) 50

3. Battery

Gambar 3. 3 Baterai LiFePo4

Tabel 3. 6 Data spesifikasi battery

28

4. Sankelux Solar Charge Controller MPPT-60 A

Gambar 3. 4 Solar Charge Controller

Tabel 3. 7 Spesifikasi Solar Charge Controller

29

Perancangan Penelitian

1. Study Literatur

Agar didapatkan teori-teori yang mendukung mengenai topik yang dibahas

maka dilakukan study literature. Dengan dilakukannya study literature ini,

sangat bermanfaat untuk penentuan metode dalam mengolah serta

menganalisa data.

2. Pengumpulan Data

Pengumpulan data untuk tugas akhir ini dilaksanakan dengan terjun langsung

ke tempat penelitian yaitu pada Gedung Perkantoran Dinas Pendidikan

Kabupaten Gowa, Sulawesi Selatan untuk mendapatkan data yang

dibutuhkan.

3. Pengolahan Data

Pengolahan data dilaksanakan secara kuantitatif serta kualitatif. Untuk

pengolahan data secara kualitatif dilakukan dengan penjelasan deskriptif,

kemudian untuk pengolahan data dengan kuantitatif, dilaksanakan dengan

perhitungan secara matematis didasarkan pada teori yang berkaitan.

4. Penyajian Data

Pada data dibuat dengan bentuk grafik ataupun tabel agar mempermudah

pembacaan dan pelampiran dokumentasi sebagai bukti untuk objek

penellitian.

5. Diagram Alur Penelitian

Berikut ini tahapan-tahapan yang dilakukan untuk perancangan penelitian

dengan penggambaran melalui flowchart:

30

Gambar 3. 5 Flowchart perancangan penelitian PLTS

31

Teknik Analisis

Metode kualitatif dan kuantitatif adalah metode yang digunakan untuk penelitian

ini, dikarenakan pada penelitian disajikan dalam bentuk penjelasan, note observasi,

dokumen, serta wawancara. Riset atau penelitian yang bersifat deskriptif serta

umumnya menggunakan analisis disebut penelitian kualitatif.

Dalam melakukan perencanaan pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga

Surya (PLTS), yang harus dilakukan ialah dengan observasi lapangan terlebih dahulu

agar diketahui kondisi dan bisa memperkirakan beban yang akan dikirim oleh PLTS.

Setelah mengetahui perkiraan beban, selanjutnya ditentukan PLTS capacity yang

akan dirancang. Setelah itu, menghitung kapasitas dan jumlah komponen pada PLTS

serta melakukan perhitungan energi pada PLTS.

Apabila sudah diketahui semua, tahap selanjutnya ialah perancangan sistem

kerja dari pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) serta merancang sistem ketika off-

grid agar bisa mengetahui sistem dan cara kerja yang cocok untuk PLTS ini. Jika

pada perencanaan proyek ini dikatakan baik atau layak, maka pembangunan PLTS

dengan sistem Off-Grid ini dapat diwujudkan.

Pengolahan Perhitungan Perancangan Sistem PLTS-Off Grid

3.4.1 Menentukan jumlah komponen PLTS

1. Panel/Modul Surya

Untuk menentukan jumlah panel/modul surya yang disediakan agar

memenuhi kebutuhan PLTS capacity, terlebih dahulu dihitung PV Area,

selanjutnya dihitung berapa daya yang dibangkitkan oleh PLTS:

a. Menghitung PV area

Untuk menghitung PV area digunakan rumus seperti dibawah ini:

Psaat t naik °C = 0,5% per°C × PMPP × kenaikan temperatur (°C)

PMPP saat naik menjadi t°C = PMPP − Psaat t naik °C

TCF =PMPP saat naik menjadi t°C

PMPP

(3.1)

(3.2)

(3.3)

32

Keterangan:

𝑃𝑉𝐴𝑟𝑒𝑎 = 𝐸𝑙

𝐺𝑎𝑣×𝜂𝑝𝑣×𝑇𝐶𝐹×𝜂𝑜𝑢𝑡

Keterangan:

b. Menghitung daya yang dibangkitkan (Wp) oleh PLTS

𝑃𝑤𝑎𝑡𝑡𝑝𝑒𝑎𝑘 = 𝑃𝑉 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑋 𝑃𝑆𝐼 𝑋 𝜂𝑃𝑉

Keterangan:

𝑃𝑉𝐴𝑟𝑒𝑎 = Luas permukaan panel/modul surya (m2)

𝑃𝑆𝐼 = Peak Solar Insolation ialah 1000 W/m2

𝜂𝑃𝑉 = Efficiency panel/modul surya (%)

c. Menghitung jumlah panel/modul yang diperlukan

Jumlah panel/modul surya= 𝑃 𝑤𝑎𝑡𝑡 𝑝𝑒𝑎𝑘

𝑃𝑚𝑝𝑝

Keterangan:

𝑃 𝑤𝑎𝑡𝑡 𝑝𝑒𝑎𝑘 = Daya yang dibangkitkan (WP)

𝑃𝑚𝑝𝑝 = Daya maksimum keluaran panel surya (watt)

(3.4)

(3.5)

(3.6)

33

Agar diperoleh jumlah arus keluaran dari panel, modul surya ke input

SCC (Solar Charge Controller) maka panel/modul dirangkai secara

paralel untuk diperoleh jumlah tegangan yang besar dan panel/modul

dirangkai secara seri untuk diperoleh tegangan yang besar. Berikut ini

rumus perhitungannya:

1) Panel/Modul dirangkai seri

Modul Seri per String Maximum = 𝑉 𝐷𝐶 𝑚𝑎𝑥

𝑉𝑜𝑐

Modul Seri per String Minimum = 𝑉 𝐷𝐶 𝑚𝑖𝑛

𝑉𝑜𝑐

2) Panel/Modul dirangkai parallel

Modul Parallel per String Maximum = 𝐼 𝐷𝐶 𝑚𝑎𝑥

𝐼𝑚𝑝𝑝

Modul Parallel per String Minimum = 𝐼 𝐷𝐶 𝑚𝑖𝑛

𝐼𝑚𝑝𝑝

3) Jumlah per String

Jumlah/string = Jumlah rangkaian seri x Jumlah rangkaian parallel

Keterangan:

2. Solar Charge Controller (SCC)

a. Menentukan Solar Charge Controller Capacity

Solar Charge Controller Capacity diketahui dengan mengacu pada

daya maximum yang mampu dihasilkan panel array dan arus yang

(3.7)

(3.8)

(3.9)

(3.10)

(3.11)

34

keluar dari array. Hal tersebut agar Solar Charge Controller tetap

mampu mensuplay daya maximum yang dihasilkan dan tahanan

terhadap arus yang keluar pada array surya.

3. Battery

Untuk menentukan kapasitas baterai perlu diperhatikan hal-hal beikut ini:

a. Berdasarkan energy listrik yang diperlukan untuk sumber penerangan

Gedung Kantor, kapasitas battery nya ialah sebesar 89,36 kWh.

b. Kedalaman kapasitas atau Deep of Discharge (DoD) yang bisa

digunakan pada battery yaitu 80%.

c. Di Indonesia, penetapan hari otonomi yaitu selama 2 (dua) hari. Hari

otonomi ialah tolak ukur keadaan dimana lamanya (hari) jika cuaca

buruk selama beberapa hari atau keadaan dimana energi matahari

tidak maksimal, sehingga modul surya tidak memperoleh suply energi

yang cukup.

d. Efisiensi Baterai yaitu sebesar 85%.

Berdasarkan dengan satuan energi (dalam Wh) diubah menjadi Ah,

satuan kapasitas baterai sebagai berikut:

C = 𝐸𝑑

𝑉𝑠𝑋 𝐷𝑜𝐷 𝑋 𝜂 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖

Setelah didapatkan kapasitas battery, maka bisa ditentukan jumlah

battery yang digunakan:

Jumlah baterai =Kapasitas baterai

Daya baterai

Keterangan:

(3.12)

(3.13)

35

4. Inverter

Kapasitas inverter harus disesuaikan dengan arus output serta tegangan

pada panel surya yang dirancang serta daya output PLTS untuk

menentukan capacity serta jumlah inverter yang digunakan.

5. Daya output PLTS

Untuk melakukan perencanaan PLTS, losses atau rugi-rugi yang terdapat

pada panel/modul surya perlu diperhatikan yaitu losses. Losses atau

rugi-rugi sistem PLTS diasumsikan 15% karena keseluruhan komponen

sistem yang digunakan masih baru (Bien Kasim, & Wibowo, 2008:41

dalam bukunya yaitu Mark Hankins, 1991 68), oleh karena itu, besar

energi dari panel/modul surya dikurangi dengan besar rugi-rugi seperti

perhitungan dibawah ini:

𝑃𝑖 = besar daya yang digunakan 𝑥 (100% − 15%)

Dengan menghitung hasil pengurangan losses panel/modul surya

berdasarkan panel capacity yang terpasang selanjutnya, menganalisa

energi yang dihasilkan modul surya behubungan dengan data radiasi

matahari tertinggi, terendah serta rata-rata energi yang diproduksi

pertahun, dihitung menggunakan rumus dibawah ini:

Pout = Pi x Radiasi matahari minimum

Pout = Pi x Radiasi matahari maximum

P out = Pi x PSH

Keterangan:

6. Performance Ratio

Performance Ratio (PR) dinyatakan dalam presentase yang

memperlihatkan rugi total pada sistem saat pengubahan dari DC menjadi

AC bisa dijadikan sebagai acuan untuk kualitas dari perencanaan PLTS.

(3.14)

(3.15)

(3.16)

(3.17)

36

Kemudian bisa pula diuraikan setelah diketahui nilai energi specific yield

dari daya input modul surya dikalikan dengan PSH dikurangi dengan

semua losses yang ada kemudian dikalikan selama setahun, sehingga

diketahui energi yang dihasilkan selama setahun. Untuk mencari

performance ratio digunakan rumus seperti dibawah ini:

E ideal = P array x jumlah modul x Htilt

Htilt = PSH x 365

PR =Eyield

Eideal x 100%

Keterangan:

(3.19)

(3.20)

(3.18)

37

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisis Teknis

4.1.1 Analisis Teknis

Untuk melakukan pembangunan PLTS Off Grid, terlebih dahulu perlu dilakukan

planning atau perencanaan agar saat diwujudkan pembangunan PLTS Off Grid dapat

bekerja dan berfungsi dengan maksimal. Dalam melakukan perancangan PLTS Off-

Grid perlu diperhitungkan dari sisi teknik dan biaya investasi atau ekonominya.

4.1.2 Data pemakaian beban

Pengumpulan data beban dilakukan dengan penelitian secara langsung pada

Kantor Dinas Pendidikan Kabupaten Gowa, Sulawesi Selatan. Berdasarkan data dari

table 3.1 mengenai data pembebanan harian pada Kantor Dinas Pendidikan Kabupaten

Gowa. Losses atau rugi-rugi sistem pada PLTS diasumsikan 15% karena seluruh

komponen sistem yang digunakan masih dalam keadaan baru (Bien Kasim, & Wibowo,

2008:41 pada bukunya Mark Hankins, 1991 68), untuk factor keamanan maka total

beban perhari dikalikan 1.15:

P = Jumlah beban perhari x 1.15

P = 77,706 kWh x 1.15

P = 89,36 kWh

4.1.3 Data Temperatur dan Radiasi Matahari

Berdasarkan syarat dan ketentuan yang berlaku, Panel Surya memiliki

penurunan daya capacity yang didapatkan apabila melebihi dari standar temperature

optimal panel surya bekerja. Apabila Panel Surya bekerja diatas temperatur 250C maka

akan berkurang 0,5% setiap perubahan temperature (Gifson & Pambudi, 2020). Dapat

dilihat pada table 3.2 apabila temperatur maximum dilokasi Dinas Pendidikan

Kabupaten Gowa 29,24 0C pada bulan November dan temperature minimum yaitu

26,49 0C pada bulan Juli, maka kenaikan temperature menjadi 2,75 0C, sehingga bisa

dilakukan perhitungan seperti 3.1 untuk daya kenaikan temperature sebagai berikut:

38

P saat kenaikan 2,75 0C = 0,5%/0C x Pmpp x kenaikan 0C

= 0,5% /0C x 295 W x 2,75 0C

P saat kenaikan 2,75 0C = 4.05625 W

Daya output maksimum Panel Surya saat kenaikan temperature 29,24 0C,

maka bisa dilakukan perhitungan berikut ini:

Pmpp saat naik t0C = Pmpp – P saat naik t

0C

Pmpp saat naik 2,750

C = 295 W – 4.05625 W

Pmpp saat naik 2,750

C = 290.9438 W

Berdasarkan hasil perhitungan dari daya output maksimum saat temperature

naik sebesar 29,24 0C, maka nilai TCF bisa di hasilkan dengan menggunakan

persamaan 3.3. berikut ini:

TCF =PMPP saat naik menjadi t°C

PMPP

TCF = 290.9438 W/295W

= 0.98

4.1.4 Data Perhitungan PVArea dan Pwattpeak pada Panel

Berikut ini, perhitungan yang digunakan untuk menghitung luas daerah yang

dibutukan untuk pemasangan panel/modul surya pada persamaan 3.4:

𝑃𝑉𝐴𝑟𝑒𝑎 = 𝐸𝑙

𝐺𝑎𝑣×𝜂𝑝𝑣×𝑇𝐶𝐹×𝜂𝑜𝑢𝑡

PVArea = 89,36 kWh

5.59 kWh/m2×0.1810×0.98×0.98

= 91,96 m2

Dengan luas atap sebesar 40 m x 20 m = 800 m2 dan hasil perhitungan daya

dari PVArea, maka dapat dibangun PLTS pada kantor Dinas Pendidkan Kabupaten

Gowa. Selanjutnya dengan Peak Sun Insulation sebesar 1000 W/m2 dan efficience dari

panel sebesar 18,10%, maka nilai dari daya yang dibangkitkan oleh penel bisa

dihasilkan dengan menggunakan persamaan 3.5 berikut ini dengan :

39

𝑃𝑤𝑎𝑡𝑡𝑝𝑒𝑎𝑘 = 𝑃𝑉 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑋 𝑃𝑆𝐼 𝑋 𝜂𝑃𝑉

Pwattpeak = 91,96 m2 X 1000 W/m2 X 0.1810

Pwattpeak= 16.645 Wp

4.1.5 Perhitungan jumlah spesifikasi pada komponen PLTS

Berikut ini beberapa spesifikasi komponen yang akan digunakan untuk

perencanaan PLTS pada gedung perkantoran, yaitu:

1. Panel Surya

Pada perencanaan ini, digunakan type panel monocrystalline dengan

merk dan spesifikasi yang terdapat pada table 3.4. Berdasarkan data dari

table 3.4, kapasitas panel surya yang digunakan sebesar 295 Wp.

Sehingga, diketahui jumlah panel yang harus digunakan untuk

perencanaan ini dengan menggunakan persamaan 3.6 berikut:

Jumlah panel/modul surya = 𝑃 𝑤𝑎𝑡𝑡 𝑝𝑒𝑎𝑘

𝑃𝑚𝑝𝑝

=16.645 𝑊𝑝

295 𝑊𝑝

= 56,4

≈ 56 Panel

2. Solar Charge Controller (SCC)

Pada perencanaan ini, digunakan brand SCC yaitu Sankelux MPPT-60

dengan data spesifikasi yang terdapat pada table 3.7. Panel/modul

dirangkai secara parallel untuk diperoleh jumlah arus yang besar dan

panel/modul dirangkai secara seri untuk diperoleh tegangan yang besar.

Berikut ini persamaan yang digunakan untuk mengetahui dalam 1 (satu)

SCC berapa panel dirangkai secara seri dan parallel:

a. Perhitungan jumlah panel surya yang disusun secara seri

menggunakan persamaan 3.7:

Panel Seri per String Maximum = 𝑉 𝐷𝐶 𝑚𝑎𝑥

𝑉𝑜𝑐

40

=115 𝑉

32,45 𝑉

= 3,5

≈ 4 Panel

b. Perhitungan jumlah panel surya yang disusun secara parallel

menggunakan persamaan 3.9:

Panel Parallel per String Maximum = 𝐼 𝐷𝐶 𝑚𝑎𝑥

𝐼𝑚𝑝𝑝

=50 𝐴

9,09 𝐴

= 5,5

≈ 6 Panel

c. Perhitungan jumlah maksimum panel yang disusun secara seri dan

parallel dalam 1 array menggunakan persamaan 3.11:

Jumlah/string = Jumlah rangkaian seri x Jumlah rangkaian parallel

= 4 x 6 Panel

Jumlah/string = 24 Panel

Berdasarkan dari hasil perhitungan diatas, jumlah maximum panel yang

dirangkai secara seri sebanyak 4 modul dan panel yang dirangkai secara

parallel sebanyak 6 modul. Dengan hasil tersebut, dalam 1 array jumlah

panel maksimum yang dipasang secara seri dan parallel sebanyak 24

panel. Berdasarkan data spesifikasi dari panel di table 3.4 dan SCC di

table 3.7, tegangan maximum pada panel sebesar 32,45 V, arus

maximum sebesar 9,09 A, kemudian tegangan maximum pada SCC

sebesar 115 V, dan arus maximum sebesar 50 A. Dari data spesifikasi

tersebut, diketahui tegangan maximum dan arus maximum yang mampu

dikeluarkan pada masing-masing array dengan menggunakan persamaan

berikut ini:

41

a. Seri

Vmax = Jumlah panel x Vmax.panel

= 4 x 32,45 V

Vmax = 129,8 V

b. Parallel

Imax = Jumlah panel x Imax.panel

= 6 x 9,09 A

Imax = 54,54 A

Pada perencanaan ini, untuk menentukan jumlah panel yang dipasang

secara seri dan parallel maka, tegangan serta arus pada komponen panel

harus sama dengan tegangan dan arus pada komponen SCC, ataupun

tegangan serta arus pada SCC lebih besar dari tegangan serta arus pada

panel/modul. Sehingga, dalam 1 array pada perencanaan ini jumlah panel

yang dirangkai secara seri sebanyak 3 panel/modul dan 5 panel/modul

dirangkai secara parallel.

Jumlah panel/modul yang digunakan pada perencanaan ini sebanyak 56

buah. Untuk memenuhi jumlah pemasangan panel yang dirangkai seri dan

parallel, perlu penambahan sebanyak 4 buah. Sehingga, pada

perencanaan ini, digunakan panel/modul sebanyak 60 buah yang dalam 1

array dirangkai secara seri sebanyak 3 buah serta 5 buah dirangkai

secara parallel. Dengan demikian, dibutuhkan 4 array dan jumlah SCC

yang digunakan yaitu sebanyak 4.

3. Menentukan Battery Capacity

Berdasarkan dari perhitungan sebelumnya, dihasilkan jumlah energi

sebesar 89,36 kWh. Sehingga kapasitas battery yang digunakan sebesar

1000 Ah dan kapasitas battery yang digunakan hanya sebesar 80% dari

42

kapasitas battery secara keseluruhan. Berikut ini persamaan 3.12 yang

digunakan untuk menentukan kapasitas battery:

C = 𝐸𝑑 𝑥 𝐴𝐷

𝑉𝑠 𝑋 𝐷𝑜𝐷 𝑋 𝜂 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖

= (89,36 𝑥 1000)𝑊ℎ 𝑥 2

48 𝑉 𝑋 0,8 𝑋 0,85

C = 5.475 Ah

Berdasarkan jumlah kapasitas baterai yang dihasilkan dari perhitungan

diatas sebesar 5.475 Ah, maka dapat diketahui jumlah baterai yang

digunakan untuk perencanaan ini dengan menggunakan persamaan

3.13 berikut:

Jumlah baterai =Kapasitas baterai

Daya baterai

=5.475 Ah

1000 Ah

Jumlah baterai = 5.475

Jumlah baterai ≈ 6 Battery (paralel)

Jumlah baterai =48 V

12 V

= 4 Battery (seri)

Sehingga pada perencanaan ini digunakan 6 baterai yang disusun secara

paralel dan 4 disusun secara seri. Sehingga dibutuhkan 24 baterai pada

perencanaan PLTS ini.

4. Menentukan Inverter Capacity

Daya outputan = Jumlah panel x daya panel

= 60 x 295 W

Daya outputan = 17.700 W

Untuk pemakaian inverter disesuaikan dengan daya outputan dari PLTS yaitu

sebesar 17.700 W, tegangan keluaran dari SCC dan panel surya sebesar 48 V.

Untuk pemilihan inverter digunakan Inverter dengan tegangan input 48 V dan

daya 20.000 W, penentuan inverter yang digunakan yaitu disesuaikan dengan

43

daya keluaran dari PLTS yaitu sebesar 17.700 W, sehingga digunakan 1 (satu)

buah inverter dalam perencanaan penelitian ini. Dengan tingkat effisiensi

sebesar 98%.

Gambar 4. 1 Diagram Blok Perencanaan PLTS

5. Menghitung daya keluaran PLTS

Karena semua komponen sistem yang dipergunakan masih dalam

keadaan baru, sehingga losses atau rugi-rugi pada daya di sistem PLTS

diasumsikan 15% (Bien, Kasim, & Wibowo, 2008:41 pada bukunya Mark

Hankins, 1991: 68). Olehkarena itu, berikut ini persamaan 3.15 untuk

menghasilkan daya keluaran PLTS yang dimana besar energi dari panel

surya di kurangi dengan besar losses:

60 panel surya X 295 W = 17.700 W

Dengan losses 15%, maka dihasilkan:

𝑃𝑖 = 17.700 W 𝑥 (100% − 15%)

𝑃𝑖 = 17.700 W 𝑥 (85%)

𝑃𝑖 = 15.045 W

𝑃𝑖 = 15,045 kW

44

Berdasarkan kapasitas panel pada persamaan diatas dengan

pengurangan losses yang dihasilkan sebesar 15,045 kW. Selanjutnya

dilakukan analisa energi yang dihasilkan pada panel surya berhubungan

dengan data radiasi matahari yang terendah serta tertinggi. JIka data

radiasi matahari yang digunakan yaitu radiasi matahari terendah sebesar

4,27 maka, berikut ini persamaan 3.16 untuk menghitung energi yang

dihasilkan panel:

Pout = Pi x Radiasi matahari minimum

Pout = 15,045 kW x 4,27

Pout = 64,24 kWh

Untuk data radiasi matahari tertinggi sebesar 6,91, maka maka berikut ini

persamaan 3.17 untuk menghitung energi yang dihasilkan panel:

Pout = Pi x Radiasi matahari maximum

Pout = 15,045 kW x 6,91

Pout = 103,961 kWh

Apabila dihitung rata-rata energi yang dihasilkan tiap tahunnya maka

data radiasi yang digunakan adalah radiasi rata-rata yang biasa disebut

“peak solar hour” (PSH), dan nilainya 5,59 h. Digunakan persamaan 3.18:

P out = Pi x PSH

P out = 15,045 kW x 5,59 h

P out = 84,10155 kWh

Berikut ini persamaan 3.19 yang dgunakan untuk menentukan E yield:

Yield Energy = Energi keluaran x 365 hari

Yield Energy = 84,10155 kWh x 365 hari = 30697,07 kWh/tahun

Perbulan = 84,10155 kWh x 30 hari = 2523,047 kWh/bulan

Tabel 4. 1 Hasil Perhitungan Yield Energi dan Radiasi Matahari

45

Radiasi

Matahari

Terendah

(kWh)

Radiasi

Matahari

Tertinggi

(kWh)

Rata-rata

Radiasi

Matahari

(kWh)

Yield Energy

(kWh/Tahun)

Yield Energy

(kWh/Bulan)

64,24 103,961 84,10155 30.697,07 2.523,047

6. Menentukan Performance Ratio (PR)

Ukuran suatu kualitas sistem dilihat dari energi tahunan yang dihasilkan

disebut Perfomance Ratio (PR). Jika suatu sistem nilai Performance Ratio

(PR) berkisar pada 70-90%, maka sistem itu bisa dikatakan layak (Arum,

2019). Nilai PR dari sistem PLTS dapat dicari dengan menggunakan

persamaan 3.20 berikut ini:

Htilt = PSH x 365

= 5,59 kWh/m2 x 365

Htilt = 2040,35 kWh/m2/Tahun

E ideal = P array x jumlah modul x Htilt

= 295 W x 60 x 2040,35 kWh/m2/Tahun

E ideal = 36.114,195 kWh/m2/Tahun

Sehingga, performance ratio digunakaan persamaan 3.21:

PR =Eyield

Eideal x 100%

PR =30.697,07

36.114,195 x 100%

PR = 0,85 x 100%

PR = 85 %

Berdasarkan dari hasil perhitungan PR sebesar 85%, maka sistem PLTS

yang direncanakan ini dapat dikatakan layak untuk beroperasi.

7. Menghitung Investasi Awal

46

Dalam perencanaan PLTS ini, perlu pula diperhatikan dari sisi

ekonominya untuk membatasi pengeluaran yang berlebihan. Berikut ini

estimasi biaya untuk biaya komponen dan biaya yang lain-lain:

Tabel 4. 2 Table biaya investasi awal

No.

Nama Komponen Jumlah Satuan Harga (€) Total Harga (€)

1 ENF Solar Panel Capacity 295 Wp

60 Pcs 43.53 /Pcs 2661.8

2 Huawei Inverter 1 Pcs 1660.09 /Pcs

1660.09

3 Sankelux MPPT Solar

Controller 4 Pcs 295.32

/Pcs 1181.28

4 Battery LiFePO4 24 Pcs 2336.43 /Pcs

56074.32

5 Biaya pemasangan - - 290.61 - 290.61

8 Biaya lain-lain - - 290.61 - 290.61

Total (€) 62.158,71

Total (Rp) 1.098.082.205,96

8. Analisa Ekonomi terhadap PLTS

a) Biaya Operasional (M) dan Pemeliharaan

Untuk biaya operasional (M) dan pemeliharaan PLTS ini akan

ditentukan yaitu 1% dari biaya total biaya modal awal. Hal tersebut

ditetapkan karena dilihat dari keadaan geografis di Indonesia yang

memiliki dua musim yaitu, musim hujan serta musim kemarau .

Adapun biasa operasional dan pemeliharaan per tahun ialah:

Biaya operasional dan pemeliharaan

M = 1% x Biaya investasi awal (4.1)

M = 1% x € 62.158,71

M = € 621,5871 per Tahun

M = Rp. 10.980.822,06,- per Tahun

b) Menghitung LCC ( Life Cycle Cost ) PLTS

47

Total biaya sistem PLTS meliputi investasi awal (C), operasi jangka

panjang, pemeliharaan dan penggantian komponen (Mpw). Dalam

studi ini diasumsikan PLTS yang akan dibangun dapat digunakan

selama 25 tahun. Kemudian, pada penelitian ini juga digunakan

besarnya tingkat suku bunga (i) untuk perhitungan nilai sekarang,

dimana tingkat suku bunga yang digunakan ialah 4.5%. Penentuan

tingat suku bunga ini ditetapkan berdasarkan tingkat suku bunga dari

Bank Indonesis tahun 2020 sebesar 4.5% (BI, 2020).

Present Value untuk biaya operasional serta pemeliharaan untuk PLTS

selama 25 tahun umur proyek ialah:

P = M [(1+𝑖)𝑛−1

𝑖(1+𝑖)𝑛 ] (4.2)

P = Rp. 10.980.822,06 [(1+0.045)25−1

0.045(1+0.045)25]

P = Rp. 162.825.924,1

Berikut ini adalah life cycle cost (LCC) dari sistem PLTS yang akan

dibangun selama 25 tahun umur proyek:

LCC = C + Mpw

= Rp. 1.065.586.683.61,- + Rp. 162.825.924,1 ,-

LCC = Rp. 1.228.412.608,-

c) Menghitung Cost of Energy (CoE) PLTS

Faktor pemulihan modal (CRF), Life Cycle Cost (LCC) serta produksi

kWh tahunan dibutuhkan untuk menghitung CoE. CRF dihitung

dengan mengubah semua arus kas LCC menjadi biaya tahunan yang

dihitung dengan menggunakan rumus dibawah ini:

CRF =i(1+i)n

(1+i)n−1 (4.3)

CRF =0.045(1+0.045)25

(1+0.045)25−1

CRF = 0.0674

Produksi kWh Tahunan = kWh produksi harian x 365 (4.4)

= 89.36 kWh x 365

48

= 32.616 kWh

Kemudian, setelah didapatkan hasil CRF, LCC serta kWh/tahun, maka

berikut ini nilai CoE yang dihasilkan dengan menggunakan rumus

berikut ini:

CoE =LCCxCRF

Produksi kWh Tahunan (4.5)

CoE =Rp.1.228.412.608 x 0.0674

32.616 𝑘𝑊ℎ

CoE = Rp. 2.538,-/ kWh

d) Analisa Kelayakan Investasi

Penentuan layaknya suatu investasi pada sistem PLTS ini didasarkan

pada hasil perhitungan beberapa metode dari ekonomi teknik. Oleh

karena itu, untuk menghitung layaknya investasi PLTS ini digunakan

biaya energi/kWh berdasarkan dari hasil perhitungan CoE sebesar

Rp. 2529,-/ kWh. Dengan hasil perhitungan CoE yang didapatkan dan

produksi tahunan kWh yaitu 32.616 kWh, maka arus kas masuk

tahunannya sebesar Rp. 82.779.408.

e) Menghitung Payback Period (PP)

Biaya total investasi awal yang dibutuhkan pada perencanaan PLTS ini

ialah Rp. 1.098.082.205,96-, kemudian total pendapatan tahunan ialah

Rp. 10.980.822,06 -, sehingga jangka waktu pengembalian investasi

dengan digunakan metode PP bisa dihitung dengan menggunakan

rumus berikut ini:

Pendapatan Tahunan = Arus kas masuk tahunan − Arus kas keluar tahunan

Pendapatan Tahunan = Rp. 82.779.408 − Rp. 10.980.822,06

Pendapatan Tahunan = Rp. 71.798.585,94, −

Berikut ini persamaan untuk dihasilkan PP untuk perencanaan PLTS

yang akan dibangun:

PP =Investasi

Pendapatan tahunan

PP =Rp.1.098.082.205,96

Rp.71.798.585,94

49

PP = 15.3

PP = 15 Tahun 3 Bulan

Berdasarkan dari hasil perhitungan Payback Periode (PP) diatas,

maka bisa disimpulkan bahwa untuk penggunaan PLTS sebagai

sumber energi alternatif listrik pada gedung perkantoran Dinas

Pendidikan Kabupaten Gowa ialah layak. Dikatakan layak karena PP

yang dihasilkan menandakan waktu yang lebih cepat daripada periode

umur proyek yang ditetapkan selama 25 tahun.

50

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Untuk membangun PLTS pada gedung perkantoran Dinas Pendidikan

Kabupaten Gowa dibuat dengan cara menghitung lama waktu pemakaian

beban sehingga besar daya yang dibangkitkan agar sumber energi listrik

bisa bekerja dengan baik menggunakan PLTS ialah sebesar 89,36 kWh.

2. Dalam menentukan kapasitas PLTS dilihat berdasarkan beban pemakaian

serta PV Area pada Gedung Perkantoran, dimana hasil PV area ialah

91,96 m2 yang membutuhkan 60 buah panel, dengan capacity 1 buah modul

yaitu 295 Wp, dengan jenis modul Monocrystalline. Panel yang dipasang

dengan 4 array dengan total 60 panel surya yang dirangkai 3 seri dan 5

paralel, 1 unit inverter dengan kapasitas 20.000 W, baterai 24 buah dengan

kapasitas 12 V 1.000 Ah serta 4 unit Solar Charge Controller.

3. Performance Ratio (PR) ialah landasan untuk menentukan PLTS layak atau

tidak dibangun. Dari hasil perhitungan Performance Ratio yang dihasilkan

dari PLTS ialah 85%. Dengan hasil yang didapatkan tersebut, maka PLTS

ini layak untuk dibangun.

4. Biaya investasi awal untuk PLTS ini, berdasarkan hasil perhitungan yang

didapat ialah Rp. 1.098.082.205,96.

5.2 Saran

Adapun saran-saran yang perlu diperhatikan pada penelitian selanjutnya

ialah :

1. Melakukan penelitian dengan tujuan untuk mendukung kesempurnaan data

penulisan.

2. Penelitian selanjutnya disarankan untuk melakukan penelitian penggunaan

sistem PLTS pada beberapa gedung perkantoran khususnya di Kabupaten

Gowa, Sulawesi Selatan.

3. Untuk penelitian ini digunakan panel surya dengan tipe Monocristalline dan

untuk penelitian selanjutnya disarankan untuk menggunakan tipe panel

surya yang lainnya kemudian membandingkan tingkat effisiensinya.

51

DAFTAR PUSTAKA

Arum, A. D. (2019). PERENCANAAN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

SURYA OFF-GRID PADA GEDUNG PERKANTORAN BKKBN WATAMPONE,

SULAWESI SELATAN. STT-PLN Jakarta, 4127.

Gifson, A., & Pambudi, M. P. (2020). Rancang bangun pembangkit listrik tenaga surya

(plts) on grid di ecopark ancol. 22(1), 23–33.

Hakim, M. F. (2017). Perancangan Rooftop Off Grid Solar Panel Pada Rumah Tinggal.

Jurnal Dinamika DotCom, 8(1), 1–11.

Julisman, A., Sara, I. D., & Siregar, R. H. (2017). Prototipe Pemanfaatan Panel Surya

Sebagai Sumber Energi Pada Sistem Otomasi Stadion Bola. Karya Ilmiah Teknik

Elektro, 2(1), 35–42.

Masail, B. (2017). FIKIH ENERGI TERBARUKAN Pandangan dan Respons Islam atas

Pembangkit Listrik Tenaga Surya ( PLTS ).

Merliani Lestari Sapan. (2019). PERANCANGAN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK

TENAGA SURYA UNTUK PEMBUATAN ES BALOK DENGAN KAPASITAS 2 TON

PERHARI.

Mt, R. F., Sarjana, P. S., & Elektro, T. (2019). PERANCANGAN SISTEM PEMBANGKIT

LISTRIK TENAGA SURYA OFF GRID 6 , 4 KWP UNTUK 1 UNIT RUMAH DI

PERUMAHAN VILLA MELATI PERMAI II.

Purwoto, B. H. (2018). Efisiensi Penggunaan Panel Surya Sebagai Sumber Energi

Alternatif. Emitor: Jurnal Teknik Elektro, 18(01), 10–14.

https://doi.org/10.23917/emitor.v18i01.6251

Safrizal. (2017). RANCANGAN PANEL SURYA SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK

Jurnal DISPROTEK. Journal Disprotek, 8(2), 75–81.

https://ejournal.unisnu.ac.id/JDPT/article/download/544/861

52

Sianipar, R. (2014). Dasar Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Surya. 11(2), 61–

78.

Tjok Gd, V. S. P. (2000). Analisa Unjuk Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Surya 15 KW

di Dusun Asah Teben Desa Datah Karangasem. Analisa Unjuk Kerja Pembangkit

Listrik Tenaga Surya 15 KW Di Dusun Asah Teben Desa Datah Karangasem, 3.

53

Lampiran

Lampiran- 1 Bimbingan Skripsi Pembimbing Akademik I

54

55

Lampiran- 2 Bimbingan Skripsi Pembimbing Akademik II

56

57

Lampiran- 3 Spesifikasi Komponen Panel Surya

58

Lampiran- 4 Spesifikasi Komponen SCC

59

Lampiran- 5 Spesifikasi Komponen Inverter

60

Lampiran- 6 Spesifikasi Komponen Baterai

61

Lampiran- 7 Lokasi Penelitian

62

Lampiran- 8 Kondisi Atap

63

DAFTAR RIWAYAT HIDUP