skripsi studi perencanaan pembangkit listrik tenaga …

SKRIPSI

STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

PADA KOMPLEK PERUMAHAN ROYAL GARDENIA MEDAN

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi

Oleh

ROMARIO HUTAHAEAN

NIM : 120402054

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2018

Universitas Sumatera Utara

i

ABSTRAK

Sistem pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) sangat menjanjikan secara

khusus di kawasan Indonesia bagian Barat untuk dapat memenuhi kebutuhan

energi listrik yang tinggi bahkan sebagai energi alternatif guna mencukupi

konsumsi listrik pada perumahan. Penelitian ini membahas suatu perencanaan

PLTS berdasarkan kebutuhan energi listrik komplek perumahan Royal Gardenia,

Medan dengan mempertimbangkan sisi ekonomisnya. Salah satu hal terpenting

dalam metode penelitian ini adalah dengan melakukan pengujian panel surya

sebagai sampel untuk mengetahui potensi energi sel surya. Hasil penelitian

menunjukkan bahwa ada 60 rumah dengan dibagi ke dalam 3 tipe yaitu rumah

Gardenia 100, Royal 120, dan ruko dengan energi yang akan dihasilkan masing-

masing secara berturut-turut adalah 8,39 kWh, 12,083 kWh, dan 21,482 kWh.

Tingginya biaya investasi awal menyebabkan sistem PLTS membutuhkan waktu

yang relatif lama dalam rangka menutupi anggaran yang telah dikeluarkan untuk

membangunnya walaupun bisa disiasati dengan melakukan pembangunan secara

bertahap yaitu per bagian sesuai yang telah dikelompokkan sebelumnya. Kendati

demikian, dengan rata-rata intensitas cahaya matahari yang diperoleh dalam satu

hari sekitar 6,024 kWh/m2 tetap menjadikan PLTS salah satu pemanfaatan energi

terbarukan yang paling efektif dalam jangka panjang. Selain itu, setiap atap rumah

cukup menampung semua jumlah panel yang akan diterapkan sehingga tidak

memerlukan lahan khusus dan biaya yang jauh lebih besar. Hal itu membuat studi

kasus ini patut pertimbangkan.

Kata Kunci : PLTS, energi listrik, panel surya, intensitas cahaya


ii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan sehingga penulis dapat menyelesaikan

skripsi ini dengan judul “STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT

LISTRIK TENAGA SURYA PADA KOMPLEK PERUMAHAN ROYAL

GARDENIA MEDAN”. Skripsi ini merupakan bagian dari kurikulum yang

harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan

Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas

Sumatera Utara.

Selama menjalani pendidikan di kampus hingga menyelesaikan skripsi ini,

penulis banyak menerima bantuan, bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak.

Untuk itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada:

1. Firman Hutahaean dan Renti Siagian sebagai orang tua saya

2. Seluruh keluarga saya yaitu namboru, abang, kakak, adik yang selalu

memberikan semangat, motivasi dan doa.

3. Bapak Ir.Surya Tarmizi Kasim,M.Si sebagai Dosen Pembimbing skripsi

4. Seluruh Dosen dan Pegawai Departemen Teknik Elektro

5. Seluruh teman yang telah membantu dalam pengerjaan skripsi ini

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena

itu, penulis mengharapkan saran dari pembaca untuk perbaikan. Akhir kata,

semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, 23 Oktober 2017

Penulis,

Romario Hutahaean


iii

DAFTAR ISI

ABSTRAK ....................................................................................................... i

KATA PENGANTAR ..................................................................................... ii

DAFTAR ISI .................................................................................................... iii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... iv

DAFTAR TABEL ............................................................................................ v

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

1.1 Latar Belakang ................................................................................ 2

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ............................................................................. 2

1.4 Tujuan Penulisan ............................................................................ 2

1.5 Manfaat Penelitian .......................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................... 4

2.1 Energi Matahari ............................................................................ 4

2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Surya ................................................ 7

2.2.1 Sistem PLTS ....................................................................... 7

2.2.2 Perhitungan jumlah Energi PLTS ....................................... 9

2.3 Panel Surya .................................................................................. 12

2.3.1 Prinsip Kerja Panel Surya .................................................. 14

2.3.2 Komponen Panel Surya ...................................................... 17

2.3.3 Jenis – Jenis Panel Surya .................................................... 20

2.3.4 Faktor Pengoperasian Panel Surya ..................................... 22

BAB III METODE PENELITIAN ................................................................... 24

3.1 Tempat dan Waktu ...................................................................... 24

3.2 Bahan dan Peralatan .................................................................... 24

3.3 Variabel yang Diamati ................................................................. 26

3.4 Prosedur Penelitian ...................................................................... 27

3.5 Pelaksanaan Penelitian ................................................................ 28

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 29

4.1 Perumahan Royal Gardenia Medan .............................................. 29

4.1.1 Profil Perumahan Royal Gardenia Medan ......................... 29

4.1.2 Sistem Kelistrikan Perumahan Royal Gardenia Medan ...... 32


iv

4.2 Rancangan Pemasangan PLTS .................................................... 34

4.2.1 Perhitungan Rencana Area dan Jumlah Array PLTS ......... 34

4.2.2 Perhitungan Energi PLTS ................................................... 41

4.3 Sistem PLTS pada komplek perumahan Royal Gardenia, Medan... 42

4.4 Pengolahan Data Biaya Sistem PLTS ......................................... 45

4.4.1 Investasi Awal Sistem PLTS .............................................. 45

4.4.2 Hasil Pendapatan dari Energi yang Dihasilkan PLTS ........ 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 47

5.1 Kesimpulan .................................................................................. 47

5.2 Saran ............................................................................................ 48

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 49


v

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sumber Energi Terbarukan pada Kapasitas Kelistrikan Dunia ...... 4

Gambar 2.2 Komponen Radiasi Matahari ......................................................... 5

Gambar 2.3 Pyranometer ................................................................................... 5

Gambar 2.4 Sistem PLTS .................................................................................. 8

Gambar 2.5 Konfigurasi Panel Surya ................................................................ 11

Gambar 2.6 Kondisi Struktur Silikon dan Konduktivitas Intrinsik Elektron .... 15

Gambar 2.7 Konduksi Ekstrinsik di Dalam Silikon dengan Doping p dan n .... 15

Gambar 2.8 Daerah Ruang Muatan Sambungan Panel ..................................... 16

Gambar 3.1 Peralatan Penelitian ....................................................................... 24

Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian ................................................................ 27

Gambar 4.1 Layout Komplek Perumahan Royal Gardenia Medan .................. 29

Gambar 4.2 Tipe Rumah Gardenia 100 ............................................................ 30

Gambar 4.3 Tipe Rumah Royal 120 ................................................................. 31

Gambar 4.4 Tipe Ruko ..................................................................................... 31

Gambar 4.5 Konfigurasi Panel Surya pada Tipe Rumah Gardenia 100 ............ 38

Gambar 4.6 Konfigurasi Panel Surya pada Tipe Rumah Royal 120 ................. 38

Gambar 4.7 Konfigurasi Panel Surya pada Tipe Ruko .................................... 38

Gambar 4.8 Blok diagram sistem PLTS pada komplek perumahan Royal Gardenia

Medan ................................................................................................................. 44 .


vi

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Spesifikasi Panel Surya Material Silikon ....................................... 25

Tabel 3.2 Spesifikasi Baterai ......................................................................... 25

Tabel 3.3 Spesifikasi Inverter ........................................................................ 25

Tabel 3.4 Spesifikasi Controller ...................................................................... 26

Tabel 4.1 Rata-rata pemakaian energi listrik tipe rumah Gardenia 100 per hari . 33

Tabel 4.2 Rata-rata pemakaian energi listrik tipe rumah Royal 120 per hari ... 33

Tabel 4.3 Rata-rata pemakaian energi listrik tipe ruko ...................................... 34

Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Panel Surya Senin 24 Juli 2017 ..................... 35

Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian Panel Surya Selasa 25 Juli 2017 .................... 35

Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Panel Surya Rabu 26 Juli 2017 ...................... 36

Tabel 4.7 Data Hasil Pengujian Panel Surya Kamis 27 Juli 2017 .................... 37

Tabel 4.8 Data Hasil Pengujian Panel Surya Jumat 27 Juli 2017 .................... 37

Tabel 4.9 Harga Komponen Sistem PLTS ...................................................... 45


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kelistrikan di rumah tinggal rata-rata disuplai oleh PLN, agar kelistrikan

di rumah tinggal dapat mempunyai listrik mandiri dibutuhkan suplai pembangkit

energi terbarukan sebagai energi alternatif untuk membantu pasokan listrik.

Pembangkit energi terbarukan yang cocok dengan keadaan geografis Indonesia

adalah pembangkit listrik tenaga surya (PLTS). Potensi pengembangan PLTS di

Indonesia sangat menjanjikan dilihat dari letak geografis Indonesia yang berada

pada garis khatulistiwa[1]. Skema pembangkit listrik terbarukan digunakan untuk

membantu sistem kelistrikan di rumah tinggal yaitu dengan cara membangun

sistem PLTS untuk mengurangi penggunaan listrik produksi PLN di rumah

tinggal.

Tenaga surya atau panel surya merupakan salah satu sumber yang cukup

menjanjikan di Indonesia. Saat ini efisiensi modul sel surya komersial berkisar

antara 5% - 20% tergantung material penyusunnya. Selain itu, berdasarkan data

penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, radiasi surya

dapat diklasifikasikan berturut-turut sebagai berikut: untuk kawasan Barat dan

Timur Indonesia dengan distribusi penyinaran sekitar 6,5 kWh/m2 setiap hari

dengan variasi bulanan sekitar 9%.

Salah satu pemanfaatan sistem energi sel surya yang dapat digunakan

adalah sistem individual sel surya di rumah. Sistem ini juga sering disebut dengan

istilah Solar Home System. Aplikasi sel surya jenis ini dapat menghasilkan energi

listrik dari cahaya matahari untuk konsumsi listrik sendiri. Solar home system

(SHS) adalah sistem PLTS mandiri yang dapat dikombinasikan dengan sumber

backup cadangan seperti PLN/genset dengan sistem switching sederhana sampai

otomatis[2]. Solar home system kemudian dikembangkan untuk kapasitas yang

lebih besar lagi contohnya pada beberapa perumahan dan suatu kawasan pedesaan

terpencil tertentu bahkan juga bisa diterapkan pada wilayah komplek perumahan

di daerah perkotaan.


2

Kebutuhan listrik yang tinggi pada wilayah perumahan di daerah

perkotaan menjadi alasan penulis memilih objek penelitian perumahan Royal

Gardenia yang beralamat di Jalan Jamin Ginting Simpang Simalingkar, Medan

sebagai tempat rencana pemasangan PLTS. Selain dari itu, perumahan ini juga

masih tergolong baru dan masih banyak rumah yang belum dihuni sehingga

kemungkinan membangun PLTS dapat ditawarkan kepada pelanggan atau pemilik

perumahan. Dalam penelitian ini tidak memerlukan lahan khusus untuk tempat

pembangkitannya karena langsung diletakkan pada atap-atap rumah.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa

permasalahan antara lain:

1. Bagaimana konsep perencanaan PLTS untuk melayani kebutuhan

listrik komplek perumahan.

2. Apakah PLTS cocok diterapkan pada komplek perumahan di daerah

perkotaan.

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan pada skripsi ini adalah:

1. Menentukan sistem dan kapasitas panel surya yang akan diaplikasikan

di komplek perumahan.

2. Mengetahui analisis keekonomian dari sebuah perencanaan PLTS.

1.4 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dalam penulisan skripsi ini adalah sebagai

berikut :

1. Penelitian dilakukan pada komplek perumahan Royal Gardenia,

Medan Sumatera Utara.

2. Penelitian dilakukan di gedung Departemen Teknik Elektro USU

lantai 4 dengan data intensitas cahaya yang diambil dari pengukuran

setiap 5 menit dalam kurun waktu 2 jam selama 5 hari.

3. Panel surya yang digunakan dengan materi sel penyusun bahan


3

semikonduktor silikon.

4. Perencanaan hanya mengacu pada pemenuhan kebutuhan listrik

komplek perumahan Royal Gardenia, Medan Sumatera Utara.

5. Tidak membahas biaya perawatan dan biaya operasional pembangkit

listrik tenaga surya.

6. Tidak membahas secara mendetail perencanaan teknis pembangunan

pembangkit listrik tenaga surya termasuk sudut orientasi matahari

dan instalasi kabel-kabel dan peralatan listrik lainnya.

7. Penulis telah menentukan terlebih dahulu jenis panel surya yang akan

digunakan dan komponen utama lainnya seperti baterai, controller dan

inverter.

1.5 Manfaat Penelitian

Dari penulisan skripsi ini diharapkan sebagai referensi atau bahan acuan

pemanfaatan energi terbarukan terutama PLTS yang menjadi solusi efektif dan

efisien dalam rangka mengatasi kelangkaaan sumber daya energi listrik.


4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Energi Matahari

Indonesia memiliki intensitas energi matahari yang sangat besar. Hampir

di setiap pelosok Indonesia, matahari menyinari sepanjang pagi sampai sore.

Energi matahari yang dipancarkan dapat diubah menjadi energi listrik dengan

menggunakan panel surya. Matahari adalah salah satu contoh dari energi

terbarukan (renewable energy) dan merupakan salah satu energi yang penting

dalam kehidupan manusia.

Gambar 2.1 Sumber energi terbarukan pada kapasitas kelistrikan dunia 2011

Dalam Gambar 2.1 memperlihatkan jumlah energi dari matahari sebesar

1.4% dari total sumber energi terbarukan pada tahun 2011. Jumlah tertinggi yaitu

pada sumber energi dari air (hidro) sebesar 78%.Matahari menghasilkan energi

dalam bentuk radiasi. Energi dihasilkan dalam inti matahari melalui proses

perpaduan antara atom hidrogen dan helium[1]. Bagian dari massa hidrogen

dikonversi menjadi energi. Dengan kata lain, matahari adalah reaktor fusi nuklir

yang sangat besar dengan masa hidup (umur) sekitar 4,5 x 109 tahun.

Dengan kata lain, matahari adalah reaktor fusi nuklir yang sangat besar

dengan masa hidup (umur) sekitar 4,5 x 109 tahun. Karena matahari jauh dari

bumi, maka hanya sebagian kecil radiasi matahari yang sampai ke permukaan

bumi. Ada beberapa jenis radiasi matahari yaitu radiasi langsung (direct

radiation), radiasi tersebar (diffuse radiation), radiasi pantulan (albedo), dan

radiasi total (total radiation).


5

Gambar 2.2 Komponen radiasi matahari

Dalam Gambar 2.2 memperlihatkan tentang peristiwa radiasi dan jenis

radiasi matahari. Intensitas radiasi matahari dari atmosfer bumi tergantung pada

jarak antara matahari dan bumi. Dalam setahun variasi jarak ini antara 1,47 x 108

km dan 1,52 x 108 km. Sebagai hasilnya, fluktuasi intensitas radiasi matahari

antara 1325W/m2

dan 1412W/m2. Nilai rata-rata yang dibuat sebagai ketetapan

intensitas radiasi matahari yaitu 1367W/m2. Tingkat intensitas tersebut tidak

tercapai pada permukaan bumi. Atmosfer bumi mengurangi tingkat intensitas

tersebut melalui refleksi (pemantulan), penyerapan (oleh ozon, uap air,oksigen

dan karbon dioksida) dan penyebaran (disebabkan oleh molekul udara, partikel

debu atau polusi). Pada saat cuaca yang baik di tengah hari, tingkat intensitas

radiasi matahari dapat mencapai 1000 W/m2 pada permukaan bumi. Nilai tersebut

relatif tergantung pada lokasi.Tingkat intensitas radiasi matahari maksimum

terjadi pada saat cuaca berawan sebagian dan hari yang cerah.Radiasi matahari

secara langsung dapat diukur menggunakan Pyranometer.

Gambar 2.3 Pyranometer


6

Dalam Gambar 2.3 memperlihatkan bentuk alat ukur pyranometer.

Pyranometer adalah sensor dengan presisi tinggi yang digunakan untuk mengukur

radiasi matahari. Pada Pyranometer, terdapat pelat logam hitam sebagai

permukaan penyerap dan di bawahnya terdapat elemen panas dan logam putih.

Radiasi matahari adalah energi yang berasal dari proses thermonuklir yang terjadi

di matahari. Bila densitas energi diintegrasikan sepanjang seluruh panjang

gelombang, maka energi total yang dipancarkan sebanding dengan pangkat empat

suhu absolut atau sesuai dengan hukum Stefan-Boltzmann:

...............................(2.1)

Dimana G adalah energi yang diradiasikan persatuan waktu dan persatuan luas

(Watt/m2), dan adalah konstanta Stefan-Boltzmann yang nilainya ( ) = 5,669 x

10-8

W/m2.K

4. Penukaran panas netto secara radiasi termal adalah:

Watt..................(2.2)

Dimana adalah konstanta Stefan-Boltzmann yang nilainya ( ) = 5,669 x 10-8

W/m2.K

4. A adalah luas permukaan (m

2) dan T adalah temperatur derajat kelvin

pangkat empat (K4). Radiasi yang dipancarkan oleh permukaan matahari (Gs)

adalah sama dengan hasil perkalian konstanta Stefan-Boltzmann ( ) dengan

pangkat empat temperatur permukaan absolut (Ts4) dan dengan luas permukaan

(πds2) atau dengan persamaan:

Gs = πds2Ts

4 Watt.........................(2.3)

Dimana adalah konstanta Stefan-Boltzmann yang nilainya 5,67 x 10-8

W/(m2.K

4), Ts adalah temperatur permukaan dalam satuan Kelvin, dan ds adalah

diameter matahari dalam satuan meter. Pada radiasi ke semua arah, energi yang

diradiasikan mencapai luas permukaan bola dengan matahari sebagai titik

tengahnya. Jari-jari (R) sama dengan jarak rata-rata antara matahari dan bumi.


7

Luas permukaan bola adalah 4πR2, dan fluks radiasi pada satu satuan luas dari

permukaan bola tersebut yang dinamakan iradiansi, menjadi sebagai berikut:

G π

π ............................(2.4)

G

................................(2.5)

G

........(2.6)

2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Surya

2.2.1 Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Pembangkit listrik tenaga surya adalah ramah lingkungan, dan sangat

menjanjikan. Sebagai salah satu alternatif untuk menggantikan pembangkit listrik

menggunakan uap (dengan minyak dan batubara). Perkembangan teknologi dalam

membuat panel surya yang lebih baik dari tingkat efisiensi, pembuatan aki yang

tahan lama, pembuatan alat elektronik yang dapat menggunakan Direct Current,

adalah sangat menguntungkan dari segi pemanfaatan energi surya[2].

Kendati demikian sistem pembangkit listrik tenaga surya saat ini memiliki

kelebihan dan kekurangan dalam penggunaannya. Kelebihan penggunaan

listrik tenaga surya[3]:

a. Energi yang terbarukan/tidak pernah habis (berkelanjutan dan

diperbaharui terus menerus).

b. Bersih, ramah lingkungan.

c. Tidak membutuhkan bahan bakar/energi matahari relatif mudah

didapat dimana saja.

d. Umur panel surya investasi jangka panjang

e. Praktis, tidak memerlukan perawatan.

f. Sangat cocok untuk daerah tropis seperti Indonesia.


http://www.panelsurya.com/index.php/home/tenaga-surya

http://www.panelsurya.com/index.php/index.php/id/panel-surya-solar-cells/panel-surya-solar-cells-type

http://www.panelsurya.com/index.php/batere


8

Sedangkan kekurangannya adalah:

a. Harga pemasangan/pembuatan panel surya relatif mahal.

b. Pada malam hari atau saat radiasi matahari berkurang, panel surya

sedikit tidak berfungsi.

c. Membutuhkan perangkat tambahan dalam pemakaiannya.

Panel surya sebagai komponen penting pembangkit listrik tenaga surya,

mendapatkan tenaga listrik pada pagi sampai sore hari sepanjang ada sinar

matahari. Umumnya kita menghitung maksimun sinar matahari yang diubah

menjadi tenaga listrik sepanjang hari adalah 12 jam. Tenaga listrik pada pagi -

sore disimpan dalam baterai, sehingga listrik dapat digunakan pada malam hari,

dimana tanpa sinar matahari.

Karena pembangkit listrik tenaga surya sangat tergantung kepada sinar

matahari, maka perencanaan yang baik sangat diperlukan[4] . Perencanaan terdiri

dari:

a. Jumlah daya yang dibutuhkan dalam pemakaian sehari-hari (Watt).

b. Berapa besar daya yang dihasilkan panel surya (dalam Watt hour),

dalam hal ini memperhitungkan berapa jumlah panel surya yang harus

dipasang.

c. Berapa unit baterai yang diperlukan untuk kapasitas yang diinginkan

dan pertimbangan penggunaan tanpa sinar matahari. (Ampere hour).

Gambar 2.4 Sistem PLTS



http://www.panelsurya.com/index.php/batere



9

Dalam Gambar 2.4 menunjukkan bahwa sistem PLTS yang dirancang

beroperasi dengan menggabungkan jaringan listrik lainnya yaitu PLN dalam

memenuhi kebutuhan beban listrik pada suatu tempat. Maka dibutuhkan switching

untuk menghubungkan beban dengan PLTS atau memutuskannya ketika panel

surya sedang tidak beroperasi atau dengan kata lain energi matahari yang

dihasilkan sangat sedikit. Komponen yang paling berperan penting ialah inverter

yaitu untuk mengubah arus DC yang dihasilkan panel surya yang harus

disesuaikan dengan persyaratan jaringan listrik yang terhubung kepada sistem dan

juga beban-beban yang dilayani.

2.2.2 Perhitungan jumlah energi PLTS

Kapasitas energi listrik yang dihasilkan oleh sistem PLTS adalah

gabungan dari setiap komponen yang ada pada sistem tersebut. Daya maksimum

(wattpeak) yang dapat dibangkitkan oleh sebuah sistem PLTS dapat dihitung

dengan persamaan[3]:

PV Area.(2.7)

Keterangan:

= pemakaian energi (kWH/hari)

= intensitas cahaya matahari (kWH/m2

= efisiensi panel surya

= faktor koreksi suhu

= efisiensi keseluruhan sistem panel surya

(baterai,inverter,controller)

PV Area = area panel surya ( )

Suhu standar untuk panel surya dapat bekerja secara optimal berada pada

titik 25 . Jadi akan ada pengurangan daya yang dihasilkan saat suhu naik. Nilai

TCF atau nilai faktor perubahan temperatur dapat dihitung dari rumus-rumus

berikut:

TCF =

.................(2.8)


10

= Daya yang dihasilkan saat suhu naik dari

25 (W)

= Daya maksimum panel surya (W)

= - ( 0,5% / x x kenaikan suhu )

Efisiensi keseluruhan sistem panel surya diperoleh dari rumus:

= x x .........................................(2.9)

= efisiensi baterai

= efisiensi inverter

= efisiensi controller

Dari perhitungan PV area di atas, maka besar daya yang dibangkitkan

PLTS(wattpeak) dapat dihitung dengan rumus:

= PVArea x PSI x ........(2.10)

Keterangan:

= daya yang dibangkitkan (wattpeak)

= peak solar insolation(1000W/

Untuk memperoleh besar tegangan, arus dan daya yang sesuai dengan

kebutuhan, maka panel-panel surya tersebut harus dikombinasikan sedemikian

rupa dalam pemasangannya baik secara seri maupun secara paralel[4]. Adapun

ketenteuannya adalah sebagai berikut:

a. Untuk memperoleh tegangan yang keluar dari panel menjadi lebih

besar maka dua buah atau lebih panel surya harus dihubungkan secara

seri.

b. Untuk memperoleh arus yang keluar dari panel menjadi lebih besar

maka dua buah atau lebih panel surya harus dihubungkan secara

paralel.


11

c. Untuk memperoleh daya yang keluar dari panel menjadi lebih

maksimal dan dalam tegangan yang konstan maka panel-panel surya

harus dibungkan secara seri dan secara paralel.

Gambar 2.5 Konfigurasi panel surya

Dalam Gambar 2.5 diatas mengilustrasikan bahwa panel surya yang

diparalelkan mendapat arus yang lebih besar namun dengan kapasitas yang

berbeda satu sama lain,hanya saja level tegangan adalah sama, sebaliknya jika

diserikan akan mendapatkan tegangan yang jauh lebih besar namun arus keluaran

yang sama. Adapun kombinasi keduanya pada gambar menunjukkan penyusunan

yang ideal untuk memperoleh kapasitas yang lebih besar tanpa mengeluarkan

biaya. Tetapi sebagai catatan yang perlu diperhatikan yakni :

1. Tipe panel surya harus sama.

2. Sambungan kabel pastikan aman.

3. Pemasangan dioda jangan terbalik dan usahakan dekat dengan panel.

4. Gunakan terminal sambungan untuk mendapatkan hasil yang lebih

maksimal.

.


12

2.3 Panel Surya

Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya

matahari menjadi listrik. Matahari merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat

dimanfaatkan. Panel surya sering kali disebut sel fotovoltaik. Sel surya atau sel

PV bergantung pada efek fotovoltaik untuk menyerap energi matahari dan

menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang berlawanan. Panel

surya merupakan alat yang sangat penting dalam pembangkit listrik tenaga surya,

yang berfungsi untuk mengubah energi surya (matahari) menjadi energi listrik.

Dalam sebuah panel surya ini ada sel surya yang mempunyai peranan penting

dalam panel surya untuk memaksimalkan cahaya matahari.

Berikut adalah beberapa keunggulan dan kelemahan menggunakan panel

surya yang perlu diketahui[5]:

Keunggulan Panel Surya:

- Panel surya ramah lingkungan dan tidak memberikan kontribusi

terhadap perubahan iklim seperti pada kasus penggunaan bahan bakar

fosil karena panel surya tidak memancarkan gas rumah kaca yang

berbahaya seperti karbon dioksida.

- Panel surya memanfaatkan energi matahari sebagai bentuk energi

paling berlimpah yang tersedia di planet bumi.

- Panel surya mudah dipasang dan memiliki biaya pemeliharaan yang

sangat rendah karena tidak ada bagian yang bergerak.

- Panel surya tidak memberikan kontribusi terhadap polusi suara dan

bekerja dengan sangat diam.

- Tidak diharuskan membeli semua panel surya yang diperlukan dalam

waktu yang sama, tetapi dapat dibeli secara bertahap yang berarti

tidak perlu melakukan investasi besar secara instan.

- Panel surya tidak kehilangan banyak efisiensi dalam masa pakai

mereka yang mencapai 20 tahun. Masa pakai relatif lama yakni

mencapai 25-30 tahun, akan menghemat biaya energi dalam jangka

panjang.


https://id.wikipedia.org/wiki/Sel_surya

https://id.wikipedia.org/wiki/Cahaya

https://id.wikipedia.org/wiki/Listrik

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sel_photovoltaic&action=edit&redlink=1

13

Kelemahan Panel Surya:

- Panel surya masih relatif mahal, bahkan meskipun setelah banyak

mengalami penurunan harga.

- Panel surya masih perlu meningkatkan efisiensi secara signifikan

karena banyak sinar matahari terbuang sia-sia dan berubah menjadi

panas. Rata-rata panel surya saat ini mencapai efisiensi kurang dari

20%. Jika tidak terpasang dengan baik dapat terjadi over-

heating pada panel surya.

- Panel surya terbuat dari beberapa bahan yang tidak ramah lingkungan.

Daur ulang panel surya yang tak terpakai lagi dapat menyebabkan

kerusakan lingkungan jika tidak dilakukan dengan hati-hati.

Kendala yang dihadapi dalam pengembangan panel surya di indonesia

adalah ketersediaan teknologi untuk produksi. Indonesia masih baru memiliki

industri perakitan sel surya. Bahan baku yang dibutuhkan masih impor dari

negara-negara lain sehingga harga sel surya di Indonesia masih cenderung mahal.

Namun melihat dari sisi sumber energi matahari yang berlimpah sebagai negara

khatulistiwa, sel surya juga merupakan sumber energi alternatif yang ramah

lingkungan dan tahan lama[6]. Umur sel surya yang dapat diaplikasikan saat ini

berkisar di angka 25 tahun.

Selain itu, berdasarkan data penyinaran yag dihimpun dari 18 lokasi di

Indonesia, radiasi surya di Indonesia dapat diklasifikasikan berturut-turut sebagai

berikut: untuk kawasan barat dan timur Indonesia dengan distribusi penyinaran di

Kawasan Barat Indonesia(KBI) sekitar 6,5 kWh/m kuadrat seiap hari dengan

variasi bulanan sekitar 10%, dan Kawasan Timur Indonesia (KTI) sekitar

7,1kwh/m2 setip hari dengan variasi bulanan sekitar 9%. Karena alasan inilah

maka Indonesia memiliki potensi energi surya yang cukup besar.

2.3.1 Prinsip kerja panel surya

Sel surya atau juga sering diebut fotovoltaik adalah peralatan yang mampu

mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya memiliki peran

utama untuk memaksimalkan potensi yang sangat besar energi matahari yang


14

sampai ke bumi, walaupun selain dipergunakan melalui radiasinya juga dapat

dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar termal.

Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction,yaitu

junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari

ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar.

Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron(muatan negatif) sedangkan

semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole(muatan positif) dalam struktur

atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan

mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan

material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk

mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom posfor. Ilustrasi

di bawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Peran dari p-

n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron dan hole

bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik.

Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan

elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk

kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada

semikonduktor tipe-p. Akibat dari elektron dan hole ini maka terbentuk medan

listrik ketika cahaya matahari mengenai susunan sambungan p-n maka akan

mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang

selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik dan sebaliknya hole bergerak menuju

kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar di

bawah.

Gambar 2.6 kondisi struktur kristal silikon dan konduktivitas intrinsik elektron


15

Konduktivitas intrinsik tidak dapat digunakan untuk menghasilkan listrik.

Agar material silikon dapat digunakan untuk menghasilkan energi, pengotoran

(doping) sengaja dilakukan ke dalam kisi kristal[7]. Ini dikenal sebagai atom

doping. Atom-atom ini memiliki satu elektron lebih (fosfor) atau satu elektron

kurang (boron) dari silikon di kulit elektron terluarnya. Dengan demikian, atom

doping menghasilkan 'atom pengotor' dalam kisi kristal.

Gambar 2.7 Konduksi ekstrinsik di dalam silikon dengan doping p dan n

Dalam Gambar 2.11 memperlihatkan konduksi ekstrinsik di dalam silikon

dengan doping p dan n. Pada kondisi fosfor sebagai doping n, maka ada kelebihan

elektron untuk setiap atom fosfor di kisi. Elektron ini dapat bergerak dengan

bebas di dalam kristal dan oleh karena itu mengangkut muatan listrik. Dengan

boron sebagai doping p, maka ada lubang (ikatan elektron yang hilang) untuk

setiap atom boron dalam kisi. Elektron dari atom silikon tetangga (terdekat) dapat

mengisi lubang ini, menciptakan sebuah lubang (hole) baru di tempat lain. Metode

konduksi berdasarkan atom doping dikenal sebagai konduksi pengotor atau

konduksi ekstrinsik. Dengan mempertimbangkan material doping p atau n,

muatan bebas tidak memiliki arah yang untuk pergerakan mereka.

Jika lapisan semikonduktor dengan doping p dan n dibawa bersama,

sebuah sambungan p-n (positif-negatif) terbentuk. Pada sambungan (junction) ini,

elektron yang berlebih dari semikonduktor n berdifusi ke dalam lapisan

semikonduktor p. Hal ini menciptakan suatu daerah dengan beberapa pembawa

muatan bebas. Wilayah ini dikenal sebagai daerah muatan ruang. Atom doping

bermuatan positif tetap di wilayah n dan atom doping bermuatan negatif tetap di


16

wilayah p dalam periode transisi. Medan listrik yang diciptakan berlawanan

dengan gerakan pembawa muatan, akibatnya difusi tidak berlanjut terus menerus.

Gambar 2.8 Daerah ruang muatan sambungan p-n

Dalam Gambar 2.12 memperlihatkan bentuk daerah ruang muatan pada

sambungan p-n. Jika semikonduktor p-n (sel surya) terkena cahaya, foton diserap

oleh elektron. Energi yang masuk tersebut memecah ikatan elektron sehingga

elektron yang terlepas ditarik melalui medan listrik ke wilayah n. Lubang yang

terbentuk bermigrasi dalam arah yang berlawanan ke wilayah p. Proses ini secara

keseluruhan disebut efek fotovoltaik. Penyebaran pembawa muatan ke kontak

listrik menyebabkan tegangan timbul pada sel surya. Pada keadaan tanpa beban,

tegangan rangkaian terbuka (Voc) timbul pada sel surya. Jika rangkaian listrik

tertutup, maka arus listrik akan mengalir.

2.3.2 Komponen panel surya

Untuk dapat mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik diperlukan

suatu alat atau beberapa alat yang disebut komponen. Komponen-komponen ini

sangat berbeda dengan yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik pada

pembangkit tenaga listrik pada umumnya. Komponen listrik tenaga surya ini

membentuk satu kesatuan yang terorganisasi sedemikian rupa sehingga dapat

bekerja secara maksimal[9]. Satu saja komponen tersebut rusak atau tidak dapat

digunakan, maka proses perubahan energi cahaya menjadi energi listrik dapat

terganggu. Berikut ini adalah komponen-komponen utama dari panel surya:


17

1. Panel Sel Surya

Komponen utama sistem surya PV adalah panel surya yang

merupakan unit rakitan beberapa sel surya PV. Energi matahari itu dapat

berubah menjadi arus listrik searah yaitu dengan menggunakan silikon

yang tipis. Sel surya tersusun dari dua lapisan semikonduktor dengan

muatan yang berbeda. Lapisan atas sel surya itu bermuatan negatif

sedangkan lapisan bawahnya bermuatan positif. Sel-sel Si itu dipasang

dengan posisi sejajar dan seri dalam sebuah panel yang terbuat dari

aluminium atau baja anti karat dan dilindungi oleh kaca atau plastik.

Kemudian pada tiap-tiap sambungan sel itu diberi sambungan listrik.

Bila sel-sel itu terkena sinar matahari (energi foton) maka beberapa

foton diserap oleh atom Si yang merupakan semikonduktor dapat

membebaskan elektron dari katan atomnya sehingga akan menjadi elektron

yang bergerak bebas. Pergerakan elektron itulah yang menjadikan adanya

arus listrik searah (DC) dan pada sambungan akan mengalir arus listrik.

Besarnya arus atau tenaga listrik itu tergantung pada jumlah energi cahaya

matahari yang mencapai silikon dan luas permukaan sel tersebut.

Sebuah panel surya umumnya terdiri dari beberapa sel surya yang

dihubungkan secara seri maupun paralel yang teridiri dari 32-40 sel surya,

tergantung ukuran panel surya yang ingin dibuat. Gabungan dari panel-

panel surya akan membentuk suatu array sel surya. Panel surya atau modul

surya adalah unit rangkaian lengkap yang dilapisi bahan kedap air dan

tahan terhadap perubahan cuaca. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan

tegangan dari arus yang dihasilkan sehingga cukup untuk pemakaian

sistem catu daya beban. Kemudian bila beban seperti lampu dipasang

diantara terminal negatif dan terminal positif dari sel surya maka elektron-

elektron akan mengalir sebagai arus listrik searah yang dapat

menghidupkan lampu tersebut. Semakin besar radiasi matahari yang

mengenai sel surya, maka semakin besar pula arus yang dihasilkan oleh sel

surya tersebut. Oleh karenanya sel surya tidak akan pernah habis atau

rusak dalam membangkitkan listik. Biasanya kerusakan terjadi

disebabkan karena sel surya tersebut pecah atau karena faktor lain,


18

sehingga bila sel surya dilindungi dengan baik, maka usianya bisa

mencapai 20 tahun.

2. Baterai

Komponen yang berfungsi untuk menyimpan energi listrik yang

dihasilkan dari penyerapan sinar matahari oleh panel surya adalah baterai.

Energi listrik yang disimpan di dalam baterai dapat berguna untuk tetap

menyediakan energi listrik saat cahaya matahari tidak terpancarkan secara

maksimal seperti saat langit mendung atau hujan dan di malam hari.

Baterai yang digunakan untuk PLTS mengalami proses siklus pengisian

atau charging dan pengosongan atau discharging tergantung pada ada atau

tidaknya sinar matahari. Selama ada sinar matahari maka panel surya akan

menghasilkan energi listrik. Apabila energi listrik yang dihasilkan oleh

panel surya melebihi kebutuhan energi listrik maka akan disimpan dalam

baterai. Sebaliknya, saat kebutuhan energi listrik melebihi dari energi

listrik yang dihasilkan oleh panel surya maka cadangan energi dari baterai

dapat diberikan untuk memenuhi kekurangan energi listrik.

Ada dua jenis baterai isi ulang yang bisa digunakan dalam sistem

PLTS yaitu baterai alam timbal dan baterai nikel kadmium. Baterai jenis

nikel kadmium ini lebih sedikit digunakan dalam sistem PLTS karena

baterai jenis ini memiliki efisiensi yang rendah dan biaya yang lebih

tinggi. Sedangkan untuk baterai jenis asam timbal lebih banyak digunakan

dalam sistem PLTS karena baterai jenis ini memiliki efisiensi tinggi dan

biayanya lebih murah. Baterai jenis asam timbal akan menjadi perangkat

penyimpanan dalam sistem PLTS yang diperkirakan masih digunakan

untuk sistem PLTS ukuran menengah dan besar.

Umumnya kapasitas baterai itu dinyatakan dalam ampere-hour(Ah).

Nilai Ah pada baterai menunjukkan arus yang dapat dilepaskan dikalikan

dengan nilai waktu untuk pelepasan arus tersebut. Selain itu penting untuk

memperhatikan ukuran hari-hari otonomi dalam mendesain kapasitas

baterai yang ingin digunakan dalam sistem PLTS.

3. Inverter


19

Inverter adalah komponen elektronika pendukung panel PV untuk

mengubah arus searah (direct current, DC) menjadi arus bolak balik

(alternating current, AC) yang umumnya peralatan listrik butuhkan.

Pemilihan inverter yang tepat untuk aplikasi tertentu tergantung kepada

kebutuhan beban dan juga kepada sistem itu sendiri ; apakah sistem yang

terhubung ke jaringan listrik (grid connected) atau sistem yang berdiri

sendiri (stand alone system). Efisiensi inverter pada saat pengoperasian

adalah sekitar 90%.

Ada 3 kategori inverter,yaitu: grid-tied, grid tied dengan baterai

cadangan, dan stand alone. Kedua jenis inverter yang pertama adalah

inverter line-tied, yang digunakan dengan sistem panel surya utility-

connected. Jenis yang ketiga adalah stand alone atau inverter off-grid,

diciptakan untuk berdiri sendiri(tidak bergantung). Jika dilihat dari segi

gelombangnya ,inverter dapat dikategorikan menjadi 2 jenis inverter yaitu

jenis inverter gelombang sinus (sine wave) dan gelombang kotak(square

wave). Pada inverter jenis gelombang sinus, pemakaian listrik akan lebih

hemat dibandingkan dengan inverter jenis gelombang kotak terkhusus saat

mengerakkan alat listrik dengan menggunakan motor. Dalam

perkembangannya di pasaran juga beredar modified sine wave inverter

yang merupakan kombinasi anatara square wave dan sine wave.

Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan inverter:

a. Harus diusahakan memilih inverter yang beban kerjanya mendekati

dengan beban yang kita butuhkan agar efisiensi kerjanya maksimal.

b. Input DC 12 volt atau 24 volt

c. Gelombang output AC

Rugi-rugi/losses yang terjadi pada inverter biasanya berupa disipasi

daya dalam bentuk panas. Efisiensi tertinggi dimiliki oleh grid tie inverter

dan bisa mencapai 95%-97% bila beban outputnya hampir mendekati

rated bebannya. Kapasitas sebuah inverter menentukan jumlah daya AC

yang bisa disediakan terus menerus. Satuan ukuran inverter adalah Watt.

Selain itu sebagai proteksi inverter juga dilengkapi toleransi lonjakan arus


20

listrik yang menyatakan bahwa dalam selang waktu tertentu sejumlah daya

dapat disuplai oleh inverter sebelum gangguan diputuskan demi

melindungi inverter tersebut.

4. Controller

Controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk

mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan yang diambil dari baterai ke

beban. Controller akan melindungi baterai dari overcharging sehingga

lifetime baterai menjadi lebih lama. Alat ini juga mempunyai kemampuan

untuk mendeteksi kapasitas baterai. Cara alat ini untuk mendeteksi adalah

melalui monitor level tegangan baterai. Controller dapat mengisi baterai

sampai pada level tegangan tertentu kemudian saat mencapai titik terendah

akan dapat diisi kembali sehingga dapat sebagai indikator bagi pengguna

PLTS dalam mengendalikan konsumsi ketersediaan listrik yang terdapat

dalam baterai.

2.3.3 Jenis - jenis panel surya

Jenis panel surya dikelompokkan berdasarkan material sel surya yang

menyusunnya. Secara umum ada 3 jenis panel surya,yaitu:

1. Monocrystalline silicon (mono-Si)

Dibuat dari silikon kristal tunggal yang didapat dari peleburan

silikon dalam bentuk bujur, biasanya memiliki tebal 200 mikron

dengan nilai efisiensi sekitar 16-25 %. Secara fisik, panel surya

Monocrystalline dapat diketahui dari warna sel hitam gelap dengan

model terpotong tiap sudutnya. Pada dasarnya dibuat menggunakan

crystall silicon murni yang sudah diiris tipis sehingga membentuk segi

empat dengan irisan di keempat sudutnya. Selain dari harganya yang

relatif lebih mahal,efisiensinya juga akan turun drastis dalam cuaca

berawan.

2. Polycristalline silicon (poly-Si)

Dibuat dari peleburan silikon dalam tungku keramik,kemudian

pendinginan perlahan untuk mendapatkan bahan campuran silikon

yang akan timbul di atas lapisan silikon. Harganya lebih murah


21

dikarenakan efisiensinya sekitar 14-18 %. Secara fisik, panel surya

jenis ini dapat diketahui dari warna sel yang cenderung biru dengan

bentuk persegi. Polycristalline silicon dihasilkan dari proses metalurgi

grade silicon dengan pemurnian kimia,yaitu dicairkan dan dituangkan

serta didinginkan dalam cetakan persegi secara sempurna. Untuk

menghasilkan daya listrik yang sama memerlukan luas permukaan

yang lebih besar dibandingkan dengan jenis monocristalline silicon,

akan tetapi dapat menghasilkan listrik pada saat mendung.

3. Thin Film

Panel surya Thin Film menggunakan banyak lapisan material

sebagai bahan material penyusunnya. Sebenarnya panel ini belum jadi

setiap kristal ,masih seperti lapisan tipis silikon yang diendapkan pada

bahan substrat atau dasar seperti logam atau kaca. Meskipun

mempunyai kinerja yang lebih rendah dibandingkan panel surya

berbahan silikon namun memiliki kemampuan energi yang dihasilkan

mudah disimpan. Jenis panel surya ini memiliki kerapatan atom yang

rendah, sehingga mudah dibentuk dan dikembangkan ke berbagai

macam ukuran dan potongan yang dapat diproduksi dengan biaya yang

lebih murah. Dengan ketebalan yang sangat tipis, hal tersebut

memungkinkan menjadi fleksibel dan memiliki berat yang lebih

rendah. Beberapa tipe panel surya thin film yang ada di pasaran, yaitu:

1. Cadmium telluride (CdTe)

Panel surya CdTe merupakan jenis panel surya yang memiliki

tingkat efisiensi paling baik di kelasnya yakni sekitar 9-11%.

Terbentuk dari bahan materi thin film dan ploycrystalline secara

deposit dan evaporasi tingkat tinggi

2. Copper Indiu Diselenide (CuInSe2)

Merupakan bahan dari film tipis polycrystalline dengan nilai

efisiensi berkisar 10-12 %.

3. Amorphous thin-film silicon (a-Si,TF-Si)


22

Panel surya amorphous memiliki efisiensi terendah dengan

6-8% dan mengandung bahan yang tidak aman dalam

materialnya. Banyak dipakai sebagai pengganti tinted glass

yang semi transparan dan dikembangkan untuk sistem bangunan

terpadu.

2.3.4 Faktor Pengoperasian panel surya

Pengoperasian maksimum panel surya sangat tergantung pada[8]:

a. Ambient air temperature

Sebuah panel surya dapat beroperasi secara maksimum jika

temperatur panel tetap normal pada temperatur 25 , kenaikan

temperatur lebih tinggi dari temperatur normal pada PV sel akan

melemahkan voltage (Voc). Setiap kenaikan temperatur panel surya

1 (dari 25 ) akan berkurang sekitar 0.5% pada total daya yang

dihasilkan atau akan melemah 2 kali lipat untuk kenaikkan temperatur

panel surya per 10 .

b. Radiasi solar matahari (insolation)

Radiasi solar matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariasi, dan

sangat tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Insolation solar

matahari akan banyak berpengaruh pada arus dan tegangan keluaran.

c. Kecepatan angin bertiup

Kecepatan tiup angin disekitar lokasi PV array dapat membantu

mendinginkan permukaan temperatur kaca-kaca PV array.

d. Keadaan atmosfir bumi

Keadaan atmosfir bumi berawan, mendung, jenis partikel debu

udara, asap, uap air udara (Rh), kabut dan polusi sangat menentukan

hasil maksimum arus listrik dari deretan PV.

e. Orientasi panel atau array PV

Orientasi dari rangkaian/deretan PV (array) ke arah matahari

secara optimum adalah penting agar panel/deretan PV dapat

menghasilkan energi maksimum. Selain arah orientasi, sudut orientasi

(tilt angle) dari panel/deretan PV juga sangat mempengaruhi hasil


23

energi maksimum. Sebagai contoh: untuk lokasi yang terletak di

belahan Utara, maka panel/deretan PV sebaiknya diorientasikan ke

Selatan, walaupun juga orientasi ke Timur atau ke Barat dapat

menghasilkan sejumlah energi dari panel- panel/deretan PV, tetapi

tidak akan mendapatkan energi matahari optimum.

f. Posisi letak sel surya (array) terhadap sudut orientasi matahari (Tilt

Angle)

Mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan panel

PV secara tegak lurus akan mendapatkan energi maksimum 1000

W/m2 atau 1 kW/m2 .


24

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Penelitian dilakukan untuk panel surya jenis silikon di gedung Departemen

Teknik Elektro USU lantai 4 sebagai sampel untuk menangkap sinar matahari

dengan perolehan intensitas cahaya yang diperoleh dari tanggal 24 Juli 2017

sampai dengan 28 Juli 2017.

3.2 Bahan dan Peralatan

Adapun bahan-bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini

adalah panel surya silikon polikristal tipe RPV 100 P 10, data sheet panel surya

dan komponen lainnya, data intensitas cahaya dari laboratorium sustainable

energy Teknik Mesin USU, data pemakaian energi listrik komplek perumahan.

Gambar 3.1 Peralatan penelitian


25

Tabel 3.1 Spesifikasi panel surya material silikon

ROYAL PV TYPE: RPV-100-P10

PHOTOVOLTAIC MODULE

Model panel PUL – 100 – P10

Daya maksimum 100 W

Tegangan rangkaian terbuka / Voc (DC) 22.54 V

Arus hubung singkat / Isc ((DC) 5.79 A

Tegangan pada daya maksimum / Vmpp (DC) 18.90 V

Arus pada daya maksimum / Impp (DC) 5.33 A

Toleransi output 0 – (+ 3%)

Temperatur nominal kerja (-40) – 850C

Berat 8.8 KG

Tegangan sistem maksimum (DC) 1000 V

Arus fuse maksimum 15 A

Teknologi sel Poly – Si

Dimensi 0.674 m x 1.063 m

Tabel 3.2 Spesifikasi baterai

BATERAI RB-S2-1180 AGM

Model baterai RB-S2-1180 AGM

Kapasitas baterai 100 Ah

Tegangan nominal 24 V

Arus fuse maksimum 25 A

Toleransi output 0 – (+ 3%)

Tegangan sistem maksimum (DC) 230 V

Efisiensi 93%

Dimensi 0.579 m x 0,545 m

Tabel 3.3 Spesifikasi inverter

INVERTER SUNNY BOY 5000 TL

Model inverter SUNNY BOY 5000 TL

Rating Tegangan 24 Vdc/ 220 Vac

Daya maksimum 18 kW

Efisiensi 97%



26

Tabel 3.4 Spesifikasi controller

CONTROLLER SUNNY BACK UP 2200

Model baterai SUNNY BACK UP 2200

Daya maksimum 18 kW

Efisiensi 93%


3.3 Variabel yang Diamati

Variabel-variabel yang diamati dalam penelitian ini meliputi:

1. Energi listrik yang dibutuhkan perumahan

2. Intensitas Cahaya

3. Daya keluaran panel surya


27

3.4 Prosedur Penelitian

Adapun prosedur penelitian akan tergambarkan melalui flowchart di

bawah ini :

Tidak

Ya

Gambar 3.2 Diagram alir penelitian

Mulai

Menghitung luas panel yang dibutuhkan

untuk membuat PLTS di perumahan Royal

Gardenia,Medan

Nilai

Apakah hasil perbandingan biaya

yang dikeluarkan oleh perumahan

dengan pendapatan yang diperoleh

dari sistem PLTS sesuai dengan

yang diharapkan?

Melakukan pengujian sampel panel

surya

Menghitung energi yang akan

dihasilkan PLTS

Nilai Tegangan, Arus, Daya

keluaran, Waktu

Melakukan analisis biaya

Selesai


28

3.5 Pelaksanaan Penelitian

1. Melakukan analisis perhitungan konsumsi listrik pada komplek

perumahan.

2. Data intensitas cahaya kemudian diimplementasikan untuk meninjau

potensi panel surya yang akan mencukupi kebutuhan listrik tersebut.

3. Melaksanakan pengukuran efisiensi panel surya.

4. Selanjutnya langsung dilakukan pengevaluasian terhadap seluruh

perhitungan sekaligus memulai perancangan pemasangan yang ideal

dari panel surya di atap rumah-rumah.

5. Menganalisis biaya yang dibutuhkan untuk perencanaan sistem PLTS

dan menyesuaikannya dengan penjualan energi listrik yang dihasilkan

oleh sistem PLTS.


29

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Perumahan Royal Gardenia Medan

4.1.1 Profil perumahan Royal Gardenia Medan

Gambar 4.1 Layout komplek perumahan Royal Gardenia Medan


30

Perumahan Royal Gardenia ini masih tergolong baru dan masih ada

beberapa bangunan yang belum dihuni. Perumahan ini memiliki luas area 11.700

dan terdiri dari 60 bangunan rumah, 3 taman, lampu jalan di setiap depan

rumah dan 1 pos pengamanan di depan gerbang. Ada 3 jenis rumah yaitu tipe ruko

dengan ukuran 4x16 m, tipe gardenia 100 dengan ukuran 6x14 m, dan tipe royal

120 dengan ukuran 6x16 m. Luas atap bangunan rumah tipe gardenia dan tipe

royal adalah sama yaitu 54 , sedangkan terkhusus bangunan ruko luas atapnya

36 . Hal ini berhubungan nantinya untuk rencana pemasangan panel surya yang

akan diletakkan pada atap rumah atau bangunan.

Gambar 4.2 Tipe rumah royal Gardenia 100


31

Gambar 4.3 Tipe rumah Royal 120

Gambar 4.4 Tipe ruko


32

4.1.2 Sistem Kelistrikan perumahan Royal Gardenia Medan

Semua rumah dalam komplek mempunyai daya listrik yang sama yaitu

2200 watt. Namun dalam pemakaian energi listriknya tentu berbeda tergantung

dari konsumsi listrik setiap harinya. Dalam hal ini penulis mengelompokkan rata-

rata pemakaian energi listrik sesuai dengan tipe rumah. Berdasarkan keterangan

dari penghuni yang tinggal bahwa setiap rumah menggunakan listrik pra bayar

dengan rincian biaya token listrik per bulannya sebagai berikut:

a. Tipe rumah Gardenia 100 memiliki kebutuhan listrik berkisar Rp.

500.000,- / bulan

b. Tipe rumah Royal 120 memiliki kebutuhan listrik berkisar Rp.

600.000,- / bulan

c. Tipe rumah Ruko memiliki kebutuhan listrik berkisar Rp. 700.000,- /

bulan

Setelah mengetahui pemakaian energi listrik setiap bulannya, maka dapat

dilanjutkan untuk menghitung pemakaian rata-rata energi listrik setiap harinya

pada perumahan. Jika mengikuti tarif listrik 12 golongan tarif listrik nonsubsidi

per 1 Januari 2017 untuk kota Medan, maka tarifnya sebesar Rp1.467,28/kWh.

Apabila dilihat dari jenis tipe rumah seperti yang sudah dibagi sebelumnya maka

hasil perhitungan rata-rata penggunaan energi listrik setiap harinya adalah sebagai

berikut:

a. Tipe rumah Gardenia 100 : 11,36 kWh

b. Tipe rumah Royal 120 : 13,63 kWh

c. Tipe ruko : 15,9 kWh

Hasil perhitungan energi listrik jika ditinjau dari analisis beban terpasang

pada tiap-tiap rumah juga tidak jauh berbeda dengan hasil di atas sebagaimana

yang tertera pada tabel-tabel di bawah ini:


33

Tabel 4.1 Rata-rata pemakaian energi listrik tipe rumah Gardenia 100 per hari

No. Nama

Peralatan

Listrik

Jumlah

(buah)

Lama

Pemakaian

(jam)

Daya(

watt)

Energi yang

dibutuhkan(Wh)

1 Lampu 12 8 25 2400

2 Dispenser 1 2 250 500

3 Televisi 2 4 120 960

4 Kulkas 1 24 135 3240

5 Mesin cuci 1 1 450 450

6 Pompa 1 - 280 280

7 Kipas angin 1 3 45 135

8 AC 1 8 540 365

9 Setrika 1 1 300 300

10 Rice cooker 1 24 350 2140

11 Perangkat lain - - - 400

Total 11170

Tabel 4.2 Rata-rata pemakaian energi listrik tipe ruko per hari

No. Nama Peralatan

Listrik

Jumlah

(buah)

Lama

Pemakaian

(jam)

Daya(

watt)

Energi yang

dibutuhkan(Wh)

1 Lampu 20 8 25 4000

2 Dispenser 1 3 250 750

3 Televisi 1 3 120 360

4 Kulkas 4 16 135 8640

5 Pompa 1 - 280 280


7 AC 4 6 540 1460


Total 15915


34

Tabel 4.3 Rata-rata pemakaian energi listrik tipe rumah Royal 120 per hari

No. Nama Peralatan

Listrik

Jumlah

(buah)

Lama

Pemakaian

(jam)

Daya(

watt)

Energi yang

dibutuhkan(Wh)

1 Lampu 15 8 30 3600

2 Dispenser 1 3 250 750

3 Televisi 2 4 120 960

4 Kulkas 1 24 135 3240

5 Mesin cuci 1 1 450 450

6 Pompa 1 - 280 280


8 AC 2 8 540 730

9 Setrika 1 1 300 300

10 Rice cooker 1 24 350 2140


Total 13220

Pembagian ini berguna nantinya untk menghitung berapa energi listrik

rata-rata tiap hari yang dibutuhkan dan energi yang akan dihasilkan dari

pemasangan panel surya di setiap jenis rumah.

4.2 Rancangan pemasangan PLTS

4.2.1 Perhitungan rencana area dan jumlah array PLTS

Sistem pembangkit listrik tenaga surya akan ditempatkan pada bagian atap

rumah, sehingga perlu untuk mengetahui luas atap dari setiap jenis tipe rumah.

Sesuai dengan Gambar 4.1 untuk bagian atap tipe rumah Gardenia 100 dan Royal

120 memiliki luas yang sama yakni 54 dengan panjang 9 m dan lebar 6 m ,

sedangkan untuk bagian atap tipe ruko memiliki luas 36 dengan panjang 9

meter dan lebar 4 meter.

Untuk mendapatkan luas panel surya yang dibutuhkan dilakukan

perhitungan dengan menggunakan Persamaan (2.7). Nilai diperoleh dari hasil


35

pengukuran intensitas cahaya dengan menghitung nilai rata-rata insolasi cahaya

harian dalam kurun waktu 2 jam selama 5 hari dengan pertimbangan waktu paling

efektif panel surya mendapatkan radiasi matahari yang cukup maksimal tiap

harinya. Efisiensi panel surya ( ) juga diperoleh dari hasil pengukuran tersebut

dengan membuat rata-rata efisiensi berdasarkan tabel di bawah ini:

Tabel 4.4 Data hasil pengujian panel surya senin 24 Juli 2017

N

o

Wakt

u

(WIB

)

Radiasi

Mataha

ri

(W/m2)

Temperatu

r Panel

(ᵒC)

Arus

Hubun

g

Singka

t

(A)

Tegangan

Rangkaia

n

Terbuka

(V)

Daya

Keluara

n

(W)

Luas

Pane

l

(m2)

Daya

Masuka

n (W)

Efisien

si

(%)

1 11.45 610.60 44.20 4.44 20.10 89.24 0.72 439.63 20.30

2 11.50 590.60 54.10 4.82 19.70 94.95 0.72 425.23 22.33

3 11.55 684.40 59.30 5.45 19.50 106.28 0.72 492.77 21.57

4 12.00 764.40 63.40 6.16 19.30 118.89 0.72 550.37 21.60

5 12.05 758.10 66.20 6.05 19.00 114.95 0.72 545.83 21.06

6 12.10 505.60 63.40 3.73 18.60 69.38 0.72 364.03 19.06

7 12.15 631.90 54.00 5.35 19.40 103.79 0.72 454.97 22.81

8 12.20 564.40 57.90 4.52 19.00 85.88 0.72 406.37 21.13

9 12.25 505.60 56.40 4.07 18.90 76.92 0.72 364.03 21.13

10 12.30 435.60 57.80 3.60 18.80 67.68 0.72 313.63 21.58

11 12.35 346.90 52.20 2.75 18.70 51.43 0.72 249.77 20.59

12 12.40 370.60 51.80 2.94 19.00 55.86 0.72 266.83 20.93

13 12.45 419.40 49.90 2.88 19.10 55.01 0.72 301.97 18.22

14 12.50 435.60 50.30 3.21 19.10 61.31 0.72 313.63 19.55

15 12.55 543.10 49.20 4.06 19.30 78.36 0.72 391.03 20.04

16 13.00 550.60 53.90 4.52 19.20 86.78 0.72 396.43 21.89

17 13.05 496.90 57.00 4.02 18.90 75.98 0.72 357.77 21.24

18 13.10 664.40 52.40 4.59 19.20 88.13 0.72 478.37 18.42

19 13.15 624.40 51.50 5.70 19.10 108.87 0.72 449.57 24.22

20 13.20 595.60 55.50 4.83 18.90 91.29 0.72 428.83 21.29

21 13.25 613.10 55.10 4.06 18.80 76.33 0.72 441.43 17.29

22 13.30 581.90 57.00 4.85 19.00 92.15 0.72 418.97 21.99

23 13.35 363.10 62.30 4.20 18.70 78.54 0.72 261.43 30.04

24 13.40 349.40 54.40 3.04 18.80 57.15 0.72 251.57 22.72

25 13.45 316.90 50.10 2.35 18.80 44.18 0.72 228.17 19.36

Tabel 4.5 Data hasil pengujian panel surya selasa 25 juli 2017

N

o

Wakt

u

(WIB

)

Radiasi

Mataha

ri

(W/m2)

Temperatu

r Panel

(ᵒC)

Arus

Hubun

g

Singka

t

(A)

Tegangan

Rangkaia

n

Terbuka

(V)

Daya

Keluara

n (W)

Luas

Pane

l

(m2)

Daya

Masuka

n (W)

Efisiens

i (%)

1 11.45 480.60 53.10 3.73 19.50 72.74 0.72 346.03 21.02

2 11.50 488.10 51.20 3.79 19.40 73.53 0.72 351.43 20.92

3 11.55 500.60 50.00 3.90 19.50 76.05 0.72 360.43 21.10

4 12.00 509.40 50.50 3.97 19.40 77.02 0.72 366.77 21.00

5 12.05 455.60 52.00 3.75 19.20 72.00 0.72 328.03 21.95

6 12.10 468.10 51.90 3.67 19.30 70.83 0.72 337.03 21.02


36

N

o

Wakt

u

(WIB

)

Radiasi

Mataha

ri

(W/m2)

Temperatu

r Panel

(ᵒC)

Arus

Hubun

g

Singka

t

(A)

Tegangan

Rangkaia

n

Terbuka

(V)

Daya

Keluara

n (W)

Luas

Pane

l

(m2)

Daya

Masuka

n (W)

Efisiens

i (%)

7 12.15 465.60 51.30 3.63 19.40 70.42 0.72 335.23 21.01

8 12.20 323.10 49.90 2.52 19.00 47.88 0.72 232.63 20.58

9 12.25 230.60 44.90 1.73 19.00 32.87 0.72 166.03 19.80

10 12.30 235.60 43.30 1.79 19.30 34.55 0.72 169.63 20.37

11 12.35 200.60 41.50 1.50 19.20 28.80 0.72 144.43 19.94

12 12.40 188.10 40.10 1.39 19.20 26.69 0.72 135.43 19.71

13 12.45 210.60 39.90 1.61 19.50 31.40 0.72 151.63 20.70

14 12.50 221.90 39.00 1.67 19.40 32.40 0.72 159.77 20.28

15 12.55 308.10 43.00 2.42 19.70 47.67 0.72 221.83 21.49

16 13.00 249.40 42.50 1.96 19.40 38.02 0.72 179.57 21.18

17 13.05 125.60 40.10 0.93 18.80 17.48 0.72 90.43 19.33

18 13.10 98.10 37.60 0.71 18.70 13.28 0.72 70.63 18.80

19 13.15 83.10 35.30 0.59 18.70 11.03 0.72 59.83 18.44

20 13.20 71.90 33.60 0.51 18.60 9.49 0.72 51.77 18.32

21 13.25 53.10 33.50 0.38 18.30 6.95 0.72 38.23 18.19

22 13.30 55.60 31.50 0.38 18.40 6.99 0.72 40.03 17.47

23 13.35 64.40 30.90 0.34 18.50 6.29 0.72 46.37 13.57

24 13.40 79.40 30.40 0.16 17.50 2.80 0.72 57.17 4.90

25 13.45 93.10 30.30 0.22 17.90 3.94 0.72 67.03 5.87

Tabel 4.6 Data hasil pengujian panel surya rabu 26 juli 2017

N

o

Wakt

u

(WIB

)

Radiasi

Mataha

ri

(W/m2)

Temperatu

r Panel

(ᵒC)

Arus

Hubun

g

Singka

t

(A)

Tegangan

Rangkaia

n

Terbuka

(V)

Daya

Keluara

n (W)

Luas

Pane

l

(m2)

Daya

Masuka

n (W)

Efisien

si (%)

1 11.45 664.40 52.70 5.12 19.80 101.38 0.72 478.37 21.19

2 11.50 510.60 53.10 4.16 19.50 81.12 0.72 367.63 22.07

3 11.55 510.60 57.90 4.83 19.20 92.74 0.72 367.63 25.23

4 12.00 623.10 61.40 4.52 19.20 86.78 0.72 448.63 19.34

5 12.05 730.60 66.00 2.77 18.90 52.35 0.72 526.03 9.95

6 12.10 286.90 59.20 2.28 18.30 41.72 0.72 206.57 20.20

7 12.15 241.90 49.00 1.89 18.80 35.53 0.72 174.17 20.40

8 12.20 255.60 46.20 2.02 19.10 38.58 0.72 184.03 20.96

9 12.25 715.60 51.30 5.74 19.90 114.23 0.72 515.23 22.17

10 12.30 690.60 57.30 5.59 19.30 107.89 0.72 497.23 21.70

11 12.35 730.60 63.30 5.89 19.10 112.50 0.72 526.03 21.39

12 12.40 295.60 56.70 2.33 18.50 43.11 0.72 212.83 20.25

13 12.45 274.40 51.30 2.17 18.80 40.80 0.72 197.57 20.65

14 12.50 583.10 54.10 4.67 19.60 91.53 0.72 419.83 21.80

15 12.55 294.40 49.90 2.37 18.90 44.79 0.72 211.97 21.13

16 13.00 353.10 47.10 2.99 19.40 58.01 0.72 254.23 22.82

17 13.05 289.40 44.10 2.36 19.20 45.31 0.72 208.37 21.75

18 13.10 740.60 55.30 6.04 19.50 117.78 0.72 533.23 22.09

19 13.15 655.60 62.20 5.49 18.90 103.76 0.72 472.03 21.98

20 13.20 351.90 56.20 2.76 18.60 51.34 0.72 253.37 20.26

21 13.25 321.90 47.90 2.66 18.90 50.27 0.72 231.77 21.69

22 13.30 211.90 45.70 1.66 18.80 31.21 0.72 152.57 20.46

23 13.35 228.10 43.40 1.88 19.00 35.72 0.72 164.23 21.75

24 13.40 419.40 44.80 3.40 19.60 66.64 0.72 301.97 22.07

25 13.45 511.90 50.00 4.18 19.60 81.93 0.72 368.57 22.23


37

Tabel 4.7 Data hasil pengujian panel surya kamis 27 juli 2017

N

o

Wakt

u

(WIB

)

Radiasi

Mataha

ri

(W/m2)

Temperatu

r Panel

(ᵒC)

Arus

Hubun

g

Singka

t

(A)

Tegangan

Rangkaia

n

Terbuka

(V)

Daya

Keluara

n (W)

Luas

Pane

l

(m2)

Daya

Masuka

n (W)

Efisien

si (%)

1 11.45 753.10 71.80 6.13 18.70 114.63 0.72 542.23 21.14

2 11.50 171.90 57.80 1.41 17.80 25.10 0.72 123.77 20.28

3 11.55 279.40 54.10 2.04 18.70 38.15 0.72 201.17 18.96

4 12.00 218.10 48.10 1.75 18.60 32.55 0.72 157.03 20.73

5 12.05 795.60 56.80 6.46 19.50 125.97 0.72 572.83 21.99

6 12.10 843.10 65.90 6.87 19.10 131.22 0.72 607.03 21.62

7 12.15 866.90 67.20 6.96 18.80 130.85 0.72 624.17 20.96

8 12.20 850.60 69.40 6.94 18.90 131.17 0.72 612.43 21.42

9 12.25 664.40 69.90 4.73 18.10 85.61 0.72 478.37 17.90

10 12.30 309.40 60.60 2.46 18.00 44.28 0.72 222.77 19.88

11 12.35 280.60 48.50 2.21 18.60 41.11 0.72 202.03 20.35

12 12.40 356.90 46.30 2.80 19.10 53.48 0.72 256.97 20.81

13 12.45 520.60 48.30 4.04 19.40 78.38 0.72 374.83 20.91

14 12.50 434.40 53.90 4.48 19.00 85.12 0.72 312.77 27.22

15 12.55 401.90 50.50 3.54 19.20 67.97 0.72 289.37 23.49

16 13.00 310.60 48.70 2.44 18.90 46.12 0.72 223.63 20.62

17 13.05 283.10 43.40 2.23 19.10 42.59 0.72 203.83 20.90

18 13.10 334.40 43.10 2.67 19.30 51.53 0.72 240.77 21.40

19 13.15 501.90 45.30 4.02 19.60 78.79 0.72 361.37 21.80

20 13.20 299.40 44.50 2.39 19.10 45.65 0.72 215.57 21.18

21 13.25 255.60 40.50 2.01 19.00 38.19 0.72 184.03 20.75

22 13.30 655.60 45.00 5.31 20.00 106.20 0.72 472.03 22.50

23 13.35 744.40 57.30 6.03 19.30 116.38 0.72 535.97 21.71

24 13.40 718.10 62.00 5.84 19.10 111.54 0.72 517.03 21.57

25 13.45 663.10 62.00 5.37 18.80 100.96 0.72 477.43 21.15

Tabel 4.8 Data hasil pengujian panel surya jumat 28 juli 2017

N

o

Wakt

u

(WIB

)

Radiasi

Mataha

ri

(W/m2)

Temperatu

r Panel

(ᵒC)

Arus

Hubun

g

Singka

t

(A)

Tegangan

Rangkaia

n

Terbuka

(V)

Daya

Keluara

n (W)

Luas

Pane

l

(m2)

Daya

Masuka

n (W)

Efisien

si (%)

1 11.45 128.10 29.10 0.40 19.00 7.60 0.72 92.23 8.24

2 11.50 130.60 29.50 0.40 18.90 7.56 0.72 94.03 8.04

3 11.55 134.40 29.10 0.41 18.80 7.71 0.72 96.77 7.97

4 12.00 136.90 30.90 0.41 18.80 7.71 0.72 98.57 7.82

5 12.05 143.10 31.10 0.42 18.70 7.85 0.72 103.03 7.62

6 12.10 148.10 31.00 0.42 18.80 7.90 0.72 106.63 7.40

7 12.15 151.90 30.30 1.20 19.80 23.76 0.72 109.37 21.72

8 12.20 159.40 31.40 1.23 19.70 24.23 0.72 114.77 21.11

9 12.25 164.40 32.70 1.27 19.70 25.02 0.72 118.37 21.14

10 12.30 169.40 33.40 1.29 19.70 25.41 0.72 121.97 20.84

11 12.35 170.60 33.60 1.32 19.60 25.87 0.72 122.83 21.06

12 12.40 173.10 34.20 1.31 19.70 25.81 0.72 124.63 20.71

13 12.45 174.40 34.50 1.34 19.70 26.40 0.72 125.57 21.02

14 12.50 178.10 34.10 1.36 19.50 26.52 0.72 128.23 20.68

15 12.55 178.10 32.60 1.40 19.80 27.72 0.72 128.23 21.62

16 13.00 185.60 32.30 1.44 19.90 28.66 0.72 133.63 21.44

17 13.05 191.90 32.30 1.50 19.70 29.55 0.72 138.17 21.39

18 13.10 199.40 33.60 1.54 19.90 30.65 0.72 143.57 21.35


38

N

o

Wakt

u

(WIB

)

Radiasi

Mataha

ri

(W/m2)

Temperatu

r Panel

(ᵒC)

Arus

Hubun

g

Singka

t

(A)

Tegangan

Rangkaia

n

Terbuka

(V)

Daya

Keluara

n (W)

Luas

Pane

l

(m2)

Daya

Masuka

n (W)

Efisien

si (%)

19 13.15 200.60 34.80 1.58 19.80 31.28 0.72 144.43 21.66

20 13.20 205.60 35.20 1.60 19.80 31.68 0.72 148.03 21.40

21 13.25 206.90 35.90 1.60 19.70 31.52 0.72 148.97 21.16

22 13.30 205.60 35.80 1.59 19.70 31.32 0.72 148.03 21.16

23 13.35 206.90 35.50 1.59 19.70 31.32 0.72 148.97 21.03

24 13.40 205.60 35.50 1.58 19.70 31.13 0.72 148.03 21.03

25 13.45 205.60 35.90 1.58 19.70 31.13 0.72 148.03 21.03

Untuk nilai TCF atau nilai faktor perubahan temperatur dapat dihitung

dengan mengetahui daya maksimum panel surya adalah 100 W dan suhu

maksimal di kota medan adalah 31,5 dan memasukkannya ke Persamaan (2.8),

yaitu:

TCF =

TCF = 0,9675

Sesuai dengan spesifikasi jenis controller, inverter dan baterai yang telah dipilih

penulis maka efisiensi keseluruhan sistem panel surya menurut Persamaan (2.9)

adalah:

= 0,95 x 0,97 x 0,98 = 0,903

Apabila nilai , , TCF , disubstitusikan ke rumus PV area

dalam Persamaan (2.7) maka dapat diperoleh luas panel surya untuk masing-

masing tipe rumah:

a. Tipe rumah Gardenia 100

PV Area = 11,96

Jumlah panel surya yang dibutuhkan adalah PV Area dibagikan

dengan luas panel surya yaitu 16,01 ≈ 16 buah


39

b. Tipe rumah Royal 120

PV Area =

PV Area = 14,35



c. Tipe ruko

PV Area = 16,74



Adapun pemetaan panel surya yang dimaksud adalah sebagai berikut:

a. Tipe rumah Gardenia 100 dengan luas atap rumah yang memiliki panjang

9 meter dan lebar 6 meter akan ditempatkan panel surya sebanyak 16

buah dihubungkan secara paralel dengan formasi persegi seperti pada

gambar di bawah ini:

A

B

Gambar 4.5 Konfigurasi panel surya pada tipe rumah Gardenia 100


40

b. Tipe rumah Royal 120 dengan luas atap rumah yang memiliki panjang 9

meter dan lebar 6 meter akan ditempatkan panel surya sebanyak 20 buah

dihubungkan secara paralel dengan formasi persegi panjang seperti pada

gambar di bawah ini:

A

B

Gambar 4.6 Konfigurasi panel surya pada tipe rumah Royal 120

c. Tipe ruko dengan luas atap rumah yang memiliki panjang 9 meter dan

lebar 4 meter akan ditempatkan panel surya sebanyak 24 dihubungkan

secara paralel dengan formasi persegi panjang seperti pada gambar di

bawah ini:

A

B

Gambar 4.7 Konfigurasi panel surya pada tipe ruko


41

4.2.2 Perhitungan energi PLTS

Untuk menghitung energi yang akan dihasilkan PLTS dalam studi kasus

ini dapat dihitung dengan melihat berapa besar daya yang dihasilkan panel surya

dikalikan dengan jumlah waktu optimal panel surya mendapatkan energi matahari

dalam satu hari[10]. Sesuai dengan Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.5 rata-rata

daya keluaran dari 1 buah panel surya adalah 69,93 W.

Namun dalam menghitung energi perlu dicatat bahwa daya yang

dihasilkan panel surya pada setiap kelompok tipe rumah tentu berbeda, selain

karena jumlah panel yang tidak sama, tegangan dan arus juga tidak sama.

Perbedaan arus dan tegangan didasarkan terhadap hubungan panel surya yang

diterapkan yakni secara seri atau secara paralel sehingga energi yang dihasilkan

untuk masing-masing tipe rumah dalam satu hari adalah:


Arus : 118,4 A

Tegangan : 18,9 V

Daya : 1118,88 W

Energi yang dihasilkan : 13,43 kWh


Arus : 148 A

Tegangan : 18,9 V

Daya : 1398,6 W


c. Tipe ruko

Arus : 177,6 A

Tegangan : 18,9 V

Daya : 1678,32 W



42

4.3 Sistem PLTS pada komplek perumahan Royal Gardenia, Medan

Adapun sistem PLTS yang direncanakan akan diterapkan adalah dengan

sistem mandiri atau disebut dengan kata lain Stand Alone yaitu dirancang untuk

beroperasi menghasilkan energi listrik secara mandiri dalam memenuhi kebutuhan

listriknya. Komponen yang paling berperan penting pada sistem ini ialah baterai

yang berfungsi untuk penyimpanan dan sumber penyaluran cadangan energi

listrik yang dihasilkan.

Pada saat energi surya telah diubah menjadi energi listrik oleh modul

panel surya akan dihubungkan dengan controller yang berfungsi mengatur kepada

pemakaian langsung dengan mengubah arus DC ke arus AC terlebih dahulu

melalui inverter, namun dalam rentang waktu 12 jam yang diperkirakan sistem

juga akan melakukan pengisian arus searah dari panel surya ke baterai dan pada

saat malam hari atau ketika tidak mendapatkan sinar matahari akan

menyalurkannya ke beban.

Berikut ini pembagian komponen panel surya yang dibutuhkan sesuai

dengan tipe rumah masing-masing yaitu:


Terdapat 21 rumah yang dibagi ke dalam 3 kelompok dengan

menghubungkan panel surya secara paralel dan menyambungkannya

pada 1 inverter, 1 controller dan sejumlah baterai yang diletakkan di

rumah barisan paling kanan untuk tiap kelompoknya.

- Kelompok 1 yang terdiri dari rumah 2A sampai ke rumah 2F

memerlukan 1 inverter, 1 controller dan 6 buah baterai yang

diparalelkan serta ditempatkan dalam suatu bank baterai.

- Kelompok 2 yang terdiri dari rumah 2G sampai ke rumah 2M



Kelompok 3 yang terdiri dari rumah 2N sampai ke rumah 2U




43



menghubungkan panel surya secara paralel dan menyambungkannya

pada 1 inverter, 1 controller sejumlah baterai yang diletakkan di

rumah barisan paling akanan untuk tiap kelompoknya.

- Kelompok 1 yang terdiri dari rumah 1A sampai ke rumah 1F



- Kelompok 2 yang terdiri dari rumah 1G sampai ke rumah 1L



- Kelompok 3 yang terdiri dari rumah 1M sampai ke rumah 1R



- Kelompok 4 yang terdiri dari rumah 1S sampai ke rumah 1Y



c. Tipe ruko


menghubungkan panel surya secara seri dan menyambungkannya

pada 1 inverter, 1 controller dan sejumlah baterai yang diletakkan di

rumah barisan paling kanan untuk tiap kelompoknya.

- Kelompok 1 yang terdiri dari rumah 1 sampai ke rumah 7



- Kelompok 2 yang terdiri dari rumah 8 sampai ke rumah 14




44

Adapun setiap sistem akan bekerja melayani kebutuhan energi listrik

rumah-rumah yang telah dikelompokkan dengan cara menyuplai daya yang

dihasilkan dari panel surya langsung ke beban melalui inverter ataupun

melakukan pengisian ke baterai. Dalam hal ini controller sangat berperan besar

untuk mengatur penyaluran ke beban atau melakukan penyimpanan. Controller

juga mampu membatasi jumlah pemakaian energi di pagi hari secara langsung

sembari melakukan proses penyimpanan ke baterai untuk pemakaian di malam

hari. Lama pengisian (charging) berkisar 4 jam dengan asumsi baterai mampu

melayani kebutuhan energi selama 12 jam ketika tidak ada sinar matahari. Untuk

mengantisipasi keadaan/cuaca buruk atau panel surya menerima intensitas cahaya

yang sangat sedikit maka dibutuhkan backup energi dari PLN.

Gambar 4.8 Blok diagram sistem PLTS pada komplek perumahan Royal

Gardenia Medan


45

4.4 Pengolahan data biaya sistem PLTS

4.4.1 Investasi awal sistem PLTS

Investasi awal sistem PLTS yang dibahas penulis hanya mengacu kepada

biaya komponen-komponen utama PLTS dan tidak memperhitungkan biaya

pemasangan rak panel, biaya instalasi serta biaya teknis lainnya sistem PLTS.

Keseluruhan informasi untuk harga setiap komponen biaya investasi awal sistem

PLTS didapatkan dengan mencari informasi dari internet dan membaca beberapa

referensi dari literatur yang membahas mengenai implementasi sistem panel

surya. Panel surya yang akan digunakan adalah 1172 buah , inverter 9 buah,

controller 9 buah dan baterai sebanyak 54 buah. Adapun rinciannya seperti pada

tabel di bawah ini:

TABEL 4.9 Harga komponen sistem PLTS

Nama Komponen Jumlah Satuan Harga Total Harga

Panel surya 1172 Buah Rp. 2.390.000,- Rp.

2.801.080.000,-

Baterai 60 Buah Rp. 2.450.000,- Rp.

147.000.000,-

Controller 9 Buah Rp. 24.000.000,- Rp.

216.000.000,-

Inverter 9 Buah Rp. 18.500.000,- Rp.

166.500.000,-

Meskipun jumlah biaya untuk keseluruhan sistem pada komplek

perumahan Royal Gardenia, Medan sangat besar namun bisa diaplikasikan dengan

pembangunan secara bertahap yakni dimulai dari 1 kelompok rumah terlebih

dahulu untuk menyiasati biaya yang sangat besar. Sebagai contoh untuk salah satu

kelompok pada tipe rumah Gardenia 100 yang berjumlah 6 rumah hanya

membutuhkan dana sebanyak Rp. 284.640.000,- . Ini sudah tergolong kecil

dibanding dengan melakukan pembangunan sistem sekaligus demi menghemat

biaya dari total biaya keseluruhan yang dibutuhkan yakni sekitar Rp.

3.330.580.000,- .


46

4.4.2 Hasil pendapatan dari energi yang dihasilkan sistem PLTS

Menurut Peraturan Menteri ESDM Nomor 12 tahun 2017 tentang

Pemanfaatan Sumber Energi Terbarukan untuk Penyediaan Tenaga Listrik, biaya

penjualan energi listrik PLTS untuk daerah Medan, Sumatera Utara sesuai dengan

Biaya Pokok Produksi setempat dikenakan Rp. 1247,-/kWh. Adapun mekanisme

penjualan nya dikoordinasikan dengan pihak PLN. Oleh karena itu, maka untuk

perhitungan biaya pemasukan dari sistem PLTS secara keseluruhan dalam waktu

1 bulan:

a. Tipe rumah Gardenia 100:

Total energi yang dihasilkan: 13,43 kWh x 21 x 30 = 8458,73 kWh

Penjualan listrik: 8458,73 kWh x Rp. 1247,-/kWh = Rp. 10.548.080

b. Tipe rumah Royal 120:


Penjualan listrik: 12587,4 kWh x Rp. 1247,-/kWh = Rp. 15.696.488,-

c. Tipe ruko:


Penjualan listrik: 8458,73 kWh x Rp. 1247,-/kWh = Rp. 10.548.080,-

Total hasil penjualan listrik dari sistem PLTS untuk semua rumah dalam

satu bulan ialah Rp. 36.792.567,- . Namun jika nantinya pembangunan dilakukan

secara bertahap tentunya pendapatan akan berkurang sesuai dengan jumlah energi

yang dihasilkan oleh salah satu sistem tetapi tetap memperoleh keuntungan yang

relatif besar dalam jangka waktu yang panjang.

.


47

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang dilakukan, maka dapat diperoleh beberapa

kesimpulan sebagai berikut:

1. Seluruh rumah di perumahan Royal Gardenia,Medan Sumatera Utara

dibagi dalam tiga tipe sesuai bangunan dan kebutuhan listriknya.

Perancangan sistem PLTS dengan sistem Stand Alone dapat melayani

semua kebutuhan listrik di perumahan dengan energi yang dihasilkan

untuk masing-masing tipe rumah Gardenia 100, Royal 120, dan tipe

ruko berturut-turut adalah 13,43 kWh, 16,78 kWh, 20,14 kWh setiap

harinya.

2. Sistem PLTS membutuhkan biaya yang sangat besar untuk skala

perumahan dari segi ekonomis. Selain dari biaya investasi awal yang

sangat besar yaitu Rp. 3.330.580.000,- , pada umumnya perumahan

terkhusus pada daerah perkotaan memiliki tingkat konsumsi listrik

yang semakin tinggi sedangkan harga jual energi listrik cenderung

lebih rendah menyebabkan kemungkinan balik modal dalam rentang

waktu yang relatif lama.

3. Perencanaan sistem PLTS tidak perlu memerlukan lahan khusus

dikarenakan cukup menampung panel surya dengan luas atap cukup

menampung jumlah PV Area sebesar 11,96 m2, 14,35 m

2, 16,74 m

2

dan juga komponen lainnya seperti baterai, inverter, dan controller

bisa ditempatkan dalam rumah masing-masing. Selain itu perencanaan

panel surya ini sangat potensial dari segi alasan geografis dengan rata-

rata intensitas cahaya yang diperoleh sekitar 6,024 kWh/ m2

dalam

satu hari.


48

5.2 Saran

1. Pada penelitian selanjutnya diharapkan membandingkan semua jenis-

jenis komponen utama seperti panel surya, controller, baterai, dan

inverter dengan memperhatikan arus,tegangan,daya keluaran dan juga

harga setiap komponen untuk mendapatkan acuan dalam memilih

penggunaan paling efektif yang bisa diterapkan pada perencanaan

sistem PLTS.

2. Dalam melakukan pengukuran dan pengujian panel surya diharapkan

peneliti selanjutnya memperhatikan waktu optimal cahaya dalam 1

hari penuh dan juga memperhatikan tingkat ketelitian alat ukur yang

lebih akurat untuk memperoleh daya keluaran yang sebenarnya.


49

DAFTAR PUSTAKA

[1] A. Roppel, Thaddeus, and Charles A. Gross. “Fundamentals of Electrical

Engineering”. CRC Press : Boca Raton London New York. 2012

[2] Umar, Adi Soeprijanto, Mauridhi Hery Purnomo, “Pemanfaatan Pembangkit

listrik Tenaga Surya”.Yogyakarta, 21 Juni 2008

[3] Naim Kurniawati. “Aplikasi Sel Surya Pada komplek Perumahan Orchid

Cycle”. Universitas Hasanuddin. 2008

[4] Romasindah, Karlina. “ Optimasi Kinerja Panel Surya Melalui Pengaturan

Susunan Panel untuk Menekan Biaya Bangunan”. Depok: Universitas

Indonesia. 2008

[5] Penangsang, Ontoseno. 2012. “Keuntungan dan Kerugian Energi Surya Di

Indonesia”. Surabaya: ITS Press.

[6] Bernal-Agustin, Dufo-lopez, “Renewable Energy “. Journal 31, 2006

[7] Syukriyadin. “Pembangkit Listrik Tenaga Surya”. Volume 5. No1. Jurusan

Teknik Elektro Universitas Syiah Kuala. 2006

[8] Nicola Femia, Giovanni Petrone, Giovanni Spagnuolo, Massimo Vitelli, 2013.

Power Electronics and Control Techniques for Maximum Energy

Harvesting in Photovoltaic Systems. CRC Press : Boca Raton

[9] Hanna, Patricia. “ Analisis Keekonomian Kompleks Perumahan Berbasis

Energi Sel Surya”. Depok: Universitas Indonesia. 2012


skripsi studi perencanaan pembangkit listrik tenaga …

Documents