## Rancang Bangun Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Sebagai Catu Daya Pompa Air Submersible
Suratno 1 , Bayu Dwi Cahyono 2
1,2 Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Samarinda Jl. Dr. Ciptomangunkusumo, Kampus Gunung Panjang, Smarinda, 75121 bayudcahyono.18642015@gmail.com
Abstrak - Pembangkit Listrik Tenaga surya (PLTS) sangat bagus untuk  digunakan  di  wilayah  Indonesia  yang  memiliki  potensi intensitas penyinaran matahari sebesar 207.8 GW serta memiliki sistem  dan  instalasi  yang  praktis.  Pengguna  PLTS  di  Indonesia jumlahnya terus meningkat terutama dalam skala rumah tangga. Namun sebagian besar masyarakat dihadapkan dengan berbagai macam  permasalahan  tentang  bagaimana  memilih  panel  surya dan  komponen-komponen  yang  memiliki  kualitas  yang  baik. Penelitian  ini  dilakukan  untuk  merancang,  mengetahui  serta kemampuan menguji kualitas panel surya dengan membandingkan  tegangan,  arus,  dan  daya  yang  dihasilkan  oleh panel.  Parameter  yang  menjadi  tolak  ukur  dalam  pengukuran adalah  suhu  pada  permukaan  panel  surya  dan  iradiasi  cahaya matahari untuk mengetahui kinerja dan menghitung nilai efisiensi panel  surya.  Berdasarkan  acuan  dan  referensi  yang  digunakan, hasil  dari  perancangan  ini  menggunakan  dua  buah  panel  surya monocrystaline sebesar 320 Wattpeak dengan beban pompa air ± 350 W. Efisiensi konversi energi matahari terbesar yang diperoleh adalah  sebesar  37,64%  dan  efisiensi  konversi  terkecil  adalah sebesar  9,91%.  Dengan  rata-rata  efisiensi  konversi  energi terhitung antara 18,46 % sampai dengan 20,62 %. Efisiensi pompa air  submersible  yang  disupai  oleh  sistem  sebesar  77.3  %. Perancangan  ini  diharapkan  mampu  membantu  para  pembaca dalam  proses  pembelajaran  dan  dapat  menjadi  acuan  dalam proses perencanaan.
Kata kunci: PLTS, Panel Surya, Iradiasi Matahari, Solar Charge Controller,  Power  Inverter,  Baterai  VRLA,  Pompa  Air Submersible.

## I . P ENDAHULUAN
Salah  satu  cara  untuk  mengatasi  masalah  kekeringan adalah dengan membangun desa mandiri air. Kekeringan sering terjadi  ketika  memasuki  musim  kemarau.  Hal  ini  disebabkan belum adanya sistem distribusi air yang terintegrasi yang dapat menyimpan air bersih.  Akan  membutuhkan banyak biaya  dan energi  untuk  memompa  dan  mendistribusikan  air.  Akan  tepai bagi  masyarakat  yang  hidup  di  wilayah  pelosok  daerah, mobilisasi  dan  akses  yang  sulit  mengakibatkan  tidak  adanya jaringan  listrik  yang  mengalir  menuju  wilayah  mereka  untuk menyelesaikan  permasalahan  tersebut.  Adanya  permasalahan tersebut  menjadikan  sebuah  investasi  pengembangan  jaringan listrik  ataupun  pembangunan  pembangkit  listrik  baru  menjadi tidak efektif, ditambah dengan adanya biaya operasional yang tidak  murah  mengakibatkan  terhambatnya  akses  energi  listrik di wilayah pelosok.
Pemerintah Republik Indonesia melalui Badan Riset dan Inovasi  Nasional  selaku  lembaga  pemerintah  yang  bertugas menyelenggarakan penelitian, pengembangan, pengkajian, dan
penerapan riset dan inovasi di Indonesia, telah menyiapkan riset prioritas energi baru terbarukan dalam Prioritas Riset Nasional 2020–2024.  Pemanfaatan  Energi  Baru  Terbarukan  diyakini dapat memberikan solusi energi dimasa depan dan memberikan banyak manfaat, tidak hanya untuk meningkatkan pertumbuhan ekonomi  nasional,  namun  juga  manfaat  bagi  lingkungan. Pemanfaatan energi baru terbarukan diyakini akan mengurangi ketergantungan terhadap penggunaan energi fosil, menggantinya  dengan  sumber  energi  yang  tak  akan  habis seperti air, matahari, angin, laut, sampah, hingga biofuel.
Salah satu energi alternatif yang memiliki potensi terbesar di  Indonesia  adalah  energi  surya  atau  tenaga  matahari. Kelebihan  energi  matahari  adalah  bebas  dari  polusi.  Energi surya  yang  dimaksimalkan  dapat  memberikan  fleksibilitas dalam  menggerakkan  generator  untuk  menyelesaikan  proses produksi  energi  listrik  yang  mendesak  sambil  meminimalkan biaya.  Teknologi  ramah  lingkungan  ini  sangat  murah,  solusi bagi  daerah  yang  terkena  dampak  kekeringan,  dan  sulitnya mendapatkan air minum bersih. Teknologi energi terbarukan ini sangat  bermanfaat  bagi  masyarakat  yang  kesulitan  alam mengakses air bersih.
Perkembangan  teknologi  dalam  waktu  singkat  telah mencapai  perkembangan  yang  sangat  pesat.  Setelah  banyak digunakan  oleh  perusahaan  besar,  teknologi  fotovoltaik  kini semakin banyak digunakan dalam kebutuhan rumah dan lampu jalan. Memanfaatkan PLTS untuk keperluan modernisasi dalam berbagai  bidang  kehidupan  dapat  membantu  masyarakat  desa dalam  mengurangi  ketergantungan  terhadap  sumber  energi berbahan fosil.
Pemanfaatan  energi  matahari  tidak  memerlukan  biaya yang cukup banyak karena sudah tersedia secara gratis. PLTS juga  dapat  dengan  mudah  dipindah–pindahkan  sesuai kebutuhan.  Pemanfaatan  PLTS  sebagai  sumber  untuk menggerakkan  mesin  pompa  air  memberikan  alternatif  untuk mengurangi  biaya  rutin  penggunaan  mesin  pompa  air  yang bersumber dari PLN. Berdasarkan latar belakang tersebut maka penelitian  ini  akan  melakuakan  rancang  bangun  sistem pembangkit  listrik  tenaga  surya  pada  mesin  pompa  air submersible dengan menggunakan panel surya sebagai sumber energinya.

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Energi Matahari
Energi  matahari  merupakan  sumber  energi  yang  sangat penting  dan  dibutuhkan  oleh  bumi  dan  seluruh  penghuninya. Energi surya berdampak di berbagai fenomena yang terjadi di bumi  mulai  dari  pergantian  musim,  pergerakan  arus  laut,
perubahan cuaca, pergantian iklim, radiasi matahari, fenomena aurora di kutub.
Energi surya yang sampai pada permukaan bumi disebut sebagai  solar  irradiance  atau  iradiasi  matahari  yang  diukur melalui  besarnya  energi  surya  pada  suatu  luas  permukaan. Karakteristik  sumber  energi  surya  sangat  penting  dalam pengukuran  performa  dari  fotovoltaik.  Radiasi  di  permukaan bumi  dapat  dijelaskan  melalui  tiga  komponen  yaitu Direct Normal Iradiance (DNI), Diffuse Horizontal Irradiance (DHI), dan Global Horizontal Irradiance (GHI). Untuk yang pertama adalah Direct Normal Iradiance (DNI), DNI merupakan jumlah iradiasi  pada  matahari  yang  diterima  oleh  permukaan  yang tegak lurus ataupun normal terhadap datangnya sinar dari arah matahari  per  satuan  luas.  Nilai  DNI  sangat  dipengaruhi  oleh sudut antara zenith atau sudut theta (θ) terhadap sinar matahari datang.  Yang  kedua  adalah Diffuse  Horizontal  Irradiance (DHI), DHI merupakan jumlah iradiasi matahari yang diterima per  satuan  luas  yang  tidak  secara  langsung  akan  tetapi terhamburkan ( scattered ) oleh partikel dan molekul di atmosfer. Dan  komponen  yang  ketiga  dan  terakhir  adalah Global Horizontal  Irradiance (GHI),  GHI  adalah  jumlah  radiasi matahari yang diterima pada permukaan horizontal.
Gambar 1.   Sudut Zenith antara Permukaan Bumi dan Matahari [5]
Beberapa  macam  optimasi  dapat  dilakukan  untuk mendapatkan iradiasi matahari yang lebih banyak diantaranya adalah  mengatur  kedudukan  modul  fotovoltaik,  mengikuti pergerakan arah matahari, menentukan posisi sudut kemiringan, sudut deklinasi, pemilihan bujur dan lintang, sudut zenith, sudut datang  matahari,  sudut  permukaan  azimuth,  serta  sudut terhadap pergerakan arah matahari. Posisi relatif matahari yang berada di langit ( sky dome ) terhadap posisi  modul  fotovoltaik untuk  mendapatkan  energi  yang  maksimal  disebut  dengan istilah orientasi matahari.
Gambar 2.   Orientasi Sudut antara Panel Surya dan Matahari [5]
Berlimpahnya sumber EBT tersebut memberikan peluang bagi  Indonesia  untuk  mandiri  secara  energi  serta  memiliki ketahanan  energi  yang  memadai.  Potensi  EBT  khususnya energi  surya  untuk  membangkitkan  energi  listrik  mempunyai potensi  yang  cukup  baik  dan  merata  di  seluruh  wilayah Indoensia.  Hal  tersebut  disebabkan  oleh  wilayah  Indonesia secara astronomis berada disekitar garis khatulistiwa sehingga cahaya  matahari  tersedia  disepanjang  tahun.  Keunggulan  dari memanfaatkan  energi  surya  adalah  sumber  energi  tersebut mudah  untuk  didapatkan,  ramah  lingkungan,  serta  dapat digunakan di berbagai macam kondisi geografis.
Tabel 1. Potensi Sumber Energi Baru Terbarukan Di Indonesia [5] No. Jenis Energi Primer Potensi 1. 2. 3. 4. 5. 6. Angin Bioenergi Energi Laut Panas Bumi Surya Tenaga Angin 60,60 GW 32,60 GW 17,90 GW 28,50 GW 207,8 GW 94,30 GW

## B. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)
Energi  surya  merupakan  salah  satu  sumber  energi alternatif  yang  potensial,  dan  karena  matahari  tidak  pernah hilang  dan  dapat  digunakan  sebagai  pembangkit  listrik,  ada prospek yang besar untuk dikembangkan. Di Samarinda, waktu penyinaran matahari berfluktuasi dimulai dari jam 6 pagi samai dengan  jam  6  sore  atau  sekitar  12  jam  setiap  harinya  dengan intensitas  yang  cukup. Untuk  memanfaatkan  energi  matahari tersebut  menjadi  sumber  energi  listrik,  diperlukan  suatu  alat yang  bisa  mengubah  cahaya  matahari  menjadi  energi  listrik berupa  semikonduktor  yang  disebut  sel  surya.  Pada  proses pembangkit  fotovoltaik  ini  sangat  efisien  karena  tidak memerlukan keahlian khusus untuk memasang, mengoperasikan dan melakukan pemeliharaan. Pada daya yang relatif rendah, PLTS dapat digunakan untuk beban ringan atau daya yang dihasilkan dapat digunakan sebagai daya cadangan. Misalnya,  dapat  digunakan  untuk  beban  ringan  darurat  kecil jika  terjadi  pemadaman  listrik  dengan  generator  tradisional. PLTS merupakan salah satu dari pembangkit listrik skala rumah tangga  yang  sangat  sederhana  dan  mudah  diterapkan  dalam pemenuhan kebutuhan listrik harian, sehingga penggunaannya merupakan  salah  satu  cara  yang  ramah  lingkungan  untuk menunjang kebutuhan listrik masyarakat dengan memanfaatkan sinar matahari. PLTS secara umum di masyarakt sering disebut juga dengan tenaga surya atau solar energy .
C. Modul Fotovoltaik
Salah  satu  komponen  terpenting  dari  suatu  sistem  PLTS yang bertugas untuk mengonversi energi surya menjadi energi listrik  adalah  modul  fotovoltaik.  Perkembangan  teknologi fotovoltaik dari generasi ke generasi hingga inovasi yang dibuat untuk  meningkatkan  efisiensi  dan  keandalan  sistem  PLTS mulai  dari  pasivisasi  dielektrik,  fotovoltaik  bifasial,  hingga interdigitasi kontak permukaan belakang.
Modul  fotovoltaik  memanfaatkan  sebagian  cahaya matahari  yang  menerpa  sel  fotovoltaik  yang  kemudian merubahnya menjadi energi listrik. Sel surya adalah media yang dapat mengubah energi matahari (sinar cahaya) menjadi energi listrik  DC  melalui  bahan  semikonduktor.  Prinsip  kerja  sel fotovoltaik  secara  sederhana  adalah  memanfaatkan  tumbukan partikel  foton  dari  sinar  matahari  terhadap  elektron  pada sambungan p-n atau dikenal dengan sebutan p-n junction yang dapat  diukur  dalam  satuan  Volt  atau  eV.  Foton  dari  cahaya membentur elektron valensi atom semikonduktor dengan energi yang besar sehingga elektron lepas dari atom dan bergerak ke daerah pita konduksi. Elektron yang tertumbuk akan bergerak melalui hole dimana pergerakan tersebut menghasilkan energi listrik seperti yang digambarkan pada gambar berikut.
Gambar 3.   Prinsip Kerja Sel Fotovoltaik [5]
Pengelompokan dari sel fotovoltaik merupakan kumpulan dari beberapa sel fotovoltaik ( solar cell ) yang terhubung dalam satu  sirkuit  dinamakan  modul  fotovoltaik  ( solar  module ). Modul  fotovoltaik  kemudian  dienkapsulasi  oleh  material transparan  ( transparent  glass )  dan  material  Aluminium  (Al). Tujuannya adalah untuk melindungi sel surya dari lingkungan luar dan memastikan penggunaan yang optimal. Kumpulan dari modul fotovoltaik yang terhubung secara elektris dalam suatu struktur  kerangka  disebut  dengan  panel  fotovoltaik  ( solar panel ).
Modul  fotovoltaik  dibedakan  kedalam  beberapa  jenis, diantaranya adalah:
1) Silikon Kristal Tunggal ( Mono-Crystalline )
Material  silikon  kristal  tunggal  atau  yang  dikenal dengan  sebutan Mono-Crystalline (m-Si)  dibuat  dengan tingkat kemurnian yang sangat tinggi ( high purity silicon ingots ).  Salah  satu  metode  konvensional  yang  umum digunakan  untuk  memurnikan  Silikon  yaitu  dengan  cara memutar  batang  Silikon  padat  pada  suatu  bejana  yang berisikan  Silikon  cair.  Hasil  dari  pemunian  diperoleh Kristal  Silikon  dalam  bentuk  silinder  yang  kemudian dipotong  tipis  menjadi  wafer  berbentuk  kotak  namun sudutnya  tidak  lancip.  Wafer  tersebut  kemudian  disusun menjadi satu modul fotovoltaik Monokristalin.
Monokristalin  adalah  sel  surya  yang  berbentuk kepingan tipis yang terbuat dari kristal berbentuk batang berbahan  silikon  murni.  Monokristalin  merupakan  jenis sel surya yang memiliki efisiensi energi yang tinggi karena bentuk  sel  yang  identik  satu  sama  lain  dan  memiliki kinerja  yang  tinggi.  Efisiensi  energi  dari  monokristalin sekitar 15–20%.
2) Silikon Polikristalin ( Poly-Crystalline ) Material  Polikristalin  atau  yang  dikenal  dengan sebutan Poly  Crystalline (multi-Si)  dapat  dibuat  dengan block  casting  yang  dipanaskan  dengan  temperatur  tinggi sehingga dihasilkan Polisilikon dengan tingkat kemurnian 99,99%. Hasil peleburan Polikristalin dicetak membentuk dadu ( brick ) yang kemudian dipotong tipis menjadi wafer. Tahap  selanjutnya  adalah  proses  pencampuran  ( doping ) membentuk  lapisan  tipe-p  dan  tipe-n  yang  kemudian disambung  ( wiring )  dan  dilapis  ( coating )  menghasilkan modul fotovoltaik polikristalin.
Polikristalin merupakan salah satu dari jenis sel surya yang  memiliki  bentuk  persegi,  sel  surya  ini  terbuat  dari kumpulan beberapa kristal silikon berbentuk batang yang disatukan  melalui  proses  peleburan.  Bahan  pembuatan dari  polikristalin  tidak  menggunakan  silikon  murni. Kemurnian  silikon  pada  polikristalin  lebih  rendah dibandingkan  dengan  monokristalin.  Bentuk  sel  surya yang dihasilkannya tidak identik satu sama lain sehingga efisiensi energi yang dihasilkannya hanya sekitar 13–16%. Tampilan  fisiknya  terlihat  seperti  memilik  pecahan  kaca [5].
Gambar 4.   Modul Surya Generasi 1 [5] (kiri) Monokristalin; (kanan) Polikristalin
D. Solar Charge Controller
Solar Charge Controller (SCC) atau disebut juga dengan kontrol  pengisian  baterai  merupakan  piranti  elektronik  yang berfungsi  untuk  mengatur  arus  yang  masuk  ke  baterai  dari modul fotovoltaik sehingga pengisian baterai menjadi optimal, dalam  artian  tidak  terjadi  kurang  pengisian  atau  kelebihan pengisian.  Untuk  mendapatkan  tingkat  keluaran  daya  yang maksimal  dari  modul  fotovoltaik  maka  diperlukan  adanya algoritma  sistem  yang berfungsi  memaksimalkan  kerja  modul fotovoltaik  dapat  mencapai  titik  kerja  optimalnya.    Jika penggunaan  modul  fotovoltaik  langsung  diintegrasikan  ke baterai  atau  konsumen  DC,  modul  fotovoltaik  akan  mencapai
titik  operasi  maksimum  karena  energi  yang  dihasilkan tergantung pada intensitas sinar matahari yang datang.
SCC  biasanya  memiliki  kemampuan  untuk  mendeteksi kapasitas baterai. Ketika baterai terisi penuh, panel surya akan secara  otomatis  menghentikan  arus  pengisian  (tegangan cut– off ).  Prosedur  ini  dilakukan  saat  memantau  level  tegangan baterai. SCC mengisi baterai ke tingkat tegangan tertentu, tetapi ketika  tingkat  tegangan  turun  di  bawah  nilai  tertentu,  baterai diisi ulang. Sistem kerja dari SCC ini adalah pada saat tegangan pengisian baterai telah penuh maka control akan menghentikan suplai  tegangan  ke  baterai,  selanjutnya  tegangan  yang dihasilkan  bisa  langsung  didistribusikan  ke  beban.  Pada  saat voltase  pada  batrai  akan  kosong  maka  control  akan menghentikan pengambilan arus listrik pada baterai yang akan digunakan  oleh  beban.  Pada  saat  voltase  tertentu  (umumnya 10% voltase  yang tersisa pada baterai),  maka pemutusan arus akan langsung dilakukan oleh controller .
Ada  dua  jenis  pengontrol  pengisian  daya  yang  perlu dipertimbangkan:  controller Pulse  Width  Modulation (PWM) dan controller Maximum Power Point Tracking (MPPT). MPPT mempunyai  efisiensi  lebih  tinggi  diatas  PWM  dalam  hal memanfaatkan  daya  panel  surya  untuk  mengisi  daya  baterai secara  maksimal. MPPT bekerja dengan cara  membatasi nilai output  untuk  memastikan  pengisian  pada  baterai  tidak berlebihan.  SCC  MPPT  akan  memantau  dan  menyesuaikan energi  listrik  yang  masuk  untuk  mengatur  arus  sistem  tenaga surya.  SCC  MPPT  menurunkan  tegangan  dan  meningkatkan arus. Sebagai hasilnya, output keseluruhan akan meningkat dan akan mendapatkan efisiensi 90% atau lebih tinggi. SCC MPPT lebih umum digunakan saat ini sebagai penggunaan controller secara  umum.  Pengontrolannya  dimisalkan  seperti  pada  saat cuaca  mendung,  MPPT  akan  mengurangi  arus  yang  diambil untuk mempertahankan tegangan yang diinginkan pada output panel. Ketika cuaca cerah, MPPT akan kembali menerima lebih banyak arus dari panel surya.

## E. Baterai
Salah satu kunci dari pesatnya pertumbuhan PLTS adalah teknologi  penyimpanan  energi.  Penyimpanan  energi  ( energy storage )  atau  dapat  disebut  dengan  akumulator  merupakan suatu  media  penyimpanan  berbagai  bentuk  energi  untuk berbagai  kepentingan  terutama  di  bidang  ketenagalistrikan. Energi  yang  dapat  disimpan  berupa  energi  potensial,  kimia, listrik, dan lain sebagainya. Sebagian besar energi listrik yang dihasilkan  oleh  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Energi  Baru Terbarukan dalam kondisi tertentu tidak dapat digunakan secara langsung  dan  harus  disimpan  terlebih  dahulu.  Energi  hanya dikonsumsi pada  malam  hari, jika terjadi kegagalan, atau bila diperlukan dalam kondisi operasi tertentu.
Dari berbagai teknologi penyimpanan, salah satu metode penyimpanan  energi  yang  paling  umum  digunakan  dalam sistem energi surya saat ini dikenal sebagai sistem penyimpanan baterai,  atau  sistem  penyimpanan  energi  baterai  "BESS"  atau yang  lebih  dikenal  dengan Battery  Energy  Storage  System . Sederhananya, baterai terdiri dari dua sel elektrokimia dengan polaritas positif (anoda) dan negatif (katoda) dan elektrolit yang bertindak  sebagai  konduktor.  Output  arus  yang  dihasilkan adalah DC. Baterai umumnya menggunakan sistem tegangan 6 VDC,  12  VDC,  24  VDC  atau  48  VDC.  Baterai  memiliki kemampuan  untuk  pengisian  ( charge )  dan  juga  pelepasan
( discharge ).  Karena  kemampuannya  untuk  diisi  ulang  ( re- chargable )  maka  baterai  pada  sistem  PLTS  disebut  dengan baterai sekunder. Walaupun sifatnya tidak menghasilkan energi listrik,  namun  fungsi  penyimpanan  energi  perlu  diperhatikan dalam perencanaan sistem PLTS baik dengan konfigurasi yang berdiri  sendiri  ataupun  terhubung  ke  jaringan.  Tanpa  BESS, energi surya hanya dapat dimanfaatkan mulai pagi hingga sore hari saja. Dengan penambahan BESS maka energi listrik dapat disimpan  pada  saat  matahari  bersinar  dan  digunakan  pada malam hari.

## F. Power Inverter
Power  Inverter atau  sering  disebut  dengan  Inverter merupakan  suatu  perangkat  elektronik  yang  berfungsi  untuk mengubah arus listrik searah (DC) menjadi arus listrik bolak– balik  (AC)  pada  tegangan  dan  frekuensi  yang  dibutuhkan, sesuai dengan perancangan rangkaiannya. Sumber-sumber arus listrik searah atau arus DC yang merupakan input dari inverter tersebut  dapat  berasal  dari  baterai  atau  aki  maupun  langsung dari Sel Surya ( solar cell ). Inverter lebih efektif digunakan di daerah–daerah yang memiliki keterbatasan pasokan arus listrik AC. Dengan adanya Inverter, daya listrik yang dihasilkan oleh baterai  ataupun  Sel  Surya  dapat  digunakan  menggerakan peralatan-peralatan rumah tangga seperti televisi, kipas angin, komputer  atau  bahkan  kulkas  dan  mesin  cuci  yang  pada umumnya  memerlukan  sumber  listrik  AC  yang  bertegangan 220 Volt.
Bentuk gelombang yang dihasilkan oleh Inverter beberapa diantaranya  adalah  gelombang  persegi  ( square  wave ), gelombang  sinus  ( sine  wave ),  gelombang  sinus  yang dimodifikasi  ( modified  sine  wave )  dan  gelombang  modulasi pulsa  lebar  ( pulse  width  modulated  wave )  tergantung  pada desain rangkaian inverter yangdigunakan. Pada saat ini, bentuk- bentuk  gelombang  yang  paling  banyak  digunakan  adalah bentuk gelombang sinus ( sine wave ) dan gelombang sinus yang dimodifikasi ( modified sine wave ). Untuk frekuensi listrik yang dihasilkan umumnya sekitar 50 Hz atau 60 Hz, dengan tegangan output yang dihasilkan sekitar 120 Volt atau 240 Volt. Output daya listrik yang paling umum ditemui adalah sekitar 150 Watt sampai dengan 3.000 Watt.

## G. Pompa Air Submersible
Pompa  Submersible  ini  merupakan  pompa  sentrifugal yang  prinsip  kerjanya  ialah  mengubah  energi  kinetis  atau kecepatan  putaran  menjadi  suatu  energi  potensial.  Energi potensial ini yang digunakan untuk mendorong air atau cairann dari sumber air ke permukaan. Energi ini dihasilkan dari suatu impeller  yang  berputar  dalam  casing  atau  rumah  pompa.  Jadi cara kerja pompa submersible ini berbeda dengan jenis pompa Jet Pump. Pada pompa submersible ini kerjanya ialah dengan cara mendorong airnya menuju ke permukaan.
Pompa  air  submersible  lebih  efisien  karena  pompa  ini tidak  boros  energi  untuk  menarik  cairan  ke  dalam  pompa, seperti  pada  pompa  jenis  lainnya.  Dan  juga  motor  mesinnya dapat didinginkan langsung oleh cairan yang ada di sekitarnya, sehingga  bisa  mencegah  terjadinya overheating pada  pompa. Untuk  pompa  submersible  harus  tenggelam  di  dalam  air  atau cairan yang akan dipompakannya. Motor pompa dibungkus dan dikemas secara rapat dan kedap air. Di sekelilingnya akan diisi dengan  minyak  guna  melindunginya  dari  kerusakan  yakni
mencegah  masuknya  cairan  apapun  yang  dapat  menyebabkan korsleting ke dalam motor pompa.
Pompa  ini  digerakkan  oleh  motor  yang  menyatu  dengan bodi  pompa  dan  tertutup  rapat.  Kabel  listrik  untuk menggerakkan motor terhubung dengan pompa dengan koneksi khusus yang memastikan air tidak dapat masuk ke dalam motor pompa  meskipun  dalam  kondisi  terendam.  Secara  teknis  cara kerja  pompa  submersible  sama  dengan  pompa  air  pada umumnya, yaitu mengubah energi motor listrik menjadi energi tekanan  dengan  putaran  impeller  pompa.  Putaran  ini menciptakan  kondisi  yang  mendorong  air  keluar  dari  pompa melalui sisi [12].

## III. METODE PENELITIAN

## A. Alur Penelitian
Langkah awal yang penulis dalam mengerjakan penelitian ini  adalah  melakukan  pencarian  data–data  penelitian berdasarkan  pada  buku  pedoman,  jurnal-jurnal  skripsi  dan sumber  lainnya  yang  berkaitan  dengan  pembangkit  listrik tenaga  surya  sebagai  acuan  dalam  perancangan  alat  dan penulisan skripsi. Urutan langkah–langkah yang dilalui penulis dalam melaksanakan penelitian sebagai berikut:
 Diawal  perancangan  PLTS  sebagai  catu  daya  pompa  air submersible,  kegiatan  pertama  yang  dilakukan  adalah dengan  melakukan  observasi  dengan  mencari  referensi dari berbagai sumber seperti buku–buku, jurnal ilmiah dan datasheet,  tentang  komponen  yang  digunakan,  cara perhitungan  dan  perencanaan  modul  surya  serta  jenis beban yang digunakan.
 Membuat  rancangan  sistem  yang  akan  digunakan, didalamnya  termasuk  melakukan  perhitungan  kapasitas sel surya, perhitungan baterai, penentuan komponen yang akan  digunakan,  dan  penggunaan  beban  harian  sesuai dengan acuan referensi yang digunakan. Perhitungan yang baik dan benar ditunjukan agar menghasilkan kinerja yang maksimal  pada  alat.  Setelah  menghitung  kapasitas  sel surya  dan  penggunaan  beban  harian,  maka  dapat dilakukan  proses  pemilihan  komponen-komponen  yang digunakan  untuk  pembuatan  alat.  Pemilihan  komponen dipilih  berdasarkan  cara  kerja,  efisiensi  dan  biaya investasi.
 Setelah  perancangan  alat  telah  selesai  maka  dapat memulai  proses  pembuatan  kerangka  alat  berdasarkan perancangan alat. Setelah pembuatan kerangka alat maka dapat  memulai  proses  pemasangan  komponen  yang digunakan  pada  kerangka  alat  yaitu  mulai  dari pemasangan  modul  surya,  SCC,  inverter,  baterai  serta instalasi  kabel.  Setelah  pemasangan  komponen,  maka dilanjutkan  dengan  pemeriksaan  alat  mulai  dari pengecekkan  komponen  yang  terpasang,  kerapian instalasi dan fungsi dari tiap tiap komponen.
 Setelah  proses  perencanaan  selesai  maka  dilakukan pengujian  pada  komponen  tersebut  untuk  mengetahui apakah  nilai  daripada  alat  tersebut  sesuai  dengan parameter  datasheet  yang  digunakan.  Jika  komponen sudah  sesuai  dengan  yang  diharapkan  maka  dapat dilanjutkan pada tahap perancangan alat.
 Setelah  pemeriksaan  alat  telah  dilakukan  maka  dapat dilakukan  pengujian  dan  pengambilan  data  yang diperlukan pada alat tersebut.
 Jika cara kerja alat dan nilai yang dihasilkan sudah sesuai dengan  yang  diharapkan  maka  dapat  dilanjutkan  dengan penulisan skripsi namun apabila belum sesuai maka dapat kembali  pada  tahap  pemeriksaan  alat  untuk  dilakukan pemeriksaan  kembali  pada  tiap–tiap  komponen  yang digunakan.

## B. Gambaran Umum Sistem PLTS
Gambaran  umum  sistem  PLTS  yang  akan  dirancang sebagai catu daya pompa air submersible memiliki komponen utama  yaitu  terdiri  dari  beberapa  bagian  yang  diantaranya adalah  modul  surya,  SCC,  baterai,  inverter  dan  pompa  air submersible.  Gambaran  umum  sistem  dapat  dilihat  pada gambar berikut:
Gambar 5. Single Line Diagram Sistem PLTS
Gambaran  umum  sistem  dibuat  agar  proses  kerja  sistem dapat  dilihat  secara  bertahap  sehingga  memudahkan  dalam proses perancangan. Dari gambaran umum sistem pada gambar dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Panel surya  yang digunakan sebanyak dua buah berjenis Monocrystalline dengan  masing–masing  daya  maksimal yang  dapat  dihasilkan  panel  sebesar  160  WP  sebagai sumber energi listrik dari sistem ini.
2. Mini  Circuit  Breaker berfungsi  untuk  mengisolasi rangkaian sistem dari gangguan arus lebih dan hubungan singkat.
3. SCC yang  berfungsi  mencegah  pengisian  energi  baterai yang  berlebihan  dengan  membatasi  jumlah  dan  laju pengisian daya ke baterai.
4. Baterai  berfungsi  untuk  menyimpan  energi  listrik  yang dihasilkan  oleh  panel  surya.  Baterai  yang  digunakan berupa jenis lead acid VRLA.
5. Inverter yang berfungsi mengubah daya Arus Searah (DC) yang dihasilkan oleh panel surya menjadi arus bolak-balik standar  (AC)  yang  digunakan  oleh  beban.  Jenis  inverter digunakan  berupa pure  sine  wave dengan  kapasitas mengikuti besarnya daya maksimal pada beban.
6. Beban  yang  digunakan  pada  alat  ini  adalah  pompa  air submersible dengan daya yang tertera pada nameplate 180 Watt.

## C. Perencanaan Komponen Sistem PLTS
1. Perhitungan Beban Pompa Air Submersible
Beban  yang  akan  digunakan  pada  pengujian  ini  adalah pompa  air  jenis  submersible  dengan  nameplate  daya  sebesar 180 Watt, dengan tegangan masukan sebesar 220 Volt AC.
Tabel 2. Spesifikasi Pompa Air Submersible No Keterangan Spesifikasi 1 Type 3MCDM2/8 2 Tegangan (V) 220V 3 Frekuensi (f) 50 Hz 4 Phasa 1 ~ 5 Daya (HP) 0,25 HP 6 Daya (kW) 0,18 kW 7 Rpm 2.850 r/min 8 Daya Dorong Debit Air 35 meter 5 L/min 29 meter 25 L/min 14 meter 45 L/min
Gambar 5.   Pompa Air Submersible
Sebelum  dilakukan  pengujian  terhadap  sistem  PLTS, penulis  melakukan  pengujian  kinerja  pompa  air  submersible menggunakan  sumber  PLN.  Pada  saat  dilakukan  pengujian pada  pompa  besaran  daya  dengan  sumber  PLN,  nilai pengukuran berbeda dengan daya yang tertera pada nameplate, hasil pengujian tersebut adalah ditampilkan pada tabel berikut.
Tabel 3. Data Pengujian Pompa Air Submersible Dengan Sumber Pln V AC (Volt) I AC (Ampere) PF Daya (Watt) 229,8 1,91 0,99 434
Proses  perhitungan  beban  dilakukan  secara  matematis yang  akan  membahas  penggunaan  daya  pada  pompa submersible. Daya yang akan digunakan pompa air submersible dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
Pemakaian Energi =   Daya x Waktu Pemakaian =   434 Watt x 4 Hour
=   1.736 Wh

## 2. Perhitungan Kapasitas Panel Surya Pada Sistem PLTS
Dalam  perencanaan  sistem  PLTS  ini,  untuk  menentukan jumlah panel surya yang digunakan adalah mengetahui terlebih dahulu  nilai  Wattpeak  yang  merupakan  besarnya  atau optimalnya  nominal  daya  tertinggi  yang  dapat  dihasilkan  dari sebuah  panel  surya.  Dan  titik  puncak  penyinaran  matahari berlangsung  sekitar  5  jam.  Panel  surya  yang  akan  digunakan pada  perencanaan  sistem  PLTS  ini  memiliki  kapasitas  Pm
sebesar  160  Wattpeak.  Dari  parameter  tersebut,  maka  dapat diketahui  kebutuhan  panel  surya  dengan  menggunakan persamaan berikut.
Jumlah Panel Surya  =
( Watt optimum time (hour) )
P m = ( 1.736 Wh 5 h ) 160 Wp =   2,17 ≈ 2 Modul Surya
Untuk mengetahui besaran dari nilai Vmp array dan Imp array  pada  modul  surya,  perlu  melihat  nilai  spesifikasi  yang terterapa  pada  panel  surya  yang  dipakai.  Panel  surya  yang digunakan disusun secara paralel sehingga didapatkan tegangan sistem 12 Volt  yang  nilainya  dapat disesuaikan dengan rating SCC yang digunakan dikisaran tegangan 12/24 VDC.
Tabel 4. Karakteristik Panel Surya Rated Maximum Power (Pm) 160W Tolerance +/– 5% Voltage at Pmax (Vmp) 18,24 V Current at Pmax (Imp) 8,77 A Open-Circuit Voltage (Voc) 21,58 V Short-Circuit Current (Isc) 9,30 A Normal Operating Cell Temp (NOCT) 47  –/+ 2°C Maximum System Voltage 1.000 V DC Operating Temperature – 40 to + 85°C Series Fuse Rating (A) 15 A Application Class Class A Fire Safety Class Class C Cell Technology Mono – Si
Dimension (mm)
1.290X690X30 mm
Gambar 6.   Panel Surya Monocrystaline 160WP

## 3. Perhitungan Kapasitas SCC Pada Sistem PLTS
Kapasitas SCC dihitung berdasarkan besar daya maksimal yang  mampu  dihasilkan  oleh  array  panel  surya.  Nilai  array terukur yang terdapat pada dua panel 160 Wp yang digunakan adalah  sebesar  320  Watt.  Setelah  mengetahui  nilai  daya maksimal yang mampu dihasilkan oleh array panel surya, maka kapasitas SCC dapat dihitung sebagai berikut:
Kapasitas SCC = Demand Watt × Safety Factor System   Voltage = 320 Watt × 1.25
18,2 Volt
=   21,978 Ampere ≈ 22 Ampere Berdasarkan  perhitungan  diatas,  kapasitas  SCC  yang digunakan  pada  perencanaan  ini  sebanyak  1  buah  dengan minimum  spesifikasi  22  Ampere.  Pada  perancangan  kali  ini, penulis  menggunakan Maximum  Power  Point  Tracker  Solar Charge  Controller dengan  merek  STEC  berkapasitas  sebesar
30  Ampere.  Spesifikasi  karakteristik  kelistrikan  dan  mekanik ditunjukkan pada tabel berikut:
Tabel 5. Karakteristik Scc Model SYP–3007 System Voltage 12V/24V Automatic Rated Current 30 A Max PV Voltage 75 V 390 W (12 V) / 780 W (24 V)
Gambar 7. Solar Charge Controller Jenis MPPT

## 4. Perhitungan Kapasitas Baterai Pada Sistem PLTS
Dalam  menentukan  kapasitas  atau  kemampuan  baterai dalam menyimpan energi listrik yang berasal dari panel surya yang  akan  digunakan  sebagai  penyedia  energi  daya  listrik  ke beban  secara  efisien.  Maka,  besar  kapasitas  baterai  yang dibutuhkan adalah.
Kapasitas Baterai 12 Volt = Watt × Autonom Days ( DoD × Vs ) = 1.736 Watt × 3 hari ( 0,8 × 12 Volt ) = 5.208 9,6 = 542,5 Ah
Kapasitas Baterai 24 Volt = Watt × Autonom Days ( DoD × Vs )
= 1.736 Watt × 3 hari
( 0,8 × 24 Volt )
= 5.208
1 9,2 = 271,25 Ah
Pada  perancangan  ini,  kapasitas  baterai  yang  akan digunakan  dapat  ditentukan  berdasarkan  energi  listrik  yang dibutuhkan  pada  pompa  air  submersible  selama  4  jam  yaitu 1.736  Watt.  Selain  itu  untuk  mengetahui  kapasitas  yang dihasilkan  dari  baterai  adalah  dengan  mengalikan  antara tegangan dan arus yang tertera pada baterai yaitu 12 Volt 50 Ah, yaitu 600 Wh.
Gambar 8.   Baterai VRLA 12Volt 50Ah

## 5. Perhitungan Kapasitas Inverter Pada Sistem PLTS
Kapasitas inverter ditentukan berdasarkan besarnya daya maksimal  yang  digunakan  oleh  beban  pompa  air  submersible dan nilai safety factor. Sebagian besar instalasi akan memiliki rasio  safety  factor  antara  1,15  sampai  dengan  1,25  dari  nilai nominal  beban  sesuai  dengan  pedoman  PUIL  2011,  dalam perencanaan  ini  digunakan  safety  factor  terbesar  yaitu  1,25. Kapasitas  inverter  dihitung  dengan  menggunakan  persamaan berikut:
Kapasitas Inverter =   P × Safety Factor =   434 Watt × 1,25
=   542,2 Watt
Jika kapasitas inverter yang digunakan sesuai dengan jenis beban  dan  perhitungan  diatas,  maka  inverter  yang  digunakan adalah Inverter Pure Sine Wave dengan daya 1.000 Watt. Pada perancangan  sistem  PLTS  ini,  penulis  menggunakan  inverter sebesar  1.000  Watt  untuk  mengantisipasi  apabila  terjadi lonjakan  daya  yang  mungkin  terjadi  pada  pompa  air submersible.  .  Inventer  yang  digunakan  pada  perancangan  ini dilengkapi  dengan  sistem automatic  thermal  shutdown yang dapat  mencegah  terjadinya  overload  dan  overheating  dengan cooling system.
Tabel 6. Karakteristik Inverter Dimension 18 x 95 x 55 mm Other Input Voltage DC 12 V Output Voltage AC 220 V Frequency 50 Hz Max Output Power 1000 W Continuous Power 500 W Inverter Efficiency 95 %

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Pengujian Sistem PLTS Tanpa Beban
Pada  pengujian  ini,  pengukuran  yamg  dilakukan  pada sistem  PLTS  adalah  tanpa  menggunakan  beban  pompa  air submersible. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengukur besarnya  nilai  tegangan  dan  arus  kerja  panel  surya  pada  saat melakukan  pengisian  pada  baterai.  Sudut  kemiringan  panel surya  yang  penulis  gunakan  pada  penelitian  ini  berada  pada posisi sudut kemiringan 30° menghadap ke arah utara, hal ini bertujuan  agar  panel  surya  memperoleh  penyinaran  maksimal selama  pengujian  sistem  tanpa  merubah  atau  mengatur  posisi dari  panel  surya  ke  arah  sudut  datangnya  sinar  matahari. Adapun  hasil  pengukuran  sistem  PLTS  tanpa  beban  dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 7  Rata–Rata Hasil Pengujian Sistem Plts Tanpa Beban Selama 4 Hari
. Keluaran Panel Pengisian Baterai Iradiasi Matahari (W/m²) Suhu Panel (°C) Arus (A) Tegangan (V) Arus (A) Tegangan (V) 10.00 5,8 16,30 6,5 12,44 476,7 28,4 10.30 8,1 15,67 7,8 12,86 812,6 30,1 11.00 8,1 17,46 10,6 12,78 974,7 29,8 11.30 7,8 17,09 9,5 12,94 1011,1 30,6 12.00 6,5 16,17 6,8 12,59 692,0 31,3 12.30 8,9 16,05 8,5 12,91 794,3 33,6 13.00 6,7 15,61 7,4 12,64 531,1 34,0 13.30 9,7 16,53 9,7 12,61 875,3 33,3 14.00 7,7 16,28 8,4 12,58 749,6 31,6 14.30 6,9 15,39 5,6 12,46 696,0 31,3 15.00 7,6 15,52 9,0 12,53 776,4 33,2 Keterangan Tabel
:   Data diambil pada Hari Kamis, 21 Juli 2022
Di Politeknik Negeri Samarinda, LabJurusanTeknik Elektro Kec. Samarinda Sebrang, Kota Samarinda, Kal-Tim Koordinat (–0.5342768, 117.1251253)
Gambar 10.   Perbandingan Arus dan Tegangan Keluaran Panel Surya Terhadap Iradiasi Matahari
Dalam  pengujian  yang  dilakukan  selama  empat  hari pengukuran  pada  sistem  PLTS  memperoleh  nilai  yang bervariasi,  nilai-nilai  tersebut  diukur  berdasarkan  pada intensitas iradiasi cahaya matahari yang mengenai permukaan panel  surya.  Cahaya  matahari  yang  tertutup  oleh  suatu bayangan  atau  awan  akan  mempengaruhi  nilai  tegangan  dan arus  yang  dihasilkan  dari  panel  surya.  Semakin  tinggi  nilai iradiasi  cahaya  matahari,  maka  tegangan  dan  arus  yang dihasilkan oleh panel surya juga semakin besar. Besarnya arus yang  dihasilkan  oleh  panel  surya  bergantung  pada  besarnya nilai  iradiasi  matahari  yang  diterima  oleh  permukaan  panel surya. Tegangan yang dihasilkan oleh panel nilainya melebihi dari arus pengisian baterai yakni ±12 Volt, hal ini dikarenakan nilai  tegangan  tersebut  merupakan  nilai  maksimal  yang dihasilkan oleh panel surya pada saat keadaan intensitas radiasi matahari  tinggi,  kemudian  untuk  menyesuaikan  dengan tegangan  pengisian  baterai  sebesar  12  Volt,  digunakan  SCC untuk  melakukan  otomatisasi  pada  pengisian  baterai.  Oleh karena  itu,  dalam  pengisian  baterai  nilai  arusnya  akan  lebih tinggi  daripada  nilai  tegangan  keluaran  panel  untuk menyesuaikan dengan daya yang dihasilkan.
Secara keseluruhan, untuk menghitung berapa lama waktu yang  dibutuhkan  untuk  melakukan  pengisian  baterai dipengaruhi  oleh  kondisi  cuaca  di  sekitar  penempatan  panel surya. Untuk mengetahui perkiraan waktu pengisian dari baterai dapat menggunakan persamaan berikut:
𝑡 = C I (1+20%) = 100 Ah 17,54 A (1,2)
=   5,70 ≈ ±6 jam
Berdasarkan  perhitungan  yang  didapatkan,  untuk melakukan  pengisian  pada  baterai  dengan  kapasitas  100  Ah dibutuhkan waktu kurang lebih 6 jam dengan arus maksimum yang  dihasilkan  dari  panel  surya.  Kapasitas  arus  maksimum yang tertera sesuai dengan nameplate panel surya  yaitu 17,58 Ampere  dengan  dua  buah  panel  surya  yang  terhubung  secara paralel.
Selain itu waktu pengisian tersebut dengan catatan, bahwa waktu  tersebut  merupakan  waktu  pengisian  apabila  keadaan baterai kosong atau tidak bisa untuk mengalirkan daya kepada beban utama yaitu pompa air submersible.

## B. Uji  Coba  Sistem  PLTS  dengan  Pompa  Air  Submersible Menggunakan Input 12 Volt DC
Tabel 8. Pengujian Sistem Plts Dengan Beban Pompa Dengan Daya Input
Inverter 12 Voltdc Baterai 100 Ah Menit Ke – Pengukuran Baterai (DC) Pengukuran Pompa Air (AC) Teg. (V) Arus (A) Daya (W) Teg. (V) Arus (A) PF Daya (W) 1 11,97 39,7 475,21 195,0 1,90 0,99 365 10 11,87 38,9 461,74 188,4 1,89 0,99 354 20 11,84 38,8 459,39 189,5 1,90 0,99 358 30 11,45 38,4 439,68 182,3 1,92 0,99 352 32 – 33
Pada waktu ini, inverter mengalami fault , dikarenakan panas berlebih pada komponen inverter. Arus input inverter cenderung stabil setiap waktunya sehingga mengakibatkan komponen di dalam inverter menjadi panas.
Rat– rata 11,78 38,9 459,01 188,8 1,90 0,99 357 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0 1200.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0 W /m ² A mp er e | V o lt Waktu Arus Output Panel Tegangan Output Panel
Iradiasi Matahari (W/m²)
Dari hasil pengujian pompa air submersible, dapat dilihat dari data pengukuran pada baterai yang digunakan, nilai yang terukur pada menit ke–1 menunjukkan bahwa terdapat sedikit penurunan  pada  nilai  tegangan  dan  arus  yakni  sebesar  11,97 Volt  DC  dimana  tegangan  baterai  itu  sendiri  bernilai  12  Volt DC.  Turunnya  tegangan  dan  arus  pada  baterai  terjadi  karena energi pada baterai digunakan untuk mensuplai beban. Semakin lama baterai digunakan sebagai suplai pada beban, maka nilai tegangan akan mengalami penurunan, setalah pompa beroperasi selama 30 menit, tegangan berkurang menjadi 11,45 Volt DC. Perubahan  ini  juga  terjadi  pada  nilai  arus  dan  daya.  Seiring dengan  lamanya  baterai  digunakan,  maka  energi  yang tersimpan pada pompa juga mengalami penurunan.
Untuk  pengukuran  pada  beban  yakni  dari  parameter keluaran dari inverter, tegangan terukur pada saat  menit  ke–1 adalah  195,0  Volt  AC.  Nilai  tersebut  turun  sekitar  89%  dari tegangan  kerja  pompa  air  yang  seharusnya  sebesar  220  Volt AC.  Penurunan  tegangan  yang  dihasilkan  oleh  inverter disebabkan oleh besarnya arus dari baterai yakni sebesar 39,7 Ampere.  Tingginya  arus  masukan  ke  inverter  tersebut mengakibatkan  inverter  tidak  dapat  bekerja  secara  maksimal. Tingginya  arus  yang  diproses  oleh  inverter  mengakibatkan komponen  inverter  cepat  panas.  Seiring  dengan  berjalannya waktu  operasi  dari  inverter  dengan  arus  yang  tinggi,  maka inverter  akan  bertambah  panas.  Ketika  terjadi  panas  berlebih, maka  inverter  akan  mengalami fault dan  secara  otomatis inverter akan berhenti bekerja karena sistem automatic thermal shutdown pada inverter telah bekerja untuk mencegah inverter dari keadaan overheating .
C. Uji  Coba  Sistem  PLTS  dengan  Pompa  Air  Submersible Menggunakan Input 24 Volt DC
Tabel 9. Pengujian Sistem Plts Dengan Beban Pompa Dengan Daya Input
Inverter 24 Voltdc Baterai 50 Ah Menit Ke – Pengukuran Baterai (DC) Pengukuran Pompa Air (AC) Teg. (V) Arus (A) Daya (W) Teg. (V) Arus (A) PF Daya (W) 1 22,87 18,7 427,67 207,5 1,87 0,99 378 10 22,37 18,9 422,79 202,2 1,82 0,99 367 20 21,97 19,0 417,43 197,8 1,82 0,99 358 30 21,11 18,6 392,65 190,0 1,86 0,99 351 40 21,09 18,3 385,95 177,9 1,91 0,99 336 41 – 42
Pada waktu ini, inverter mengalami fault , dikarenakan kapasitas energi pada baterai sudah mulai menurun. Hal tersebut dapat dilihat dari penurunan tegangan dan arus pada pengukuran baterai.
Rata – rata 21,88 18,7 409,30 195,1 1,86 0,99 358
Dari hasil pengujian pompa air submersible, dapat dilihat dari data pengukuran diatas, nilai yang terukur pada menit ke– 1  menunjukkan  bahwa  terdapat  sedikit  penurunan  pada  nilai tegangan  dan  arus  yakni  sebesar  22,87  Volt  DC  dimana tegangan baterai itu sendiri bernilai 24 Volt DC, hal ini dapat diartikan bahwa baterai tidak dalam kondisi terisi penuh. Diluar kapasitas baterai yang tidak penuh, turunnya tegangan dan arus pada baterai terjadi karena energi pada baterai digunakan untuk mensuplai  beban.  Semakin  lama  baterai  digunakan  sebagai suplai  pada  beban,  maka  nilai  tegangan  akan  mengalami penurunan,  setalah  pompa  beroperasi  selama  40  menit, tegangan berkurang menjadi 21,09 Volt DC. Perubahan ini juga terjadi pada nilai arus dan daya. Seiring dengan lamanya baterai digunakan,  maka  energi  yang  tersimpan  pada  pompa  juga mengalami  penurunan.  Untuk  pengukuran  pada  beban  yakni dari  parameter  keluaran  dari  inverter,  tegangan  terukur  pada
saat  menit  ke–1  adalah  207,5  Volt  AC.  Nilai  tersebut  turun sekitar  94%  dari  tegangan  kerja  pompa  air  yang  seharusnya sebesar 220 Volt AC. Jika mengacu pada toleransi penurunan tegangan  listrik  yang  berlaku  di  PLN  sesuai  dengan  PUIL, toleransi  penurunan  tegangan  berkisar  pada  nilai  ±10%  dari nilai tegangan kerja 220 Volt. Maka pada pengujian pompa air submersible dengan sistem PLTS saat menggunakan inverter 24 Volt, memiliki nilai yang lebih baik dibanding dengan inverter 12 Volt.
Meskipun tegangan keluaran yang dihasilkan inverter 24 Volt  lebih  baik,  penurunan  tegangan  tetap  terjadi,  hal  ini dipengaruhi  oleh  kapasitas  baterai  yang  digunakan.  Karena pada percobaan ini digunakan dua baterai dengan jenis VRLA 12  Volt  yang  dipasang  seri  untuk  mendapatkan  input  inverter sebesar 24 Volt dengan kapasitas 50 Ah. Hal ini dapat dilihat dari  cepatnya  penurunan  tegangan  yang  terjadi.  Penurunan tegangan  pada  inverter  12  Volt  lebih  lambat  karena  kapasitas baterainya 100 Ah, sedangkan pada inverter 24 Volt penurunan tegangan terjadi lebih cepat karena kapasitas baterainya hanya 50 Ah.
Pada pegujian inverter 12 Volt, kapasitas baterai memang lebih besar yakni 100 Ah, akan tetapi pada pengujian tersebut arus  yang  dibutuhkan  inverter  terlalu  besar  sehingga mengakibatkan  inverter  mengalami overheat dan  kemudian terjadi fault . Sedangkan pada pengujian input inverter sebesar 24  Volt  dengan  kapasitas  baterai  50  Ah  arus  yang  mengalir lebih  kecil,  sehingga  diawal  penggunaan  inverter  tidak mengalami overheat .  Tapi  pada  pengujian  ini  tegangan mengalami penurunan lebih dikarenakan kapasitas baterai yang lebih kecil dibandingkan dengan pengujian sebelumnya.  Pada penggunaan  inverter  24  Volt, fault terjadi  karena  kapasitas energi  yang  tersimpan  pada  baterai  turun  lebih  cepat  karena baterai  hanya  menyimpan  energi  50  Ah  pada  keadaan  terisi penuh. Penurunan kapasitas energi juga dipengaruhi oleh nilai DoD  baterai.  Sedangkan  pada  penggunaan  inverter  12  Volt, fault terjadi karena tingginya arus masukan ke inverter tersebut mengakibatkan  inverter  mengalami overheat dan  tidak  dapat bekerja secara maksimal.
Dari  hasil  pengukuran  yang  diperoleh  pada  pengujian sistem  PLTS  dengan  beban  pompa  air  submersible,  terjadi penurunan  tegangan  kerja  dari  pompa  di  setiap  interval pengambilan data. Meskipun pengambilan data dilakukan dua kali  dengan  kapasitas  inverter  yang  berbeda,  penurunan tegangan  tetap  terjadi,  baik  pada  tegangan  keluaran  baterai maupun  tegangan  kerja  pompa.  Penurunan  tegangan  tersebut dipengaruhi oleh kapasitas energi tersimpan pada baterai yang digunakan untuk menggerakkan pompa air. Daya rata–rata yang dibutuhkan oleh pompa memiliki nilai yang hampir sama yakni 357,25 Watt dan 358,00 Watt, akan tetapi daya yang dibutuhkan dari baterai untuk suplai daya rata–rata pada tegangan input 12 Voltsebesar 459,01 Watt, lebih besar jika dibandingkan dengan daya  rata–rata  pada  tegangan  input  24  Volt  sebesar  409,30 Watt.  Besarnya  arus  yang  mengalir  pada  inverter  akan mempengaruhi  daya  yang  dihasilkan.  Selain  itu,  DoD  pada baterai  juga  memperangaruhi  lamanya  penggunaan  baterai sebagai suplai beban.

## D. Analisis Hasil Pengujian Sistem PLTS
Dari  hasil  pengukuran  yang  diperoleh  pada  pengujian sistem  PLTS  dengan  beban  pompa  air  submersible,  terjadi
penurunan  tegangan  kerja  dari  pompa  di  setiap  interval pengambilan  data.  Penurunan  tegangan  tersebut  dipengaruhi oleh  kapasitas  energi  tersimpan  pada  baterai  yang  digunakan untuk menggerakkan pompa air. Dari pengujian sistem PLTS, daya rata–rata yang dibutuhkan oleh pompa memiliki nilai yang hampir sama yakni 357,25 Watt dan 358,00 Watt, akan tetapi daya  yang  dibutuhkan  dari  baterai  12  Volt  untuk  suplai  daya rata–rata  sebesar  459,01  Watt,  lebih  besar  jika  dibandingkan dengan baterai 24 volt memiliki daya rata–rata sebesar 409,30 Watt.  Besarnya  arus  yang  mengalir  pada  inverter  akan mempengaruhi  daya  yang  dihasilkan.  Selain  itu,  DoD  pada baterai  juga  memperangaruhi  lamanya  penggunaan  baterai sebagai suplai beban.
Tabel 10. Perbandingan Perencanaan Sistem Dengan Uji Coba Pompa Air
Submersible Menggunakan Input 24 Volt Keterangan Perencanaan Uji Coba Tegangan Input 24 Volt 21,88 Volt Waktu Operasi ± 240 Menit (4 jam) ± 40 Menit Perbandingan 6     :     1 Kapasitas Baterai 271,25 Ah 50 Ah Perbandingan 5,42     :     1,00
Dari  tabel  perbandingan  diatas,  hasil  uji  coba menunjukkan  bahwa  sistem  PLTS  dapat  digunakan  sebagai suplai  pompa  air  submersible.  Dengan  perbandingan  waktu operasi  pompa  air  1  :  6,  diperoleh  perbandingan  kapasitas baterai sebesar 1 : 5,42. Dari perbandingan yang diperoleh pada kapasitas baterai, tegangan input rata–rata pada uji coba didapat nilai 21,88 Volt. Dengan tegangan awal operasi pompa sebesar 22,87 Volt, dari nilai tersebut menyatakan bahwa baterai tidak dalam  kondisi  penuh.  Jika  kapasitas  bateri  penuh,  maka  akan diperoleh  angka  perbandingan  yang  lebih  baik.  Nilai  akan mendekati  atau  menyamai  nilai  perbandingan  waktu  operasi pompa air submersible.
Dari  pengujian  dan  pengukuran  yang  dilakukan  pada sistem PLTS maka penulis mendapatkan beberapa hasil bahwa dari hasil pengujian sistem PLTS menggunakan tegangan input 24  Volt  dengan  baterai  berkapasitas  50  Ah,  pompa  air  dapat menyala selama 40 menit. Secara umum sistem PLTS ini bisa diaplikasikan dan dimanfaatkan pada masyarakat umum sesuai dengan  keadaan  tersebut.  Sistem  akan  bekerja  sesuai  dengan perencanaan  apabila  kapasitas  pada  komponen–komponen yang digunakan sudah sesuai dengan perencanaan yang sudah dilakukan. Seperti yang ditunjukkan oleh tabel pembanding dari perencanaan  untuk  menyalakan  pompa  selama  4  jam  dengan hasil  ujicoba.  Pada  tabel  tersebut,  memperlihatkan  bahwa dengan  baterai  24  Volt  50Ah  pompa  menyala  selama  ±40 menit. Dengan perhitungan setiap penambahan baterai 24 Volt 50 Ah, akan menambah masa operasi pompa selama 40 menit atau lebih jika baterai dalam keadaan penuh.
Jika  kapasitas  baterai  yang  digunakan  sesuai  dengan kebutuhan dan perencanaan, maka pompa dapat digunakan atau menyala  selama  perhitungan  yang  telah  direncanakan.  Jika jangka waktu penggunaan pompa air submersible melebihi dari perencanaan,  maka  perlu  dilakukan  perencanaan  ulang  pada sistem PLTS. Hal ini dikarenakan dengan bertambahnya waktu pengoperasian  pompa,  akan  mempengaruhi  kapasitas  baterai yang  sudah  direncanakan.  Penambahan  baterai  ini  akan mempengaruhi  lama  waktu  pengisian  baterai  menggunakan panel  surya.  Sehingga  untuk  melakukan  pengisian  yang  lebih cepat  dengan  adanya  penambahan  baterai,  maka  diperlukan panel  surya  yang  lebih  banyak.  Selain  itu,  komponen  –
komponen  seperti  SCC,  MCB,  dan  Inverter  akan  mengalami perubahan kapasitas.
Pengukuran  debit  air  pompa  submersible  dilakukan dengan cara manual yaitu dengan menggunakan wadah ukur 18 liter, dengan wadah ukur tersebut didapatkan waktu pengisian 18.43  detik.  Debit  air  yang  dihasilkan  oleh  pompa  air submersible adalah sekitar 1,024 liter/detik. Maka secara umum pompa  air  submersible  yang  digunakan  memiliki  debit  air  ±1 liter/detik, dengan ketinggian  0 meter dari permukaan  sumber air.  Dengan  demikian  didapatkan  bahwa  selama  pompa  air beroperasi selama 40 menit, total debit yang berhasil dipompa adalah  ±  14.400  liter.  Agar  sistem  PLTS  ini  bisa  beroperasi dalam jangka waktu yang panjang, akan lebih baik apabila air yang  dipompa  tersebut  disimpan  dulu  pada  reservoir  atau tandon,  sehingga  pompa  tidak  terlalu  sering  digunakan  jika masyarakat membutuhkan air.

## V. KESIMPULAN DAN SARAN

## A. Kesimpulan
Dari hasil penelitian, perhitungan, dan pembahasan yang telah  dilaksanakan  dari  kegiatan  perencanaan  sistem  PLTS sebagai catu daya pompa air submersible, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Tegangan, arus, dan daya yang dihasilkan oleh panel surya bergantung  dari  iradiasi  sinar  matahari,  sehingga  akan mencapai  nilai  pengukuran  tertinggi  pada  saat  cuaca panas.
2. Beban pompa air submersible yang digunakan mempunyai  kapasitas  daya  terukur  ±350  Watt.  Daya output  dari  pompa  air  submersible  tidak  sesuai  dengan nameplate yang tertera yaitu sebesar 180 Watt.
3. Terjadi  penurunan  ( drop )  tegangan  pada  saat  pompa  air bekerja  yang  mengakibatkan  inverter  mengalami  panas berlebih  ( overheat )  hanya  dalam  waktu  15–30  menit setelah digunakan dengan menggunakan sumber 12 Volt dari  baterai.  Hal  ini  terjadi  karena  disipasi  komponen  di dalam inverter yang tidak baik karena arus yang mengalir sangat  tinggi  yakni  38  Ampere  DC.  Selain  itu fan yang terpasang  pada  inverter  tidak  bekerja  dengan  baik  untuk mendinginkan komponen.
4. Pada rancang bangun sistem PLTS ini, akan menghasilakan  listrik  yang  bagus  jika  menggunakan inverter dengan tegangan masukan 24 Volt.

## B. Saran
Adapun  saran  yang  dapat  penulis  sampaikan  mengenai hasil penelitian dan perencanaan sistem PLTS sebagai catu daya pompa air submersible adalah sebagai berikut:
1. Hasil  uji  coba  yang  dilakukan  dengan  menggunakan inverter dengan input 12 Volt DC  kurang bekerja secara maksimal. Sehingga diharapkan untuk mengganti inverter dengan  tegangan  input  24  Volt  DC  dengan continuous power yang  lebih  besar  agar  arus  yang  digunakan  tidak terlalu  besar,  untuk  mencegah  terjadinya fault pada inverter.
2. Penggunaan  sistem  PLTS  sebagai  catu  daya  pompa  air submersible  ini  dibatasi  pada  perencaan  yang  sudah dilakukan. Apabila pompa digunakan melebihi dari waktu
yang  sudah  direncanakan,  maka  perlu  dilakukan perencanaan ulang di setiap komponen yang digunakan.
3. Menggunakan reservoir atau tandon sebagai penyimpanan air  sementara  dari  sumber  air  yang  telah  dipompa,  agar penggunaan pompa tidak melebih dari perencanaan yang sudah  dilakukan.  Sehingga  sistem  ini  bisa  beroperasi dengan baik untuk jangka waktu yang lama.
4. Perancangan  sistem  PLTS  ini  diharapkan  dapat  menjadi pembelajaran  dalam  penggunaan  energi  baru  terbarukan yang  ramah  lingkungan  dalam  kehidupan  sehari–hari khususnya bagi mahasiswa Teknik Elektro.

## R EFERENSI
[1] Arifin,  Zaenal,  Aries  Jehan  Tamamy,  Nur  Islahudin,  “Perancangan Mesin Pompa Air Tenaga Surya untuk Mengurangi Konsumsi Listrik Skala Rumahan,” Jurnal Nasional Teknik Elektro, Vol. 9, No. 2, 2020.
[2] Sevira Rambanisa Hamzah, Chairul G. Irianto, Ishak Kasim, “Sistem PLTS  Untuk  Pompa  Air  Irigasi  Pertanian  di  Kota  Depok,”  Jurnal Ilmiah Teknik Elektro, Vol. 17, No. 1. Halaman 73–86, 2019.
[3] Kadek  Bayu  Kusuma, Cok  Gede  Indra  Partha,  I  Wayan  Sukerayasa, “Perancangan  Sistem  Pompa  Air  DC  Dengan  Plts  20  kWp  Tianyar Tengah  Sebagai  Suplai  Daya  Untuk  Memenuhi  Kebutuhan  Air Masyarakat Banjar Bukit Lambuh,” Jurnal SPEKTRUM, Vol. 7, No.
2, 2020.
[4] F. Hidayanti, “Aplikasi Sel Surya,” Jakarta Selatan: LP_UNAS, 2020.
[5] H.  B.  Tambuan,  “Sistem  Pembangkit  Tenaga  Surya,”  Yogyakarta: Deepublish, 2020.
[6] H. R. Iskandar, “Praktis Belajar Pembangkit Listrik Tenaga Surya,” Yogyakarta: Deepublish, 2020.
[7] A.  Sudrajat,  “Sistem-Sistem  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya,” Jakarta: BPPT-Press, 2007.
[8] Poppy  Honora,  “Pemanfaatan  Tenaga  Surya  Sebagai  Penggerak Pompa Air DC Pada Tanaman Hidroponik,” Skripsi. Medan: Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara, 2018.
[9] Tubagus Jaka Suriya, “Analisa Perhitungan Tegangan Dan Arus Pada Penggunaan  Motor  Pompa  Air  DC  Yang  Disuplai  Oleh  Sistem Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya,”  Tugas  Akhir.  Medan:  Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara, 2018.
[10] Akmal Syahyuddin, “Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Untuk  Pengering  Padi  Berbasiskan  Rice  Cooker  Machine,”  Skripsi. Makassar: Universitas Muhammadiyah Makassar. 2020.
[11] Syamsudin M., “Membuat Sendiri Pembangkit Listrik Tenaga Surya,” Bukudigital.net, 2013.
[12] Ardhi  Kusuma,  “Memahami  Cara  Kerja  Pompa  Submersible,”
Sanspower, 2020. [Online]. Available:
https://www.sanspower.com/cara-kerja-pompa-air-submersible.html.
[Accssed 03 Juli 2022]
[13]
Yuhal,  “Analisis  Penggunaan  Panel  Surya  Pada  Rancang  Bangun Mesin Perontok Gabah”, Skripsi, Politeknik Negeri Samarinda, 2020.
[14] Ridho Shafa Ramadhan, “Perancangan Kapasitas Sel Surya dan Beban Pada  Automatic  Hand  Washer  With  Workstation”,  Tugas  Akhir, Politeknik Negeri Samarinda, 2020.
[15] Builder Indonesia, “DOD Baterai dan SOC Baterai,” builder.id, 2022.
[Online]. Available: https://www.builder.id/dod-baterai-dan-soc- baterai/. [Accessed 09 Agustus 2022]