## Sistem Pemantauan Konsumsi Energi Listrik Berbasis Web Sebagai Upaya Konservasi Energi
Web-Based Electrical Energi Consumption Monitoring as an Energy Conservation Effort
Angga Wahyu Aditya 1 , Nur Rani Alham 2 , Restu Mukti Utomo 3 , Hilmansyah 4 1,4 Jurusan Rekayasa Elektro, Politeknik Negeri Balikpapan
2,3 Fakultas Teknik, Universitas Mulawarman
E-mail: 1 angga.wahyu@poltekba.ac.id, 2 nurrani.alham@ft.unmul.ac.id,
3 restuutomo@ft.unmul.ac.id, 4 hilmansyah@poltekba.ac.id

## Abstrak
Sistem pemantauan energi listrik berbasis Internet of Things (IoT) yang terhubung dengan website menjadi  salah  satu  solusi  dalam  peningkatan  kapasitas,  efisiensi  dan  kemudahan  dalam menjalankan audit energi listrik sebagai upaya konservasi energi listrik. Sistem pemantauan ini diletakkan pada panel induk utama gedung untuk mendapatkan data pengukuran. PM2120 yang digunakan  dalam  sistem  pemantauan  ini  telah  berstandar  industri  dengan  prosentasi  error pengukuran dibawah 1%. Komunikasi Modbus berbasis RS485 digunakan untuk mengakses data pada ESP32. Data yang dikirimkan PM2120 merupakan data tegangan, arus, daya, energi (aktif, reaktif dan semu), frekuensi, power factor, harmonisa arus dan harmonisa tegangan yang diukur dari  pane  induk  utama  gedung.  Sistem  pemantauan  energi  listrik  ini  diterapkan  pada  gedung perkantoran yang menggunakan AC dengan total luas ruangan sebesar 1026 m 2 . Berdasarkan data tersebut, standar Instensitas Konsumsi Energi (IKE) gedung tersebut sebesar 4.4 kWh/ 𝑚 /bulan atau 52.73 kWh/ 𝑚 /tahun. Nilai ini menujukkan bahwa gedung tersebut termasuk dalam kriteria sangat efisien.
Kata kunci: IoT, Konservasi Energi, IKE, Sistem Pemantauan

## Abstract
An  Internet  of  Things  (IoT)-based  electrical  energy  monitoring  system  that  is  connected  to  a website is one of the solutions for increasing capacity, efficiency, and convenience in carrying out electrical energy audits as an effort to conserve electrical energy. This monitoring system is placed on the main panel of the building to obtain measurement data. The PM2120 used in this monitoring  system  has  industry  standards  with  a  measurement  error  percentage  below  1%. RS485-based Modbus communication is used to access data on the ESP32. The data sent by the PM2120 is the parameter data of voltage, current, power, energy (active, reactive, and apparent), frequency,  power  factor,  current  harmonics,  and  voltage  harmonics  taken  from  the  main building's panel. This electrical energy monitoring system is applied to office buildings with AC with  a  total  room  area  of  1026  m 2 .  Based  on  these data, the  building's  Energy  Consumption Intensity  standard    is  4.4  kWh/m 2 /month  or  52.73  kWh/m 2 /year.  This  value  indicates  that  the building is included in the very efficient criteria.
Keywords: IoT, Energy Conservation, IKE, Monitoring System

## 1. PENDAHULUAN
Konservasi energi merupakan salah satu upaya pengelolaan energi listrik yang memberikan dampak sangat besar bukan hanya pada pengoptimalan konsumsi energi dan biaya, melainkan berdampak pula pada lingkungan [1]. Konservasi energi haruslah dilaksanakan secara sistematis, terencana,  efektif  dan  terpadu  untuk  mengoptimalkan  penggunaan  energi.  Konservasi  energi
merupakan salah satu dari metode yang digunakan pada proses efisiensi konsumsi energi listrik [2].
Pengembangan  peralatan  yang  memudahkan  proses  konservasi  energi  telah  berkembang dengan pesat. Perkembangan peralatan yang memanfaatkan sensor seperti ACS712, ZMPT-101b dan PZEM-004T pada umumnya digunakan pada skala kecil yang menggunakan sistem satu fasa [3],  [4],  [5].  Sistem  pemantauan  daya  listrik  pada  skala  ini  pada  umumnya  menggunakan mikrokontroller seperti arduino, raspberry, dan ESP8266 untuk mengolah data pembacaan sensor [6], [7], [8]. Sistem pemantauan energi listrik menggunakan ACS712, ZMPT-101b dan PZEM- 004T  memiliki  keterbatasan  pada  arus  dan  tegangan.  Selain  itu,  sistem  ini  lebih  sesuai diaplikasikan pada sistem satu fasa. Meskipun PZEM-004T dapat mengukur arus, tegangan, daya, faktor  daya,  frekuensi,  dan  konsumsi  energi  pada  sistem  satu  fasa,  namun  belum  mampu mengukur harmonisa pada arus maupun tegangan [9], [10].
Sistem  pemantauan  energi  listrik  pada  jaringan  tiga  fasa  dapat  dilakukan  dengan menggunakan tiga buah PZEM-004T meskipun memiliki kekurangan dalam penentuan tegangan dan arus antar fasa. Hal ini akan jauh lebih sederhana apabila sistem pemantauan pada jaringan tiga  fasa  menggunakan power  meter tiga  fasa  seperti  PM  810  [11],  [12].  Kelebihan  dari penggunaan perangkat ini adalah, pada hampir keseluruhan power meter yang telah memenuhi standar mampu mengatasi semua permasalahan yang telah disampaikan.

## 2. METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  menggunakan power  meter PM2120  yang  dilengkapi  dengan  ESP32  untuk dapat terhubung dengan jaringan internet. Hal ini dikarenakan pada dasarnya PM2120 tidak dapat terhubung dengan jaringan internet, sehingga memerlukan perangkat tambahan seperti ESP32 dan NodeMCU untuk dapat terhubung ke internet. PM2120 mendapatkan data dari pembacaan sensor tegangan  dan  arus  pada  panel  utama  sebagaimana  ditunjukkan  oleh  gambar  1.  PM2120 menggunakan perangkat konversi RS485 to TTL untuk mengirimkan data ke ESP32 [13]. Data yang dikirimkan menggunakan format Java Script Object Nation (JSON). Data yang dikirmkan akan melalui proses parsing data untuk mendapatkan data parameter yang dikirmkan. ESP32 akan mengirimkan melakukan proses cloud computing yang mana akan ditampilkan melalui interface pada website. Data parameter yang diambil pada pembuatan sistem monitoring konsumsi energi adalah data arus, tegangan, energi (energi aktif delivered, energi reaktif delivered, energi semu delivered, energi aktif received, energi reaktif received, dan energi semu received ) pada masing – masing fasa, frekuensi, factor daya, dan harmonisa. Parameter – parameter inilah yang nantinya akan  dijadikan  parameter  utama  dalam  penentuan  IKE  dalam  konservasi  daya  [14],  [15]. Perhitungan IKE didasarkan atas perbandingan dari total energi yang dikonsumsi (kWh) terhadap luas keseluruhan bangunan (m 2 ) sebagaimana ditunjukkan oleh persamaan 1.
𝐼𝐾𝐸 = (1)
Sistem  pemantauan  konsumsi  energi  terdiri  atas  dua  panel  yang  dipasang  pada  gedung bertingkat  dengan air  conditioner (AC).  Panel  pertama  merupakan  panel  utama  gedung  yang dilengkapi  dengan  sensor  tegangan,  arus  dan  rangkaian  pengaman  lainnya  sebagaimana ditunjukkan oleh gambar 2. Sedangkan panel selanjunya adalah panel rangkaian yang terdiri atas power  meter PM2120, Miniature  Circuit  Braker (MCB),  DC switching  power  supply dan perangkat IoT seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.
Sistem  pemantauan  berbasis  website  didesain  menggunakan  platform  blynk  yang  telah terintegrasi  dengan  database.  Data  –  data  yang  dibaca  oleh  sensor  yang  terhubung  dengan PM2120  akan  dikirimkan  ke  ESP32  dengan  menggunakan  tambahan  perangkat  konversi  data sebagaimana pada Gambar 2. Data – data yang telah tertampung pada ESP32 kemudian akan dikirimkan ke platform blynk dengan mensinkronkan penamaan parameter yang telah dibuat pada program yang tertanam di ESP32 dengan inisialisasi pada platform blynk.

## Gambar 1. Diagram blok sistem pemantauan
Gambar 2. Panel induk utama gedung

## Gambar 3. Panel sistem pemantauan konsumsi energi

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengukuran tegangan dan arus pada beberapa publikasi ilmiah menggunakan sensor – sensor satu fasa seperti ACS712, ZMPT-101b dan PZEM-004T. Sensor tegangan ZMPT-101b memiliki prosentase  error  di  atas  1%  [16].  PZEM-004T  memiliki  rata  –  rata  prosentase  error  pada pengukuran tegangan sebesar 0.13% dan pada pengukuran arus sebesar 2.27% [17]. Sedangkan pada  sensor  ACS712  memiliki  rata  –  rata  prosentase  error  diatas  2%  [18],  [19].  Sehingga penggunaan  sensor  satu  fasa  tidaklah  efektif  dan  efisien  jika  digunakan  pada  sistem  tiga  fasa untuk  keperluan  pengukuran  IKE.  Selain  itu,  sensor  –  sensor  ini  memerlukan microcontroller seperti ESP8266, ESP32, dan arduino untuk membaca besaran – besaran listrik. Pada sistem tiga fasa, pengukur besaran listrik yang digunakan adalah power meter PM2120 yang telah berstandar dunia industri. Sehingga, nilai rata – rata error pada pembacaan data tegangan dan arus per fasa yang dibandingkan dengan alat ukur (KEW2117R) kurang dari 1% sebagaimana ditunjukkan oleh tabel 1.
Tabel 1. Prosentase error PM2120 dan alat ukur Parameter PM2120 Alat Ukur Error (%) Tegangan (V) R 394.1 392.3 393.4 394.3 392.1 393.7 0.05 0.05 0.08 S 397.9 395.7 396.8 397.8 396.4 394.6 0.03 0.18 0.55 T 395.6 394.5 395.6 395.5 395.2 396.2 0.03 0.18 0.15 Arus (A) R 9.72 10.52 12.23 9.71 10.51 12.21 0.10 0.10 0.16 S 26.89 24.63 25.92 26.83 24.60 25.89 0.22 0.12 0.12 T 16.68 15.72 18.53 16.64 15.75 18.51 0.24 0.19 0.11
Energy listrik pada pemantauan power meter terdiri atas energy listrik delivered sebagaimana ditunjukkan oleh gambar 4 dan energy listrik received yang ditunjukkan oleh gambar 5. Energy listrik  delivered  merupakan  energy  yang  masuk  ke  beban.  Sedangkan  energy  listrik  received merupakan  energy  yang  keluar  dari  beban.  Pengukuran  energy  dilalukan  setiap  detik  dan dinyatakan setiap jam. Pada pengukuran energy menggunakan prinsip pengukuran daya listrik pada  satuan  waktu  yang  mana  terdapat  tiga  jenis  energy,  yaitu:  energy  aktif  (kWh),  reaktif (kVARh) dan semu (kVAh) [11], [20], [21]. Persamaan energy dinyatakan oleh (1), dimana G merupakan energy aktif, reaktif ataupun semu. Sedangkan T adalah periode waktu pengukuran energy.
𝐸 =   ∫ 𝐺 𝛿(𝑡) (1)
Grafik  konsumsi  energi  listrik  melalui  pembacaan  PM2120  yang  terbuhung  dengan  IoT menggunakan aplikasi blynk sebagai sistem pemantauan jarak jauh berbasis website. Gambar 6 merupakan grafik hasil pemantauan energi listrik delivered (energi aktif, reaktif dan semu) dalam rentang  waktu  satu  hari  yang  dipantau  menggunakan  IoT  berbasis  website.  Sedangkan  grafik pemantauan energi listrik received ditunjukkan oleh gambar 7.
Gambar 4. Energi listrik delivered
Gambar 5. Energi listrik received
Gambar 6. Grafik energi listrik delivered

## Gambar 7. Grafik energi listrik received
Tegangan  dan  arus  per  fasa  pada  PM2120  merupakan  tegangan  dan  arus line-to-line . Tegangan  dan arus  yang  dibaca  oleh  PM2120  melalui  sensor  yang  terdapat  pada  panel  induk utama gedung. Hasil pembacaan tegangan ditunjukkan oleh gambar 8 sedangkan pembacaan arus per fasa ditunjukkan oleh gambar 9. Power factor (factor daya) dan frekuensi pada pembacaan PM2120  yang  telah  terintegrasi  dengan  sistem  IoT  ditunjukkan  oleh  gambar  10.  Sedangkan harmonisa arus pada masing – masing fasa dan harmonisa tegangan ditunjukkan oleh gambar 11.
Gambar 8. Tegangan per fasa
Gambar 9. Arus per fasa
Gambar 10. Frekuensi dan factor daya

## Gambar 11. Harmonisa arus dan tegangan
Sistem pemantauan energi listrik ini diterapkan pada gedung perkantoran yang menggunakan air conditioner (AC) dengan standar IKE seperti yang ditunjukkan oleh tabel 2 [22]. Berdasarkan pemantauan  yang  telah  dilakukan  selama  satu  tahun,  konsumsi  rata  –  rata  energi  listrik  yang digunakan adalah 4508.4 kWh per bulan atau 54100.8 kWh per tahun. Berdasarkan data konsumsi energi listrik dan luas bangunan gedung keseluruhan yang mencapai 1026 m 2 , maka didapatkan nilai  IKE  sebesar  4.4  kWh/ 𝑚 /bulan  atau  52.73  kWh/ 𝑚 /tahun.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa gedung tersebut termasuk kedalam kriteria sangat efisien.
Tabel 2. Standar IKE gedung perkantoran
Kriteria Dengan AC (kWh/m2/bulan) Tanpa AC (kWh/m2/bulan) Sangat Efisien <8.5 <3.4 Efisien 8.5 – 14 3.4 – 5.6 Cukup Efisien 14 – 18.5 5.6 – 7.4 Boros >8.5 >7.4

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN
Sistem  pemantauan  energy  listrik  dengan  menggunakan  IoT  merupakan  langkah  mudah dalam melakukan audit energy listrik dalam upaya konservasi energy listrik. PM2120 merupakan power  meter  yang  telah  memenuhi  standar  dunia  industri  dengan  tingkat  prosentasi  error pengukuran dibawah satu persen. Sedangkan pada sensor ACS712, PZEM-004T dan ZMPT-101b memiliki prosentase error yang lebih besar. Selain itu, penggunaan sensor tersebut memerlukan tambahan  microcontroller  untuk  mengakses  data  pengukuran  yang  menyebabkan ketidakefektifan.  PM2120  yang  dihubungan  dengan  ESP32  dengan  menggunakan  RS485 memungkinkan pemantauan yang tidak sebatas pada energy listrik, melainkan pemantauan pada sisi  tegangan,  arus,  daya  pada  masing  –  masing  fasa,  frekuensi,  factor  daya  dan  harmonisa (harmonisa tegangan dan arus). Berdasarkan hasil pemantauan, gedung perkantoran yang diukur merupakan  gedung  perkantoran  yang  menggunakan  AC  dengan  nilai  IKE  sebesar  4.4 kWh/m^2/bulan  atau  52.73  kWh/m^2/tahun.  Nilai  ini  menujukkan  bahwa  gedung  tersebut termasuk dalam kriteria sangat efisien. Pengembangan dapat dilakukan dengan mengembangkan konsep smart  building yang  mampu  mengotomatisasi  pengoptimalan  konsumsi  energi  listrik. Harapan dari penerapan smart building adalah efisiensi energi dan pengurangan biaya yang harus dibayarkan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   K. A. N. Saputra, I. B. G. Manuaba dan R. S. Hartati, "Upaya Konservasi Energi Listrik Pada  Kawasan  Pusat  Pemerintahan  Kabupaten  Badung  Mangupraja  Mandala," Majalah Ilmiah Teknologi Elektro, vol. 18, no. 1, pp. 41 - 46, 2019.
[2]   M.  T.  Asriyadi  dan  A.  R. Ambo,  "AUDIT  ENERGI  LISTRIK  DI  INDOMARET  PLUS BUMI PERMATA SUDIANG," Jurnal Teknologi Elektronika, vol. 1, no. 1, 2017.
[3]   Suhanto, A. S. Prabowo, R. I. Sudjoko dan W. Suryono, "The electrical energy usage of monitoring system at real-time using IoT as the primary policy of energy efficiency," in International  Conference  on  Advanced  Mechanical  and  Industrial  engineering ,  Banten, 2020.
[4]   N.  Kurniawan,  "Electrical  Energy  Monitoring  System  and  Automatic  Transfer  Switch (ATS)  Controller  with  the  Internet  of  Things  for  Solar  Power  Plants," Journal  of  Soft Computing Exploration, vol. 1, no. 1, pp. 16 - 23, 2020.
[5]   M. F. Pela dan R. Pramudita, "SISTEM MONITORING PENGGUNAAN DAYA LISTRIK BERBASIS  INTERNET  OF  THINGS  PADA  RUMAH  DENGAN  MENGGUNAKAN APLIKASI BLYNK," INFOTECH: JOURNAL OF TECHNOLOGY INFORMATION, vol. 7, no. 1, pp. 47 - 54, 2021.
[6]   F. Y. Limpraptono, E. Nurcahyo, M. I. Ashari, E. Yandri dan Y. Jani, "Design of Power Monitoring and Electrical Control Systems to Support Energy Conservation," Proceedings of the Pakistan Academy of Sciences, vol. 58, pp. 1-7, 2021.
[7]   M. D. Tobi dan V. N. V. Harling, "Wireless electric energy transmission system and its recording  system  using  PZEM004T  and  NRF24L01  module," Indonesian  Journal  of Electrical Engineering and Computer Science, vol. 21, no. 3, pp. 1372 - 1380, 2021.
[8]   I. B. G. Purwania, I. N. S. Kumara dan M. Sudarma, "Application of IoT-Based System for Monitoring  Energy  Consumption," International  Journal  of  Engineering  and  Emerging Technology, vol. 5, no. 2, pp. 81 - 93, 2020.
[9]   G. B dan S. George, "IoT Based Smart Energy Management System using Pzem-004t Sensor & Node MCU," International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), vol. 9, no. 7, 2021.
[10]  Syafii, A. Luthfi dan Y. A. Rozzi, "Design of Raspberry Pi Web-based Energy Monitoring System  for  Residential  Electricity  Consumption,"  in International  Conference  on Information Technology Systems and Innovation (ICITSI) , Bandung - Padang, 2020.
[11]  Y.  Badruzzaman,  "Real  Time  Monitoring  Data  Besaran  Listrik  Gedung  Laboratorium Teknik Sipil Politeknik Negeri Semarang," Jurnal Teknik Elektro Terapan (JTET), vol. 1, no. 2, pp. 50 - 59, 2012.
[12]  M. Shamshiri, C. K. Gan, K. A. Baharin dan M. A. M. Azman, "IoT-based electricity energy monitoring  system  at  Universiti  Teknikal  Malaysia  Melaka," Bulletin  of  Electrical Engineering and Informatics, vol. 8, no. 2, pp. 683 - 689, 2019.
[13]  K. S. Shinde dan P. H. Bhagat, "Industrial Process Monitoring Using IoT," in International Conference on I-SMAC (IoT in Social, Mobile, Analytics and Cloud) (I-SMAC) , Palladam, 2017.
[14]  A. W. Biantoro dan D. S. Permana, "ANALISIS AUDIT ENERGI UNTUK PENCAPAIAN EFISIENSI  ENERGI  DI  GEDUNG  AB,  KABUPATEN  TANGERANG,  BANTEN," Jurnal Teknik Mesin (JTM), vol. 06, no. 2, pp. 85-93, 2017.
[15]  M. T. Rahmanto dan Krismadinata, "RANCANG BANGUN INTERNET OF THINGS (iot) UNTUK KALKULASI INTENSITAS KONSUMSI ENERGI (IKE)," Jurnal Teknik, vol. 13, no. 2, pp. 186-193, 2019.
[16]  P. R. Adam, P. n. Gendroyono dan N. H. Yuninda, "MONITORING SUPLAI TEGANGAN PADA  MOTOR  INDUKSI  TIGA  FASA  MENGGUNAKAN  MIKROKONTROLER
ARDUINO  DAN  SENSOR  TEGANGAN  ZMPT101B," Journal  of  Electrical  and Vicationaleducation and Technology, vol. 5, no. 2, pp. 37-44, 2020.
[17]  I. Dwisaputra, Yudhi, K. Anggrainy dan S. Novaldy, "Kontrol dan Monitoring Stop Kontak Berbasis  Android," RESISTOR  (Elektronika  Kendali  Telekomunikasi  Tenaga  Listrik Komputer), vol. 4, no. 1, pp. 23 - 28, 2021.
[18]  M.  Taif,  M.  Y.  H.  Abbas  dan  Moh.Jamil,  "Penggunaan  Sensor  ACS712  dan  Sensor Tegangan untuk Pengukuran Jatuh Tegangan Tiga Fasa Berbasis Mikrokontroler dan Modul GSM shield," Jurnal PROtek, vol. 6, no. 1, pp. 42 - 47, 2019.
[19]  Mario, B. P. Lapanporoa dan Muliadi, "Rancang Bangun Sistem Proteksi dan Monitoring Penggunaan  Daya  Listrik  Pada  Beban  Skala  Rumah  Tangga  Berbasis  Mikrokontroler ATMega328P," PRISMA FISIKA, vol. VI, no. 01, pp. 26 - 33, 2018.
[20]  Tukadi, W. Widodo, M. Ruswiensari dan A. Qomar, "Monitoring Pemakaian Daya Listrik Secara  Realtime  Berbasis  Internet  of  Things," in Seminar  Nasional  Sains  dan  Teknologi Terapan VII 2019 , Surabaya, 2019.
[21]  T. Nusa, S. R. Sompie dan M. Rumbayan, "Sistem Monitoring Konsumsi Energi Listrik Secara Real Time Berbasis Mikrokontroler," Jurnal Teknik Elektro dan Komputer, vol. 4, no. 2, pp. 19 - 26, 2015.
[22]  H. Berchmans, S. Suaib, I. Agustina, R. Panjaitan dan Winne, Panduan Penghematan Energi di Gedung Pemerintah Sesuai Amanat Peraturan menteri ESDM No. 13 Tahun 2012 tentang Penghematan Pemakaian Listrik, Jakarta: USAID Indonesia Clean Energy Development, 2014.