Studi Awal Potensi Energi Surya Wilayah Lampung: Studi Kasus Kampus Institut Teknologi Sumatera (ITERA) Menuju Smart Campus

## Kiki Kananda
Institut Teknologi Sumatera, Lampung Selatan, Indonesia 35365 E-mail: kiki.kananda@el.itera.ac.id
Abstract: Konsumsi  energi  seperti  tumbuh  lebih  cepat  dibanding  pertumbuhan  populasi  masyarakat. Sangat perlu pengembangan sumber energi lain, yaitu energi terbarukan. Energi terbarukan yang   bersih, paling menjanjikan, dan potensi paling tinggi dibanding sumber energi lainnya untuk menyelesaikan masalah energi  dunia  adalah  energi  surya.  Indonesia  mayoritas  kawasannya  menerima  potensi  tinggi  insolasi matahari  global  dalam  rentang  4.6  kWh/m 2 dan  7.2  kWh/m 2 .  Dewan  Energi  Nasional  (DEN)  telah menskenariokan  pada  tahun  2025  di  Indonesia  penggunaan  energi  terbarukan  dari  5.7%  diharapkan meningkat  hingga  25.9%.  Data  polygon  GIS  insolasi  di  Lampung  tiap  bulannya  sepanjang  tahun  2012 bernilai rata-rata 4.81 kWh/m 2 . Berdasarkan hal tersebut, perlu dilihat potensi yang ada di lingkungan Institut Teknologi  Sumatera  (ITERA).  Kemajuan  teknologi  dalam  pemenuhan  energi  juga  merupakan  andil  dalam mewujudkan ITERA sebagai smart campus .   Oleh karena itu, perlu adanya studi awal untuk mendapatkan informasi  potensi  yang  sebenarnya  di  ITERA.  Perkiraan  luaran  energi  surya  diharapkan  dapat  menjadi rujukan untuk pembangunan pembangkit energi surya di ITERA. Berdasar pengukuran, potensi energi surya di lingkungan ITERA cukup tinggi. Nilai pengukuran yang didapat berkisar 3.77– 5.05 kWh/m 2 dengan rata- rata energi luaran panel 0.5 kWh/m 2 - 0.63 kWh/m 2 .  Nilai ini menunjukkan bahwa ITERA  sangat berpotensi untuk dipasang pembangkit energi surya sebagai salah satu sumber energi operasional kedepannya.
Kata kunci: Insolasi, energi surya, energi terbarukan, potensi

## 1. Pendahuluan
Ketersediaan energi dimasa mendatang menarik perhatian semua negara, karena kesejahteraan manusia di kehidupan  modern  berkaitan  erat  dengan  jumlah  dan  kualitas  energi  yang  digunakan[1].  Konsumsi  energi seperti tumbuh lebih cepat dibanding pertumbuhan populasi masyarakat[1]. Konsumsi akan meningkat 1.5% tiap  tahunnya  hingga  2030  dan  penggerak  utama  pertumbuhannya  adalah  negara-negara  berkembang  di Asia  [1].  Untuk  itu  sangat  perlu  pengembangan  sumber  energi  lai,  energi  terbarukan.  Energi  terbarukan merupakan turunan energi dari proses alami yang tidak melibatkan sumber daya seperti bahan baker fosil dan uranium [1]. Energi terbarukan diantaranya dapat dalam bentuk energi surya, angin, biomasa, panans bumi dan gelombang laut [1][2].
Energi  surya  adalah  salah  satu  sumber  energi  bersih  paling  menjanjikan,  energi  terbarukan  dan  potensi paling  tinggi  dibanding  sumber  energi  lainnya  untuk  menyelesaikan  masalah  energi  dunia  [1].  Indonesia merupakan  negara  tropis  dan  berlokasi  digaris  ekuator  dengan  potensi  energi  surya  yang  berlimpah  [1]. Mempertimbangkan    kondisi  alam  dan  geografisnya,  Indonesia  kaya  dengan  potensi  energi  terbarukan seperti    energi  surya,  energi  angin, microhydro dan    energi  biomasa  [1].  Energi  surya  didasarkan  atas besaran  nilai  insolasi  yang  dapat  dimanfaatkan  didaerah  tersebut.  Insolasi  didefinisikan  sebagai  jumlah energi yang memenuhi unit area dalam waktu tertentu dan dinyatakan dalam kWh/m 2 [2]. Ada dua komponen insolasi,  yang  disebut  insolasi  (radiasi)  langsung  dan  tersebar[2].  Insolasi  matahari  dapat  dibagi  dalam  3 klasifikasi; rendah ( < 4. kWh/m 2 ), sedang (4.9-5.25 kWh/m 2 ) dan tinggi (> 5. kWh/m 2 )[6]. Mayoritas kawasan di Indonesia menerima potensi tinggi insolasi matahari global dalam rentang 4.6 kWh/m 2 dan 7.2 kWh/m 2 [2]. Kenyataannya saat ini, konsumsi energi Indonesia masih bergantung pada energi fosil seperti minyak, gas dan  batubara  sebagai  bahan  bakunya  [1].  Namun  tuntunan  energi  di  Indonesia  dan  ketersediaan  sumber energi  mendorong  Indonesia  untuk  merencakan  skenario  energi  ke  depannya. Dewan  Energi  Nasional (DEN)  telah  menskenariokan  pada  tahun  2025  pemanfaatan  energi  terbarukan  di  Indonesia menjadi  berimbang  dengan  pemakaian  energy  fosil.  Penggunaan  energi  terbarukan  dari  5.7% diharapkan meningkat hingga 25.9% pada tahun 2025 [3]. Mendukung skenario DEN dalam mengatasi masalah ketersediaan sumber energi fosil dan pengembangan energi terbarukan, beberapa kebijakan energi telah  dilakukan  oleh  pemerintah  diantaranya  melalui  PP  No  14  tahun  2012[4],  pemerintah  (dalam  hal  ini Perusahaan  Listrik  Negara/PLN)  memberi  kesempatan  untuk  memanfaatkaan  secara  bersama  dengan kosumen  jaringan  distribusi  dengan  sistem  sewa  jaringan  distribusi  [3].    Ke  depan,  untuk  daerah  yang tersedia jaringan listrik( On Grid) , penggunaan SHS ( Solar Home System ) dapat diganti dengan Pembangkit Listrik Tenaga  Surya  (PLTS)  tersambung  ke  grid  PLN[3].  Konsep  sistem  PLTS  tersambung  ke  jaringan  ini telah diteliti sebelumnya dalam [3].
Penelitian  sebelumnya  [2]  [5]  menyebut  bahwa  daerah  Lampung  memiliki  potensi  energi  surya.  Data polygon  GIS  insolasi  di  Lampung  tiap  bulannya  sepanjang  tahun  2012  bernilai  rata-rata  4.81  kWh/m 2 ,
minimum  bulan  desember  4.43  kWh/m 2 dan  maksimum  bisa  mencapai  5.12  kWh/m 2 [2].  Lampung  juga dinyatakan  cocok  untuk  aplikasi  teknologi  energi  surya  karena  memiliki  karakteristik  komponen  radiasi langsung yang lebih dominan daripada komponen radiasi tersebarnya [5]. Berdasarkan hal tersebut, maka perlu  dilihat  potensi  yang  ada  di  lampung  khususnya  dilingkungan  Institut  Teknologi  Sumatera  (ITERA). ITERA  memiliki  motto smart,  friendly  and  forest  campus . Smart dalam  menggunakan  teknologi  dan pemanfaatan  teknologi  tinggi  dalam  hal  pengembangan  dan  operasional  kampusnya.    Pengembangan ITERA  dan  dunia  akademik  menuntut  kebutuhan  fisik  bangunan  dan  peralatan  konsumsi  listrik  yang  juga semakin  meningkat.  Sehingga  dalam  masa  pengembangan  diri  ini,  ITERA  sangat  membutuhkan peningkatan  pasokan  energi  listrik  setiap  tahunnya.  Kemajuan  teknologi  dalam  pemenuhan  energi  juga merupakan  andil  dalam  mewujudkan  ITERA  sebagai smart  campus .    Oleh  karena  itu,  perlu  adanya  studi awal untuk mendapatkan   informasi potensi yang sebenarnya di lingkungan ITERA. Hasil studi awal akan digunakan untuk perkiraan pengembangan energi surya di lingkungan ITERA selanjutnya. Perkiraan luaran energi surya yang didapat dari hasil pengujian ini juga diharapkan dapat menjadi rujukan untuk pelaksanaan studi kelayakan pembangunan pembangkit energi surya di ITERA.
ITERA termasuk dalam konsumen jaringan distribusi wilayah Lampung, sehingga dapat menerapkan sistem PLTS yang tersambung ke jaringan seperti yang dijelaskan penelitian sebelumnya[3]. Ada banyak manfaat dalam penggunaan konsep ini, diantaranya [3]:
1. Biaya investasi dan perawatan sangat berkurang karena tidak perlu battery.
2. Pada saat daya dari PLTS lebih besar daripada beban (penggunaan listrik rumah kita),  kelebihan  daya  bisa  disalurkan/dijual  ke  jaringan  listrik.  Jadi  tagihan  rekening  listrik kita bisa berkurang.
3. Lebih ramah lingkungan karena mengurangi sampah baterai yang memerlukan perlakukan khusus dan kurang ramah terhadap lingkungan.

## 4. Pengurangan jaringan (transmisi dan distribusi)
Energi surya juga tidak dapat digunakan sepenuhnya sesuai dengan potensi yang diukur dan berbeda untuk tiap  daerah.  Energi  listrik  yang  dihasilkan  sel  surya  sangat  dipengaruhi  oleh  insolasi  yang  diterima  oleh sistem sel surya (panel surya). Adapun yang menjadi faktor dari pengoperasian sel surya agar didapatkan nilai yang maksimum sangat tergantung pada beberapa faktor dibawah ini [6]:
a. Temperatur lingkungan
Sel  surya  dapat  beroperasi  secara  maksimum  jika  temperatur  sel  tetap  normal  (pada  25 o C), kenaikan temperatur lebih tinggi dari temperatur normal pada sel akan menurunkan nilai tegangan (V oc ). Setiap kenaikan temperatur sel surya 1 o C (dari 25 0 C) akan berkurang sekitar 0.4 % pada total daya yang dihasilkan atau akan melemah dua kali (2x) lipat untuk kenaikan temperatur sel per 10 o C b. Radiasi matahari (Insolasi)
Radiasi matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariasi, dan sangat tergantung keadaan spektrum matahari ke bumi. Insolasi matahari akan banyak berpengaruh pada arus (I) sedikit pada tegangan.
c. Kecepatan angin Kecepatan  angin  disekitar  lokasi  sel  surya  dapat  membantu  mendinginkan  permukaan  temperatur kaca-kaca sel surya.
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 sel surya.
e. Orientasi panel atau sel surya Orientasi dari sel surya ke arah matahari secara optimal penting agar panel/deretan sel surya dapat menghasilkan energi maksimum. Selain arah orientasi, sudut orientasi ( tilt angle ) dari panel/deretan sel surya juga sangat mempengaruhi hasil energi maksimum. Sebagai pedoman: untuk lokasi yang terletak  di  belahan  utara  garis  lintang,  maka  panel/deretan  sel  surya  sebaiknya  diorientasikan  ke selatan.
f. Efisiensi Panel surya
Efisiensi  panel  surya  dipengaruhi  oleh  material  sel  surya  yang  digunakan.  Untuk  tiap  panel  surya memiliki  efisiensi  yang  berbeda-beda  tergantung  tipe  dan  pabrikan  dari  panelnya.  Saat  ini  panel surya memiliki efisiensi rentang 11-15% dipasaran.
Dari beberapa faktor tersebut, maka sangat mendorong untuk mengetahui potensi surya yang ada di ITERA.

## 2. Metode
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan rangkaian sederhana dari panel surya, memenuhi rangkaian panel surya dan beban. Panel surya yang digunakan berjenis Polikristal dengan daya luaran 100 Wp (Tabel 1).
Tabel 1 . Spesifikasi panel surya
Untuk  beban  digunakan  resistor  batu  dengan  nilai  1  Ohm  berdaya  150  W.  Besaran  R  nya  dbuat  sekecil mungkin  untuk  mendapatkan  nilai  arus  yang  maksimum.  Karena  pengujian  sistem  panel  surya  dilakukan secara langsung tanpa melalui sistem kontrol.Dari rangkaian uji diukur nilai arus dan tegangan yang didapat. Kemudian dilakukan perhitungan daya luaran. Luaran panel surya dihitung menggunakan persamaaan daya pada umumnya.

## P = V x I                                        W = P x t
Dimana :
W  = Energi (Watt-hours/Wh) P   = daya (Watt) V  = Tegangan (V) I    =  arus (A) T   = Waktu (jam/hour)
Berikut adalah diagram alur sistem pengujian potensi energi surya yang digunakan (Gambar 1)
Name/Tipe Solar Module/Polikristal Daya maksimum 100 Wp / 3 % Arus saat daya maksimum 5.50 A Tegangan saat daya maksimum 18.2 V Arus hubung singkat 6.05 A Tegangan hubungan terbuka (Voc) 22.4 V Berat 7.7 kg Dimensi 1030 x 665 x 30 mm Tegangan sistem maksimum 715 V Rating fuse seri maksimum 8 A Kondisi standart tes data AM :1.5 1000 W/m 2
T: 25 o C
Gambar 1 . Diagram alur penelitian
!
Gambar 2 . Pengujian potensi luaran panel surya
Pengujian  dilakukan  dengan  posisi farming dan  dudukan  tetap(tanpa  mengikuti  arah  matahari),  dimana panel  surya  ditempatkan  di  halaman  ditempat  terbuka  seperti  pada  gambar  2  di  atas.  Pengujian farming dipilih  dengan  tujuan  agar  lebih  mengacu  pada  perencanaan  yang  akan  diterapkan  di  lingkungan  ITERA. Selain  itu  dengan  secara farming maka  nilai  luaran  panel  surya  yang  didapat  adalah  nilai  potensi  luaran kondisi minimum yang dapat dilihat di lingkungan ITERA saat ini .
Selesai Mulai Intensitas, Tegangan dan Arus Perancangan Rangkaian Panel Surya Sistem Panel Surya Sesuai Rancangan Analisa Potensi Ya Tidak

## 3. Hasil dan Diskusi
Pengukuran  dilakukan  selama  dua  hari,  mewakili  cuaca  yang  cerah  dan  dalam  keadaan  berawan.  Hasil pengukuran  menunjukkan  nilai  yang  cukup  baik  untuk  cuaca  yang  cerah  ataupun  berawan.  Hanya  saja ketika pemilihan hari yang cerah.  Di tengah harinya jam 12.00 tiba-tiba mendung dan hujan rinai, sehingga menyebabkan luaran panel surya juga ikut turun (Tabel 2).   Peristiwa ini menunjukkan bahwa luaran panel surya sangat dipengaruhi oleh Insolasi   matahari yang dapat diserap oleh panel. Tidak hanya dipengaruhi oleh insolasi seperti yang dijelas pada bagian 2, faktor lain adalah orientasi panel. Pengaruh orientasi panel ini ditunjukkan oleh peristiwa pada jam 16.00. Pada kedua jam tersebut nilai lux yang terukur adalah 50321 lx dan 53600 lx. Jika hanya melihat faktor   insolasi matahari, maka seharusnya didapat daya luaran pada jam  16.00  lebih  besar  dari  jam  12.00,  namun  didapat  justru  sebaliknya.  Daya  luaran    jam  16.00  didapat 40.31  Watt    lebih  kecil  dari  jam  12.00  dengan  luaran  43.61  Watt.    Dudukan  panel  yang    tetap  dan  tidak mengikuti arah matahari menyebabkan serapan panel surya menjadi tidak maksimum (tidak mendekati 90 o ) dibanding saat jam 12.00 meskipun saat itu nilai insolasi yang terukur adalah hampir sama atau lebih besar. Secara umum nilai luaran saat cuaca yang cerah jauh lebih besar dibanding saat cuaca berawan (Tabel 3 ) meskipun beberapa jamnya sempat rinai.
Tabel 2. Nilai daya keluaran ketika cuaca Cerah
No Waktu (WIB) V Solar Panel (V) V beban (V) I (A) Intesitas (lx) W (Watt-hours) 1 7:00 16.02 0.30 0.34 8900 5.49 2 8:00 20.37 2.95 2.93 63200 59.62 3 9:00 20.54 4.29 3.38 70300 69.57 4 10:00 20.77 5.20 4.91 99500 101.96 5 11:00 20.64 5.84 5.31 104000 109.67 6 12:00 18.76 2.45 2.32 50321 43.61 7 13:00 19.29 3.32 4.02 85100 77.57 8 14:00 19.73 3.69 3.69 79500 72.76 9 15:00 19.72 2.75 2.75 56200 54.30 10 16:00 19.60 2.22 2.05 53600 40.31 11 17:00 15.72 0.27 0.27 14450 4.26 12 18:00 5.33 0.01 0.01 160 0.03 Jumlah 639.15 No Waktu (WIB) V Solar Panel (V) V beban (V) I (A) Intensitas (lx) W (Watt- hours) 1 7:00 18.00 0.58 0.56 12730 10.17 2 8:00 19.07 1.06 1.04 44400 19.80 3 9:00 19.84 1.79 1.81 50000 35.94 4 10:00 20.02 1.70 1.66 76500 33.26 5 11:00 20.26 4.61 4.43 82900 89.85 6 12:00 20.56 4.74 4.46 86700 91.64 7 13:00 19.62 4.34 4.31 81500 84.60 8 14:00 19.33 3.72 3.53 63200 68.15 9 15:00 18.87 1.42 1.59 35000 29.97 ! 79

## Tabel 3. Nilai daya keluaran ketika cuaca Berawan
Data  hasil  pengukuran  tersebut  diatas,  dapat  direpresentasikan  dalam  sebuah  grafik  luaran  dibawah  ini. Berdasarkan  grafik,  nilai  rerata  untuk  pengukuran  cuaca  cerah  terlihat  masih  tinggi  diperkiran  hingga  53 Watt/jam.    Sedangkan  untuk  keadaan  yang  berawan  rata-rata  perjamnya  menghasilkan  39  Watt.  Dalam sehari nilai maksimum yang mungkin untuk diperhitungkan adalah selama 5-6 jam. Pukul 09.00 WIB hingga 15.00  WIB  sore  harinya.  Pagi  dan  jelang  malamnya  luaran  panel  surya  sangat  rendah  sekali  baik  dalam kondisi cerah ataupun berawan.
Total  energi yang dikeluarkan untuk satu panel surya berdimensi ±1m 2 dalam seharinya adalah 639.15Wh/ m 2 dan 471.39 Wh/m 2 dengan rata-rata 555.27 Wh/m 2 . Nilai energi yang didapat adalah nilai luaran bersih dari panel surya. Panel surya yang saat ini digunakan tidak memiliki data sheet lengkap, maka digunakan penyetaraan dengan panel SHARP yang berefisiensi 12-14.7%  kondisi standar.  Berdasarkan nilai efisiensi tersebut,  dari data perkiraan insolasi rata-rata 4.81kWh/m 2 [2], maksimum rata-rata energi luaran panel akan didapat 0.5 - 0.7 kWh/m 2 . Melihat hasil perhitungan tersebut, nilai yang didapat untuk potensi wilayah ITERA berkisar 3.77– 5.05 kWh/m 2 mendekati nilai tersebut dengan rata-rata energi luaran panel 0.5 kWh/m 2 - 0.63 kWh/m 2 ,   yang berarti   potensi energi surya di ITERA dapat dikembangkan lebih luas kedepannya dengan kajian lanjut lebih spesifik.
!
Gambar 2 .Keluaran daya panel surya ketika cuaca cerah dan mendung

## 4. Kesimpulan
Luaran panel surya sangat dipengaruhi oleh banyak faktor, terutama insolasi (radiasi matahari) dan efisiensi panel  surya.  Berdasar  pengukuran,  potensi  energi  surya  di  wilayah  Lampung  khususnya  di  lingkungan ITERA  cukup  tinggi.  Nilai  pengukuran  yang  didapat  potensi  wilayah  ITERA  berkisar  3.77–  5.05  kWh/m 2 dengan rata-rata energi luaran panel 0.5 kWh/m 2 - 0.63 kWh/m 2 ,  yang berarti  potensi energi surya di ITERA dapat  dikembangkan  lebih  luas  kedepannya  dengan  kajian  lanjut  lebih  spesifik.    Nilai  ini  menunjukkan bahwa  ITERA    sangat  berpotensi  untuk  dipasang  pembangkit  energi  surya  sebagai  salah  satu  sumber energi operasional kedepannya. Namun perlu adanya kajian lanjut  pada luaran panel surya untuk kelayakan dan menjaga kestabilan luaran ketika terjadi perubahan cuaca mendadak.
10 16:00 16.39 0.32 0.32 9970 5.26 11 17:00 14.13 0.16 0.17 5310 2.40 12 18:00 8.69 0.04 0.04 1080 0.33 Jumlah 471.39 No Waktu (WIB) V Solar Panel (V) V beban (V) I (A) Intensitas (lx)
W (Watt- hours) Energi Luaran Panel Energi (Wh/m2) 0.00 30.00 60.00 90.00 120.00 Waktu (WIB) 07.00 09.00 11.00 13.00 15.00 17.00 Cerah Berawan

## 5. Penghargaan
Kiki  Kananda  (penulis)  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Institut  Teknlogi  Sumatera  atas  bantuan  dana penelitian ini melalui Program Hibah Mandiri tahun 2017 (No 228/IT9.A/SK/PP/2017)

## 6. Daftar Pustaka
[1]  Hasan,  M.H.,  T.M.I.  Mahlia.,  Hadi  Nur.  2012. A  Review  on  energy  scenario  and  sustainable  energy  in Indonesia .  Renewable and sustainable energy reviews 16 (2012) 2316-2328.
[2] Rumbayan, Meyta. Asifujiang Abudureyimu., Ken Nagasaka. 2012. Mapping of Solar energy potensial in Indonesia  using  artificial  neural  network  and  geographical  information  system .  Renewable  and sustainable energy reviews 16 (2012) 1437-1449.
[3] Kananda, Kiki., Refdinal Nazir. 2013. Konsep Pengaturan Aliran Daya untuk PLTS Tersambung ke Sistem Grid pada Rumah Tinggal. JNTE Vol 2 No 2 , pp.65-71 .
[4] PP No 14 Tahun 2012.   http://www.pln.co.id/dataweb/STAT/STAT2011IND.pdf.   Akses online tanggal 24 november 2012.
[5] Utomo, Yusuf Suryo.,  Sugiyatno. 2012. Studi Potensi Energi Surya Provinsi Lampung. Seminar Nasional Fisika  2012  Pusat  Penelitian  Fisika  –  LIPI  Serpong,  4  -  5  Juli  2012  ISSN:  2088-4176  No.  Arsip  : LIPI-12063
[6]  Asy’ari,  Hasyim.,  Jatmiko.,  Angga.  2012.  Intensitas  Cahaya  Matahari  Terhadap  Daya  Keluaran  Panel Surya. Simposium Nasional RAPI XI FT UMS.ISSN:1412-9612