## Kajian Penentuan Kapasitas Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) pada Laboratorium Fakultas Teknik UMSU
Muhammad Fitra Zambak 1 , Kurniawan Lubis 2 , Ade Faisal 3
1,2,3 Magister Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara Jl. Denai No.217, Tegal Sari Mandala II, Kec. Medan Denai, Kota Medan, Sumatera Utara E-mail : mhdfitra@umsu.ac.id 1

## Abstract
To install a solar power plant (PLTS), of course, we must first determine the capacity of the PLTS we want to use. This is needed so that the PLTS that we install is able or has enough power to supply the  load we want. This often goes unnoticed, causing the installed PLTS to be unable to supply the maximum load or the existing PLTS to be much larger than the load used, this causes losses because considering the price of PLTS is also relatively expensive. To make things easier, we can also use the PVSyst software to determine the  required  solar  cell  capacity  for  the  load.  The  level  of  sunlight  intensity  at  the  research  location according to the PVSyst application is 4.5 kWh/m 2 /day. The total load on the engineering faculty laboratory every day is 36 kWh/m 2 . To overload the total load in the UMSU engineering faculty laboratory, a PLTS with a capacity of 13.44 kWp is needed, consisting of 40 units of solar panels with a capacity of 280 wp with 40 units of 100 Ah batteries. To realize the planned PLTS, it can be installed on the roof top of the engineering faculty laboratory. According to the HelioScope software, the research location's rooftop can accommodate PLTS up to 99 kWp with an area of 1000m 2 .

## Keywords: Solar Cell, Generator, PLTS

## Abstrak
Untuk  memasang  sebuah  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS)  tentunya  kita  harus  terlebih  dahulu menentukan  kapasitas  PLTS  yang  ingin  kita  gunakan.  Hal  ini  dibutuhkan  agar  PLTS  yang  kita  pasang sanggup atau memiliki daya yang cukup untuk mensuplai beban yang kita inginkan. Hal ini seringkali tidak diperhatikan sehingga menyebabkan PLTS yang dipasang tidak sanggup mensuplai beban secara maksimal ataupun PLTS yang ada jauh lebih besar dibanding beban yang digunakan, hal ini menyebabkan kerugian karena mengingat harga dari PLTS juga relatif mahal. Untuk mempermudah kita juga dapat menggunakan software PVSyst untuk menentukan kapasitas solar cell yang dibutuhkan beban. Tingkat intensitas cahaya matahari pada lokasi penelitian menurut aplikasi PVSyst adalah sebesar 4.5 kWh/m 2 /hari. Beban total pada laboratorium fakultas teknik setiap harinya adalah sebesar 36 kWh/m 2 . Untuk membebani total beban yang ada pada laboratorium fakultas teknik UMSU maka diperlukan PLTS dengan kapasitas 13,44 kWp yang terdiri  dari  40  Unit  panel  surya  berkapasitas  280  wp  dengan  bateri  100  ah  sebanyak  40  unit.  Untuk merealisasikan PLTS yang telah direncanakan, dapat dipasang pada roof top laboratorium fakultas teknik. Menurut software HelioScope roofto p lokasi penelitian dapat menampung PLTS hingga 99 kWp dengan luas area 1000m 2 .
Kata kunci: Solar Cell. Pembangkit, PLTS

## 1. Pendahuluan
Sebagai  Negara  berkembang,  Indonesia memiliki kebutuhan energi yang terus meningkat. Kenaikan rata-rata kebutuhan energi ini mencapai 7 % pertahun. Sebagaian besar atau sekitar 75 %
dari  kebutuhan  energi  ini  dipasok  oleh  bahan bakar  fosil  seperti  batu  bara  dan  minyak  bumi. Akan tetapi, ketersediaan bahan bakar fosil terus berkurang  dan  menimbulkan  polusi  yang berbahaya bagi lingkungan. Mengingat kebutuhan energi yang terus meningkat dan mendesak serta
pentingnya menjaga kelestarian lingkungan, maka pemanfaatan  energi  terbarukan  seperti  energi matahari,  panas  bumi,  biomassa  dan  angin menjadi  solusi  yang  tepat  untuk  memenuhi kebutuhan energi ini [1].
Salah satu kebutuhan energi yang sangat dasar adalah  energi  listrik.  Energi  listrik  memegang peranan  penting  dalam  memenuhi  kebutuhan hidup.  Kebutuhan  energi  listrik  diperkirakan mengalami  peningkatan  rata-rata  6,5%  pertahun hingga  tahun  2020.  Hal  ini  karena  penggunaan jumlah peralatan elektronika yang mengkonsumsi energi  listrik  semakin  hari  semakin  bertambah mulai  dari  sektor  rumah  tangga,  instansi pemerintah  hingga  sektor  industri.  Sehingga menyebabkan  kebutuhan  energi  listrik  semakin besar[2].
Demikian  juga  kebutuhan  energi  listrik  di Universitas  Muhammadiyah  Sumatera  Utara setiap  tahun  selalu  bertambah  yang  disebabkan oleh bertambahnya infrastruktur sarana prasarana perkuliahan.  Selama  ini  kebutuhan  energi  listrik di  Universitas  Muhammadiyah  Sumatera  Utara dipasok  oleh  Perusahaan  Listrik  Negara  (PLN). Oleh karena itu untuk mengurangi kebergantungan  terhadap  PLN,  Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara harus
memanfaatkan  energi  terbarukan  sebagai  energi alternatif. Salah satu sumber energi alternatif yang jumlahnya sangat melimpah dan ramah lingkungan adalah energi matahari [3].
Energi matahari yang diterima oleh permukaan  bumi  mencapai  3x  1024  joule pertahun.  Potensi  energi  matahari  di  Indonesia cukup  tinggi  karena  secara  geografis  indonesia mendapatkan  radiasi  matahari  sepanjang  tahun dengan  lama  penyinaran  6-8  jam  per  hari.  Nilai rata-rata insolasi (radiasi matahari persatuan luas dan  waktu)  di  indonesia  sekitar  4  kWh/m2. Pemanfaatan  energi  matahari  (energi  foton) menjadi energi listrik salah satunya melalui solar cell atau sel surya. Sel surya terbuat dari material semikonduktor  yang  memiliki  nilai  energi  gap tertentu.  Jika  energi  foton  yang  datang  melebihi nilai  energi  gap,  maka  elektron  -  elektron  pada pita  valensi  akan  berpindah  ke  pita  konduksi. Sampai saat ini penelitian tentang sel surya masih terus  berkembang  terutama  rekayasa  material untuk menghasilkan efisiensi yang tinggi[4].
Untuk  memasang  sebuah  pembangkit  listrik tenaga surya (PLTS) tentunya kita harus terlebih dahulu  menentukan  kapasitas  PLTS  yang  ingin kita gunakan. Hal ini dibutuhkan agar PLTS yang kita  pasang  sanggup  atau  memiliki  daya  yang cukup untuk mensuplai beban yang kita inginkan. Hal  ini  seringkali  tidak  diperhatikan  sehingga menyebabkan PLTS yang dipasang tidak sanggup mensuplai beban secara maksimal ataupun PLTS
yang ada jauh lebih besar dibanding beban yang digunakan, hal ini menyebabkan kerugian karena mengingat harga dari PLTS juga relatif mahal[5]. Penelitian tentang panel surya atau solar cell telah banyak  dilakukan  terkhusus  di  Indonesia.  Ada berbagai  macam  jenis  penelitian,  mulai  dari merancang alat, membandingkan atau bahkan ada yang  membuat  panel  surya  dengan  ide  sendiri. Seperti penelitian yang dilakukan oleh penelitian ini  berkaitan  dengan  intensitas  cahaya.  Peneliti menganalisa  intensitas  cahaya  yang  ada  guna membuat  suatu  modul solar  cell yang  efisien digunakan[6].
Kemudian  penelitian  yang  dilakukan  oleh penelitian ini bertujuan untuk menghitung jumlah potensi  energi  matahari  sebagai  potensi  energi listrik terbarukan pada wilayah laut sewu. Adapun Proses  perhitungan  daya  dilakukan  dengan metode  distribusi  probabilitas  Rayleigh  untuk mengetahui  nilai  optimal  yang  dihasilkan  oleh modul surya yang kemudian disesuaikan dengan kebutuhan  daya  untuk  penerangan  dan  navigasi pada space kapal feri eksisting. Penelitian diawali dengan  pengambilan  data  dari  beban  yang  ada. Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  satu  unit panel surya menghasilkan daya sebesar 2.62 kWh per  unit.  Sehingga  dengan  menggunakan  56 unitpanel surya sesuai dengan space yang tersedia di  kapal  feri  eksisting,  dapat  menghasilkan  daya sebesar 200.08 kWh yang dapat digunakan untuk suplai  kebutuhan  listrik  untuk  penerangan  dan navigasi[7].
Adapun  penelitian  tentang  intensitas  cahaya matahari, pada penelitian ini penulis menganalisa intensitas cahaya matahari terhadap keluaran daya modul solar  cell. Metode  penelitian  ini  adalah pengukuran  intensitas  matahari  secara  real  dan pengukuran  daya  keluaran  panel  sel  surya tersebut,  adapun  bahan  yang  digunakan  adalah lumen meter digunakan untuk mengukur intensitas cahaya matahari, multimeter digunakan untuk  mengukur  tegangan  dan  arus, battery charge regulator dengan kapasitas 10 A, Panel sel surya dengan kapasitas 100 Wp, dan battery 7 Ah. Pengujian  dilakukan  selama  6  hari,  setiap  hari pengujian dimulai  dari  jam  07.00  – 18.00.  Hasil penelitian menunjukkan bahwa intensitas cahaya matahari tertinggi terjadi antara jam 11.00 – 13.00 dengan  nilai  intensitas  cahaya  matahari  sebesar 99.900  lux  –  115.800  lux,  sedangkan  daya keluaran  sel  surya  tertinggi  sebesar  15,53  watt dengan  intensitas  cahaya  matahari  terukur 115.800 lux [8].
Analisis perspektif plotting untuk mengetahui pengaruh  pergerakkan  matahari  dan  orientasi plotting terhadap besar produksi energi listrik juga dilakukan.  Dari  hasil  simulasi,  didapatkan  besar pengurangan  energi  iradiasi  matahari  pada
kolektor  sebesar  15,4%.  Kemudian  Produksi energi listrik satu tahun simulasi dapat mencapai 23.753  kWh  sesuai  dengan plotting panel serta pengaruh  kemiringan  panel  dan  pergerakkan mataharinya. Rugi-ruginya mencapai angka 17% sehingga  rasio  pembangkitannya  0.822  yang cukup  baik  untuk  sebuah  PLTS  karena  pada umumnya  hanya  0,75  saja.  Rugi  kolektornya ( Array  losses )  mencapai  0,62  kWh/kWp  per harinya  sedangkan  rugi  sistemnya  mencapai  0,1 kWh/kWp  per  harinya.  Untuk  rincian  rugi- ruginya  juga  dapat  di  rangkum  dalam  loss diagram. Payback period pada tahun ke 10 yang dimana waktu asuransi tiap panel suryanya hanya 10 tahun. Lalu dilihat dari nilai NPV pada tahun ke-  25  proyek  (umur  pembangkit),  nilainya sebesar Rp 303.272.654,4. Manfaat penghematan juga  sangat  baik  karena  mencapai  angka  rasio sekitar 44%-50%.
Penelitian serupa yang menggunakan aplikasi PV*SOL dilakukan oleh [5] dimana Pembangkit Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS)  30  kWp  adalah pembangkit  listrik  yang  sedang  dibangun  di kampus  Dompak  oleh  Universitas  Maritim  Raja Ali  Haji  (UMRAH).  Simulasi  yang  dilakukan pada pembangkit listrik tenaga surya 30 kWp on- grid bertujuan mendapat gambaran kinerja sistem pembangkit  listrik  tenaga  surya  30  kWp  on-grid selama satu tahun, dengan cara menganalisis hasil simulasi software PV*SOL.  Total  modul  yang disimulasikan  sebanyak  135  unit  modul  surya dengan menggunakan 3 unit inverter . Berdasarkan simulasi, intensitas radiasi matahari yang  diterima  oleh  modul  surya  adalah  1.502,8 kWh/m2/tahun dengan kapasitas produksi energi yang  mampu  dibangkitkan  mencapai  29.607,5 kWh/tahun.  Energi  listrik  tertinggi  yang  mampu diproduksi  yaitu  2.801,6  kWh  dengan  rata-rata intensitas matahari sebesar 142.08 kWh/m2 pada bulan  Maret.  Suhu  tertinggi  pada  modul  surya 32,50  C  terjadi  pada  Mei,  total losses yang diakibatkan  oleh  suhu  pada  modul  surya  adalah 2.890,59  kWh/tahun  dan  total  losses  yang diakibatkan  oleh  bayangan  yaitu  3.248,30 kWh/tahun.  Sementara  keuntungan  energi  listrik yang  bisa  disuplai  ke grid sebesar  25.106 kWh/tahun [9]11]

## 2. Metodologi
Waktu  pelaksanaan  penelitian  ini  dilakukan dari  tanggal  20  Desember  2021  sampai  5  April 2022.  Dimulai  dengan  persetujuan  proposal  ini sampai  selesai  penelitian.  Penelitian  diawali dengan kajian awal (tinjauan pustaka), perhitungan  beban  pada  laboratorium  fakultas teknik  UMSU,  pengukuran  tingkat  intensitas cahaya matahari pada lokasi penelitian, kemudian
merakit  PLTS  sederhana  untuk  membantu pengambilan  data,  lalu  analisa  data,  terakhir kesimpulan dan saran
Gambar 1. Bagan diagram penelitian
Gambar 2. Data beban pada laboratorium Fakultas Teknik UMSU

## 3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1. Simulasi Pada PVSyst
Pilih  Jenis  Koneksi  PLTS  yang  ingin  kita gunakan, maka tampilan sebagai berikut
Gambar 3. Menu analisis PVSyst
Pilih  lokasi  tempat  akan  dirancang  PLTS. Kemudian akan muncul data radiasi matahari dan suhu  pada  lokasi  per  bulannya.  adapun  data tingkat radiasi dan suhu pada kota Medan adalah sebagai berikut :
Gambar 4 . Data radiasi matahari dan suhu pada lokasi
perencanaan
Dengan data yang ada, selanjutkan menentukan sudut kemiringan pemasangan PLTS agar  mendapatkan  hasil  yang  maksimal.  Klik menu orientasi pada PVSyst dan pilih titik sudut dimana  PLTS  menghasilkan  daya  tersbesar seperti gambar berikut:
Gambar 5. Menentukan sudut kemiringan panel surya
Masukkan  data  beban  yang  telah  dihitung kapasitas  daya,  kuantitas  beban  dan  waktu pemakaian.
Gambar 6. Input Beban
Gambar 7. Penentuan waktu pemakai beban
Selanjutnya  adalah  menentukan  sistem  yang akan  digunakan,  mulaI  dari  panel  surya,  baterai, inverter dan  SCC  akan  ditentukan  merek  dan kapasitasnya. Data yang akan di input disesuaikan dengan hasil perhitungan yang telah dilakukan.
Gambar 8. Menentukan jenis baterai
Gambar 9. Menentukan Jenis Panel Surya
Selanjutnya Run simulasi yang dibuat, adapun hasil  dari  perencanaan  yang  telah  dibuat  adalah sebagai berikut:
Gambar 10 . Karakteristik PLTS yang digunakan
Dari hasil perencanaan menggunakan software PVSyst  dapat  dilihat  untuk  mensuplai daya  pada  laboratorium  fakultas  teknik  UMSU maka  digunakan  Panel  surya  sebanyak  1011 Modul  berkapastias  100  Wp.  Dimana  luas  area yang  dibutuhkan  adalah  sebesar  801  m 2 hanya untuk  instalasi  panel  surya  (belum  termasuk instalasi baterai)

## Realisasi Perencanaan PLTS
Dari hasil analisa yang telah dilakukan maka didapat  total  kapasitas  PLTS  untuk  membebani beban  pada  laboratorium  fakultas  teknik  adalah sebesar 111 kWp dengan panel 100 Wp sebanyak 1011Unit.  Jika  dilihat  dengan  menggunakan software berbasis  website  yaitu  Helioscope, adapun  tampak  atap  pada  laboratorium  fakultas teknik sebagai berikut:
Gambar 11. Luas Atap Gedung Laboratorium Fakultas Teknik UMSU
Maka  apabila  disimulasikan,  atap  gedung laboratorium  fakultas  teknik  UMSU  dapat dipasang  panel  surya  sebanyak  seperti  gambar dibawah ini.
Gambar 12. Simulasi PLTS pada roof-top gedung laboratorium fakultas teknik UMSU
Dari gambar diatas menurut aplikasi simulasi helioscope,  atap  gedung  laboratorium  fakultas teknik  UMSU  dapat  dipasang  secara  maksimal adalah  sebanyak  354  Modul  panel  surya  dengan kapasitas 280 Wp. Luas pada area rooftop gedung laboratorium  fakultas  teknik  UMSU  adalah sebesar 1.079 m 2 , dimana kebutuhan lahan untuk mensuplai  beban  yang  ada  yaitu  sebesar  801  m 2 dengan  panel  surya  berkapastias  100  wp.  Maka rofftop gedung Lab fakultas teknik UMSU layak dan  mampu  untuk  mensuplai  beban  umum  dan beban praktikum yang ada.

## 4. Simpulan
Adapun kesimpulan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Tingkat intensitas cahaya matahari pada lokasi penelitian  menurut  aplikasi  PVSyst  adalah sebesar  4.5  kWh/m 2 /hari.Beban  total  pada laboratorium  fakultas  teknik  setiap  harinya adalah sebesar 524,299 kWh/hari.
2. Untuk membebani total beban yang ada pada laboratorium  fakultas  teknik  UMSU  maka diperlukan  PLTS  dengan  kapasitas  111  kWp yang  terdiri  dari  1011  Unit  panel  surya berkapasitas  100  wp  dengan  baterai  100  ah sebanyak 525 unit.
3. Untuk  merealisasikan  PLTS  yang  telah direncanakan,  dapat  dipasang  pada rooftop laboratorium fakultas teknik. Menurut Software Helioscope rooftop lokasi penelitian dengan luas area 1000m 2 sedangkan kebutuhan panel surya adalah sebesar 801 m 2 . Maka roofftop pada  lokasi  penelitian  layak digunakan  untuk  PLTS  sebagai  pensuplai beban yang ada

## Daftar Pustaka
[1] R.  M.  Hamid,  R.  Rizky,  M.  Amin,  and  I.  B. Dharmawan,  “Rancang  Bangun  Charger Baterai  Untuk  Kebutuhan  UMKM,” JTT (Jurnal Teknol. Terpadu) , vol. 4, no. 2, p. 130, 2016, doi: 10.32487/jtt.v4i2.175.
[2] A. Wahid, Junaidi, and M. Arsyad, “Analisis Kapasitas Dan Kebutuhan Daya Listrik Untuk Menghemat  Penggunaan  Energi  Listrik  Di Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura,” J. Tek. Elektro UNTAN , vol. 2, no. 1, p. 10, 2014.
[3] B.  H.  Purwoto,  “Efisiensi  Penggunaan  Panel Surya  Sebagai  Sumber  Energi  Alternatif,” Emit. J. Tek. Elektro , vol. 18, no. 01, pp. 10– 14, 2018, doi: 10.23917/emitor.v18i01.6251.
[4] N.  Evalina,  Faisal  Irsan  Pasaribu,  and  Abdul Azis H, “The Use of Inverters in Solar Power Plants for Alternating Current Loads,” Britain Int.  Exact Sci.  J. ,  vol.  3, no. 3,  pp.  151–158, 2021, doi: 10.33258/bioex.v3i3.496.
[5] D.  Irpan  Riswandi  and  I.  Kahfi  Bactiar,
“Simulasi Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya  30  kWp  On-Grid  di  Kampus Universitas  Martim  Raja  Ali  Haji  (Umrah) Menggunakan  Software  PV*SOL,” Mustek Anim Ha , vol. 3, no. 3, p. 9, 2014.
[6] N.  Evalina,  F.  Irsan  Pasaribu,  A.  H.  Abdul Azis,  R.  Dimas  Ivana,  and  J.  Kapt  Muchtar Basri  No,  “Implementasi  Pembangkit  Listrik Tenaga  Surya  Kapasitas  200  Wp  Dengan Sistem  Solar  Charger  Pada  Beban  Kipas Angin,” Uisu ,  p.  62,  2021,  [Online].
Available: https://jurnal.uisu.ac.id/index.php/semnastek/ article/view/4143.
[7] D. Fuaddin and A. Daud, “Rancangan Sistem Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  On-Grid Kapasitas 20 kWp untuk Residensial,” J. Tek. Energi ,  vol.  10,  no.  1,  pp.  53–57,  2021,  doi: 10.35313/energi.v10i1.2329.
[8] H.  Asy’ari,  Jatmiko,  and  Angga,  “Intensitas Cahaya  Matahari  Terhadap  Daya  Keluaran Panel  Sel  Surya,” Simp.  Nas.  RAPI  XI  FT UMS , pp. 52–57, 2012.
[9] W.  Setiawan,  R.  Hermawan,  and  S.  Suardi, “Analisa Potensi Angin Dan Cahaya Matahari Sebagai Alternatif Sumber Tenaga Listrik Di Wilayah Laut Sawu,” JST (Jurnal Sains Ter. , vol.  4,  no.  1,  pp.  57–62,  2018,  doi: 10.32487/jst.v4i1.453.
[10] M.  Martawati,  “Analisis  Simulasi Pengaruh Variasi Intensitas Cahaya Terhadap Daya Dari Panel Surya,” J. Eltek , vol. 16, no. 1, p. 125, 2018, doi: 10.33795/eltek.v16i1.92.