## RANCANG BANGUN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA TERINTEGRASI PADA ATAP GERAI UMKM DI KEBON JERUK MENGGUNAKAN METODE VDI 2221
Dian Wijayanto 1 dan Andi Firdaus 1
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana, Jakarta
E-mail : humas@mercubuana.ac.id

## Abstrak
Indonesia  memiliki  potensi  untuk  pengembangan  energi  terbarukan  yang  ramah  lingkungan.  Hampir seluruh  daerah  di  Indonesia  berpotensi  untuk  di  kembangkan  PLTS  khususnya  PLTS  atap,  dengan distribusi  penyinaran  daya  rata-rata  mencapai  4,8  kWh/m2.  Panel  surya  yang  beredar  di  pasaran pada umumnya tidak dapat digunakan sebagai atap langsung pada sebuah bangunan, karena desain pada frame panel surya tidak dapat langsung dibuat menjadi atap bangunan, sehingga beresiko dapat terjadi  kebocoran  pada  saat  musim  hujan.  Maka  dari  itu  penelitian  ini  akan  membuat  rancangan desain  PLTS  atap  terintegrasi  pada  atap  bangunan  menggunakan  metode  VDI  2221. Hasil  daripada perancangan  sistem  PLTS  atap  menggunakan  metode  VDI  2221  didapatkan  desain  varian  kedua sebagai  pilihan  varian  desain  dengan  poin  tertinggi  yakni  sebesar  8,03.  Selain  itu,  dengan  beban konsumsi  harian  pada  gerai  UMKM  sebesar  2484  Wh  dibutuhkan  6  buah  panel  surya  berkapasitas 100  Wp  dengan  jenis  polycrystalline  yang  dirangkai  secara  paralel  dan  beberapa  komponen  utama lainnya  seperti  SCC  berkapasitas  60  A  satu  buah,  baterai  dengan  jenis  VRLA  12V200Ah  satu  buah dan  inverter  dengan  jenis  pure  sine  wave  berkapasitas  1000  W  satu  buah.  Serta  untuk  penunjang rangka  panel  surya  yang  terintegrasi  pada  atap  gerai  UMKM  dan  ketahanan  cuaca  menggunakan hollow galvanis dan butyl rubber tape.
Kata kunci: energi terbarukan, PLTS, VDI 2221, panel surya, rancang bangun

## Abstract
Indonesia has the potential for the development of environmentally friendly renewable energy. Almost all regions in Indonesia have the potential to develop PLTS, especially rooftop PLTS, with an average power  distribution  of  4.8  kWh/m2. Solar  panels  on  the  market  in  general  cannot  be  used  as  a  direct roof on a building, because the design on the solar panel frame cannot be directly made into the roof of  the  building,  so  there  is  a  risk  of  leakage  during  the  rainy  season.  Therefore,  this  research  will design  an  integrated  roof  PV  mini-grid  on  the  roof  of  the  building  using  the  VDI  2221  method.  The results of the design of the roof PV mini-grid system using the VDI 2221 method obtained the second variant design as a choice  of design variants with the  highest points of 8.03. In addition, with a daily consumption load at MSME outlets of 2484 Wh, 6 solar panels with a capacity of 100 Wp are needed with  polycrystalline  type  arranged  in  parallel  and  several  other  main  components  such  as  one  SCC with a capacity of 60  A, one battery with 12V200Ah VRLA type and an inverter  with the type of pure sine wave with a capacity of 1000 W one piece. As well as to support the integrated solar panel frame on the roof of MSME outlets and weather resistance using galvanized hollow and butyl rubber tape.
Keywords: renewable energy, PLTS, VDI 2221, solar panels, design

## 1. PENDAHULUAN
Berdasarkan  data  DJEBTKE,  hingga  triwulan kedua 2020 bauran EBT nasional baru mencapai 10,9%. Target bauran energi baru dan terbarukan  minimal  23%  pada  tahun  2025, namun  sayangnya  target  tersebut  masih  jauh dari capaian saat ini. Dari sisi bauran EBT untuk pembangkit  listrik,  PLN  mencatatkan  kontribusi
energi  baru  terbarukan  dalam  penggunaan bahan bakar pembangkit listrik hingga November hanya 12,6%. Sementara non -EBT masih sangat besar yakni 87,4%.[1]
Indonesia  merupakan  Negara  yang  terletak di daerah ekuator tepatnya berada pada 11 o LS - 6 o LU  dan  95 o BT  -  141 o BB.  Secara  umum, daerah  ekuator  mempunyai  radiasi  matahari
rata-rata yang tinggi sepanjang  tahunnya sehingga PLTS sangat cocok untuk di kembangkan  di  Indonesia.  Hampir  seluruh daerah di Indonesia berpotensi untuk dikembangkan PLTS dengan distribusi penyinaran  daya  rata-rata  mencapai  kisaran  4,8 kWh/m 2 .  Jumlah  terbesar  pada  tingkat  radiasi matahari  berada  di  Indonesia  timur  berkisar  5,1 kWh/m 2 /hari dengan variasi bulanan 9%, sementara  untuk  di  bagian  Indonesia  barat berkisar 4,5 kWh/m 2 /hari dengan variasi bulanan 10%.[2] Pada rumah-rumah di Indonesia, umumnya pemasangan PLTS diaplikasikan pada atap rumah seperti pada penelitian Wahyuni et al (2019)  yang  biasa  disebut  PLTS  Atap.  Panel surya  yang  beredar  di  pasaran  pada  umumnya tidak  dapat  digunakan  sebagai  atap  langsung pada  sebuah  bangunan,  karena  desain  pada frame  panel  surya  tidak  dapat  langsung  dibuat menjadi  atap  bangunan,  sehingga  beresiko dapat terjadi kebocoran pada saat musim hujan.
Maka  dari  itu  penelitian  ini  akan merancang  dan  membuat  panel  surya  sebagai atap  langsung  agar  tidak  bocor  pada  saat  hujan dan  juga  sebagai  pasokan  energi  listrik  untuk penerangan  di  malam  hari  pada  gerai  UMKM. Untuk  memudahkan  dalam  proses  pembuatan dan  perancangannnya  maka  dibutuhkan  suatu metode  untuk  merealisasikan  rancangan  atau gagasan  pada  penelitian  ini.  Oleh  sebab  itu, untuk memudahkan pembuatan rancangan sistem  PLTS  dalam  penelitian  ini  maka  akan menggunakan metode VDI 2221.[3]

## 1.1.  PLTS
Menurut  Ramadhan  &  Rangkuti  [4]  pembangkit listrik  tenaga  surya  merupakan  suatu  sistem pembangkit listrik dimana sumber energi utamanya adalah energi matahari yang kemudian  diubah  menjadi  energi  listrik  dengan memanfaatkan teknologi photovoltaic. Pembangkit  listrik  tenaga  surya  tidak  memiliki daya  konstan  ( non  capacity  value  generation system ) karena kapasitas keluarannya tergantung  pada  tingkat  radiasi  matahari  yang selalu  berubah  setiap  waktu.  Pembangkit  listrik tenaga surya dinilai dari seberapa banyak energi yang  dapat  dihasilkan,  bukan  seberapa  besar dayanya,  kecuali  pada  sistem  yang  memiliki storage system.

## 1.2.  Konfigurasi PLTS
Umumnya sistem yang digunakan pada pembangkit  listrik  tenaga  surya  terbagi  menjadi 3, yaitu :
1. On-Grid  system ,  merupakan  jenis  teknologi PLTS  yang  terkoneksi  langsung  dengan sistem  kelistrikan. Energi listrik yang dihasilkan  oleh  panel  surya  langsung disalurkan ke jaringan PLN. Teknologi PLTS fotovoltaik On-Grid tidak  dilengkapi  dengan baterai dan hanya bekerja di siang hari.[2]
2. Off-Grid  system ,  merupakan  sistem  PLTS yang tidak terhubung dengan jaringan listrik PLN.  Sistem  ini  berdiri  sendiri,  pada  sistem ini biasanya merupakan sistem dengan pola pemasangan tersebar dan dengan kapasitas  energi  yang  dihasilkan  berskala kecil. Sistem ini biasanya dilengkapi dengan penyimpanan  energi  listrik  dengan  media penyimpanan baterai. Dengan tujuan baterai dapat menjamin ketersediaan pasokan  listrik  saat  kondisi  cuaca  tidak cerah.[5]
3. Hybrid  system ,  dapat  melibatkan  2  atau lebih  sistem  pembangkit  listrik  lainnya. Umumnya yang menggunakan sistem Hybrid dan  pembangkit  adalah  genset,
PLTS,  mikrohydro,  tenaga  angin.  Sehingga sistem hybrid berarti  PLTS-mikrohydro, PLTS-genset, PLTS-tenaga angin. Di Indonesia  system  hybrid  sudah  banyak digunakan  seperti  PLTS-mikrohydro,  PLTS- genset, PLTS-tenaga angin. Namun, pembangkit PLTS-genset yang paling banyak digunakan.[6]

## 1.3.  Komponen utama PLTS
Secara  umum  terdapat  komponen-komponen utama  pada  instalasi  pembangkit  listrik  tenaga surya yaitu panel surya, solar charge controller, baterai  dan  inverter.  Berikut  adalah  penjelasan dari komponen-komponen tersebut.
1.  Panel surya Sel surya adalah perangkat yang menggunakan efek fotovoltaik untuk mengubah  energi  matahari  menjadi  energi listrik,  oleh  karenanya  dinamakan  juga  sel fotovoltaik  ( Photovoltaic  cell –  disingkat PV). Untuk mendapatkan tegangan keluaran  yang  lebih  besar  lagi  maka diperlukan  lebih  banyak  lagi  susunan  sel surya.  Gabungan  dari  beberapa  sel  surya ini  disebut  Panel  Surya  atau  modul surya.[7] Adapun persamaan yang digunakan untuk menentukan jumlah panel  surya  yang  dibutuhkan  adalah sebagai berikut.

## (                             )
(1)
Terdapat  beberapa  jenis  panel  surya yang  beredar  di  pasaran  yang  umumnya digunakan,  diantaranya  adalah  sebagai berikut :
 Monokristallin (Monocrystalline) Merupakan  panel  yang  paling  efisien yang  dibuat  dengan  teknologi  terkini  & menghasilkan  daya  listrik  yang  paling tinggi seperti pada Gambar 1. Monokristal dirancang untuk penggunaan
yang
memerlukan konsumsi  listrik  besar  pada  tempat- tempat  yang  beriklim  ekstrim  dan dengan  kondisi  alam  yang  sangat ganas. Memiliki efisiensi sampai dengan  14  -  16%.  Kelemahan  dari panel  jenis  ini  adalah  tidak  akan berfungsi  baik  ditempat  yang  kurang cahaya  matahari  (teduh),  efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca berawan.[7]
Gambar 1. Monokristallin
 Polikristalin (Polycrystalline) Tipe polycrystalline seperti pada Gambar  2  memiliki  efisiensi  13 –  15% yang  lebih  rendah  jika  dibandingkan dengan tipe monocrystalline dan memerlukan  dimensi  yang  lebih  besar untuk  menghasilkan  daya  listrik  yang sama.  Akan  tetapi  tipe  ini  mampu menghasilkan energi listrik dalam kondisi  cuaca  berawan  dan  memiliki harga  yang  lebih  murah  sehingga banyak dipakai di pasaran.[8]
Gambar 2. Polikristalin
 Thin Film Modul  surya thin  film terdiri  dari beberapa  jenis  yang  dinamai  sesuai dengan  bahan  dasarnya,  seperti A- Si:H , CdTe dan CIGs seperti  yang ditunjukkan  pada  Gambar  3.  Efisiensi rata-rata  modul  surya  jenis thin  film sebesar  6,5 –  8%.  Oleh  karena  itu, dengan  kapasitas  yang  sama  tiap jenis  modul  memiliki  luas  permodul yang berbeda, hal ini berdampak pada penyediaan lahan yang berbeda.[9]
Gambar 3. Thin Film
2. Solar charge controller Solar  charge  controller berfungsi  untuk memantau  dan  memastikan  agar  baterai tidak  mengalami  kelebihan  pelepasan muatan  ( over  discharge )  atau  kelebihan pengisian  muatan  ( over  charge )  yang dapat  mengurangi  umur  baterai.  Adapun perhitungan  untuk  menentukan  kapasitas solar charge controlller yang ingin digunakan  dapat  dilihat  pada  persamaan berikut.
(2)
Keterangan :
= Arus SCC = Arus panel surya = Jumlah panel surya 125% = Kompensasi faktor keamanan
Terdapat  2  tipe solar charge  controlller yang  beredar  di  pasaran  dengan  berbagai merek  yaitu  PWM  dan  MPPT.  Berikut adalah penjelasan mengenai tipe dari solar charge controller PWM dan MPPT :
 PWM (Pulse Width Modulation),
PWM lebih  sederhana  dan  ekonomis dibandingkan  MPPT.  PWM  mengatur aliran  energi  listrik  ke  baterai  dengan mengurangi  arus secara  bertahap  yang disebut  " Pulse  Width  Modulation ".  Saat baterai penuh, PWM akan tetap mensuplai daya dalam jumlah kecil untuk menjaga  baterai  tetap  penuh.  PWM cocok  digunakan  dalam  skala  kecil. Keunggulan  dari  SCC  tipe  PWM  adalah lebih  murah  daripada  MPPT,  cocok untuk sistem skala kecil, usia pakai lebih lama  karena  komponen  yang  digunakan lebih  sedikit,  bekerja  lebih  baik  saat baterai dalam kondisi penuh.
 MPPT (Maximum Power Point
Tracking), MPPT  lebih  efisien  saat digunakan  untuk  mengisi  daya  baterai karena  memiliki  fitur  pembatasan  daya untuk memastikan baterai tidak overcharging .  MPPT  akan  memantau dan menyesuaikan input untuk mengatur arus solar  system .  MPPT  menurunkan tegangan dan menaikkan arus. Keunggulan dari SCC tipe  MPPT adalah efisiensi  yang  lebih  tinggi,  cocok  untuk solar  system skala  besar,  cocok  untuk situasi  dimana  tegangan  panel  surya lebih  tinggi  daripada  tegangan  baterai, bekerja  lebih  baik  ketika  baterai  dalam keadaan lemah.[10]
3.  Baterai
Baterai  merupakan  salah  satu  komponen yang penting dalam PLTS, hal ini dikarenakan  PLTS  hanya  dapat  aktif menghasilkan  energi  pada  siang  hari, sehingga diperlukan baterai sebagai media penyimpanan  energi  untuk  kebutuhan beban  pada  saat  malam  hari.  Adapun perhitungan  untuk  menentukan  kapasitas baterai  yang  ingin  digunakan  dapat  dilihat pada persamaan berikut.
(3)
4.  Inverter Inverter  adalah  perangkat  elektronik  yang mengubah  sistem  tegangan  searah  (DC) menjadi  bolak-balik  (AC).  Dalam  sistem PLTS,  inverter  akan  dihubungkan  dengan baterai  yang  bertegangan  arus  searah (DC)  dan  akan  menghasilkan  tegangan listrik  bolak-balik  (AC)  220  V,  50  Hz. Tegangan  keluaran  ini  serupa  dengan sistem  tegangan  PLN  sehingga  akan memudahkan  pengintegrasian  PLTS  pada rumah  tangga  yang  sudah  terhubung dengan  jaringan  PLN  dan  tidak  perlu mengganti perangkat listrik yang
digunakan. Berdasarkan bentuk
gelombang  yang  dihasilkan,  inverter  dibagi menjadi tiga yaitu inverter dengan gelombang  keluaran  berbentuk square, modified , dan true sine wave .

## 2. METODOLOGI
Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  metode  VDI  2221.  Pada  Gambar  1 menunjukkan tahapan perancangan yang dimulai dari  studi  literatur  dan  analisa  kebutuhan, identifikasi  masalah  dan  penjabaran  tugas, menentukan konsep rancangan, mengembangkan solusi utama, penentuan rancangan terbaik, evaluasi dan proses pembuatan alat.
Gambar 4. Diagram alir perancangan

## 2.1.  Penjelasan diagram alir
1. Studi  literatur  dan  analisa  kebutuhan, adalah dilakukannya pengumpulan referensi yang  relevan  dari  jurnal,  buku  dan  artikel penelitian.  Di  tahap  ini  akan  didapatkan dasar  teori  yang  kemudian  akan  menajdi pedoman dalam memahami dan menyelesaikan  permasalahan  yang  muncul serta  menyusun  rencana  kegiatan  yang akan  dilakukan.  Dalam  penelitian  ini  juga dilakukan survey lapangan yang berhubungan  dengan  rancangan  PLTS, sehingga  semakin  paham  dengan    tema penelitian dan dapat menentukan arah yang akan diambil kedepannya.
2. Identifikasi  masalah  dan  penjabaran  tugas, adalah  tahapan  untuk  mengidentifikasi suatu  masalah  ataupun  resiko  yang  akan muncul pada saat perancangan dan pembuatan  alat,  lalu  di  jabarkan  apa  saja permasalahan  tersebut  guna  mendapatkan data  mengenai  syarat  apa  saja  yang  harus terpenuhi  pada  rancangan  ini  beserta batasannya.
3. Menentukan  konsep  rancangan,  adalah tahap  pengolahan  data  dan  informasi menjadi  suatu  rancangan  atau  konsep rancangan awal PLTS
dengan menggunakan abstraksi yang kemudian
4. akan  di  kembangkan  menjadi  rancangan atau konsep terbaik.
5. Mengembangkan  solusi  utama,  adalah tahapan  untuk mengembangkan solusi atau konsep  awal  rancangan  PLTS  dengan menyusun  kombinasi  varian.  Dalam  tahap ini  juga  akan  menentukan  struktur  fungsi dari  tiap  komponen  atau  bagian  guna mencari prinsip solusi bagaimana rancangan akan dibuat. 6. Penentuan rancangan terbaik, adalah tahapan  untuk  menentukan  rancangan terbaik  berdasarkan  perhitungan  tertinggi dari varian yang ada.
7. Evaluasi,  adalah  tahapan  untuk  meninjau kembali  hasil  dari  penilaian  berdasarkan pedoman atau daftar kehendak.
8. Proses  pembuatan  alat,  adalah  tahapan untuk  mewujudkan  gagasan  penelitian secara nyata.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  penelitian  ini  akan  merancang  PLTS  atap dengan  konfigurasi Off-Grid serta  panel  surya berkapasitas  100Wp  yang  dirangkai  secara pararel  dan  baterai  berkapasitas  12V200Ah. Penggunaan  konsumsi  listrik  harian  pada  gerai UMKM dapat dilihat pada Tabel 1 dan 2 berikut.
Tabel 1. Konsumsi beban listrik per hari
Ket Ju mla h Kapasita s (W) Lama Pemakai an (h) Konsum si Energi (Wh) Lampu 1 36 12 432 Lampu 2 30 12 720 Lampu 3 25 12 900 Total konsumsi listrik per hari (Wh) 2052 Tabel 2. Spesifikasi panel surya Nama Keterangan Model GH100P-36 Rated Maximum Power 100W Voltage at Pmax (Vmp) 18,3V Current at Pmax (Imp) 5,47A Open-Ciruit Voltage (Voc) 22,5V Short-Circuit Current (Isc) 5,91A Normal Operating Cell Temp (NOCT) 47±2 ℃ Maximum System Voltage 1000VDC Maximum Series Fuse Rating 10A Operating Temperature -40to+85 ℃ Application Class Class A
Cell Technology Poly-Si Weight 6,9kg Dimension (mm) 1020*670*30

## 3.1.  Daftar Kehendak
Untuk  mendapatkan  rancangan  penelitian  yang sesuai kebutuhan dibutuhkan parameter keinginan  atau  daftar  gagasan  (kehendak) sebagai berikut :
1. Menghasilkan energi listrik < 1 Kw
2. Jumlah komponen ringkas
3. Tinggi panel surya < 4 m (4000 mm)
4. Panjang < 4 m (4000 mm)
5. Lebar < 3 m (3000 mm)
6. Dimensi tidak terlalu besar
7. Beban tidak lebih dari 100 kg
8. Bahan rangka kokoh dan tahan karat
9. Alat mudah dipindahkan
10.  Menggunakan energi sinar matahari
11.  Material mudah didapat
12.  Tanda pengoperasian mudah dipahami 13.  Bagian-bagian berbahaya harus terlindungi
14.  Rangka tidak rumit 15.  Tidak boros tempat
16.  Tidak bising
17.  Tidak mengganggu mobilitas penghuni
18.  Pengoperasian tidak membahayakan
19.  Suku cadang mudah didapat
20.  Dapat dibuat di bengkel kecil
21.  Dapat diangkut dengan kendaraan ringan
22.  Mudah dalam perawatan dan pembersihan 23.  Tidak menuntut proses produksi yang rumit 24.  Mudah dirakit dan dibongkar 25.  Dapat dibuat secara massal 26.  Biaya produksi seminimal mungkin 27.  Memenuhi kriteria keindahan
28.  Bagian sudut tidak tajam
29.  Komponen tahan air dan cuaca 30.  Tetap berfungsi saat minim pencahayaan 31.  Dapat dikerjakan di tempat instalasi
Dari  susunan  parameter  keinginan  atau gagasan  yang  tidak  teratur  di  atas,  kemudian disusun  secara  sistematis  ke  dalam  daftar  yang disebut  daftar  kehendak.  Setiap  spesifikasi dibagi  menjadi  dua  kategori, Demands (D)  dan Wishes (W) seperti terlihat pada Tabel 3 berikut. Dimana Demands adalah daftar kebutuhan  yang harus  terpenuhi,  sedangkan Wishes merupakan dafar  kebutuhan  yang  dapat  dipertimbangkan apabila memungkinkan.
Tabel 3. Daftar kehendak Faktor D/W Persyaratan Geometri W Dimensi tidak terlalu besar D Jumlah komponen ringkas W Beban tidak lebih dari 100 kg Material W Bahan rangka kokoh dan tahan karat D Material mudah didapat D Kosmponen tahan air dan cuaca Energi D Menggunakan energi sinar matahari D Tetap berfungsi saat minim pencahayaan Fungsi D Menghasilkan energi listrik < 1 Kw Keselamatan D Bagian berbahaya harus terlindungi D Pengoperasian tidak membahayakan Ergonomi D Tidak bising D Tidak boros tempat W Rangka tidak rumit D Tidak mengganggu mobilitas penghuni D Tanda pengoperasian mudah dipahami Perakitan D Mudah dirakit dan dibongkar D Suku cadang mudah didapat Produksi D Tidak menuntut proses produksi yang rumit D Dapat dikerjakan di tempat instalasi W  Dapat dibuat di bengkel kecil W Dapat dibuat secara massal Estetika D Memenuhi kriteria keindahan W Bagian sudut tidak tajam Transportasi D Alat mudah dipindahkan D Dapat diangkut dengan kendaraan ringan Biaya D Biaya produksi seminimal mungkin Perawatan D Mudah dalam perawatan dan pembersihan

## 3.2.  Abstraksi
Merupakan  tahapan  untuk  mengabaikan  hal-hal yang  bersifat  umum  dan  fokus  terhadap  hal-hal yang  bersifat  khusus  atau  wajib.  Pada  tahapan ini  juga    akan  menentukan  struktur  fungsi  yang akan digunakan untuk pencarian prinsip pemecahan masalah dan kombinasi varian  yang cocok  sebagai  konsep  rancangan  sistem  PLTS atap.
Tabel 4. Abstraksi Faktor D/W Persyaratan Geometri D Jumlah komponen ringkas Material D Material mudah didapat D Komponen tahan air dan cuaca Energi D Menggunakan energi sinar matahari D Tetap berfungsi saat minim pencahayaan Fungsi D Menghasilkan energi listrik < 1 Kw Keselamatan D Bagian berbahaya harus terlindungi D Pengoperasian tidak membahayakan Ergonomi D Tidak bising D Tidak boros tempat D Tidak mengganggu mobilitas penghuni
D Tanda pengoperasian mudah dipahami Perakitan D Mudah dirakit dan dibongkar D Suku cadang mudah didapat Produksi D Dapat dikerjakan di tempat instalasi D Dapat dibuat secara massal D Tidak menuntut proses produksi yang rumit Estetika D Memenuhi kriteria keindahan Transportasi D Alat mudah dipindahkan D Dapat diangkut dengan kendaraan ringan Biaya D Biaya produksi seminimal mungkin Perawatan D Mudah dalam perawatan dan pembersihan
Berdasarkan  hasil  abstraksi  dari  daftar kehendak yang telah dibuat pada Tabel 4, maka kesimpulan  dari  sistem  PLTS  atap  yang diinginkan adalah sebagai berikut : 1. Menghasilkan energi listrik
2. Rangkaian sistem ringkas dan tahan cuaca
3. Mudah dirakit dan dibongkar
4. Aman bagi pengguna
5. Minim tempat
6. Mudah dalam perawatan
7. Mudah dalam pengoperasian
8. Biaya seminim mungkin
3.3.  Struktur Fungsi
Struktur  fungsi  merupakan  tahapan  untuk mendefinisikan  suatu  hubungan  secara  umum antara input dan output suatu  sistem  yang  akan menjalankan suatu tugas tertentu.

## Gambar 5. Struktur fungsi
Keterangan : Ei : Energy input Mi : Material input Si : Sinyal input Eo : Energy output Mo
: Material output
So : Sinyal output

## 3.4.  Fungsi Keseluruhan
Di  dalam  struktur  fungsi  keseluruhan  PLTS  atap terdapat beberapa sub fungsi yang menjabarkan lagi bagian-bagian dari fungsi keseluruhan PLTS atap.

## 1. Fungsi bagian ditinjau dari panel surya
Gambar 6. Sub fungsi panel surya
Perlu  dicari  prinsip  solusi  bahwa  panel surya  mampu  mensuplai  kebutuhan  beban harian pada gerai UMKM untuk penerangan dan ketahan cuaca.
2. Fungsi  bagian  ditinjau  dari Solar  Charge Controller

## Gambar 7. Sub fungsi SCC
Perlu  dicari  prinsip  solusi  bahwa  SCC mampu  mengontrol  dan  memonitor  arus dan tegangan  yang masuk dan keluar pada baterai.
3. Fungsi bagian ditinjau dari baterai
Gambar 8. Sub fungsi baterai
Perlu  dicari  prinsip  solusi  bahwa  baterai mampu  menyimpan  energi  yang  dihasilkan panel  surya  dan  mencukupi  kebutuhan beban konsumsi harian.

## 4. Fungsi bagian ditinjau dari inverter
Gambar 9. Sub fungsi inverter
Perlu  dicari  prinsip  solusi  bahwa  inverter mampu  mengubah  arus  searah  (DC) menjadi arus bolak-balik (AC).

## 5. Fungsi bagian ditinjau dari rangka
Gambar 10. Sub fungsi rangka
Perlu  dicari  prinsip  solusi  bahwa  rangka harus kuat menopang beban dari keseluruhan panel surya.

## 6. Fungsi bagian ditinjau dari pelindung atap
Gambar 11. Sub fungsi atap
Perlu  dicari  prinsip  solusi  bahwa  pelindung atap mampu melindungi atap dari kebocoran.
Setelah  melakukan  pembuatan  struktur fungsi maka langkah selanjutnya adalah mencari prinsip  solusi  berdasarkan  unsur  utama  yang telah disebutkan di atas untuk sub fungsi seperti yang terlihat pada Gambar 12.
Pada  proses  pemilihan  terbaik  kombinasi varian  sub  fungsi  pada  Gambar  12  akan  dikaji
dan  diseleksi  berdasarkan  kriteria  sebagai berikut :
1. Sesuai dengan fungsi kebutuhan
2. Sesuai dengan daftar kehendak
3. Secara prinsip dapat diwujudkan
4. Sesuai keinginan perancang
5. Dalam batasan biaya produksi
6. Memenuhi syarat keamanan
7. Pengetahuan konsep memadai
Gambar 12. Kombinasi varian sub fungsi
Tabel 5. Pemilihan varian struktur fungsi
V A R IA N P RI NS IP S O LU S I
Kriteria Pemilihan Keputusan
(+) Ya (-) Tidak (?) Kurang informasi (!) Periksa spesifikasi (+) Solusi yang dicari (-) Hapuskan solusi (?) Kumpulkan informasi (!) Lihat spesifikasi
Sesuai dengan fungsi kebutuhan Sesuai dengan daftar kehendak Secara prinsip dapat diwujudkan Sesuai keinginan perancang Dalam batasan biaya produksi
Memenuhi syarat
keamanan
Pengetahuan konsep memadai A1  - - +  - - +  + Spesifikasi tidak sesuai - A2  +  +  +  +  +  +  + + A3  - - +  - - + - Spesifikasi tidak sesuai - B1  +  +  +  +  +  +  + +
B2  + - +  - - +  + Biaya mahal - C1  + - +  - - +  + Biaya mahal - C2  +  +  +  +  +  +  + + C3  + - +  - - +  ? Kumpulkan informasi - D1  - - +  - + - + Tidak sesuai kebutuhan - D2  +  +  +  +  +  +  + + D3  - - +  - +  + !
Periksa spesifikasi - E1  - - +  - + - + Tidak
sesuai kebutuhan - E2  + - +  - - +  + Biaya mahal - E3  +  +  +  +  +  +  + +
F1  + - + ! +  +  + Periksa spesifikasi - F2  +  +  +  +  +  +  + + F3 - - - - - - - Tidak sesuai kebutuhan -
Setelah  kombinasi  varian  dilakukan maka  perlu  dilakukan  tahap  penilaian  terhadap ketiga varian dan didapatkan varian ke-II sebagai varian dengan poin tertinggi.
Tabel 6. Penilaian varian II Kriteria Wi (Bobot ) Parameter Vi (Nilai ) Wi x Vi Dapat dibuat di bengkel kecil 0,09 Mudah dalam pengerjaan 7 0,6 3 Kontruksi kuat 0,1 Tidak mudah rusak 9 0,9 Mudah dirakit 0,08 Pemasanga n cepat 7 0,5 6
dan dibongkar Bentuk sederhan a 0,05 Komponen tidak rumit 7 0,3 5 Banyak kompone n 0,08 Jumlah komponen 8 0,6 4 Kompone n mudah didapat 0,15 Banyak di pasaran 9 1,3 5 Murah 0,1 Anggaran rendah 7 0,7 Aman 0,15 Faktor keamanan 8 1,2 Perawata n mudah 0,05 Mudah dibersihkan 7 0,3 5 Tahan cuaca 0,15 Tidak bocor 9 1,3 5 Total 1 78 8,0 3
Tabel 7. Rekap penilaian varian Varian Poin (Wi x Vi) Varian 1 7,53 Varian 2 8,03 Varian 3 7,43 3.5.  Perhitungan Komponen
Pada tahapan ini dilakukan perhitungan komponen  atau sizing yang  dimulai  dari perhitungan panel surya, solar charge controller , baterai dan inverter untuk menentukan kapasitas yang  sesuai  dengan  rancangan  yang  diinginkan berdasarkan varian yang telah ditentukan.
1.  Panel surya Berdasarkan  pada  Tabel  1  kebutuhan energi  listrik  harian  pada  gerai  UMKM adalah sebesar 2052Wh. Pada penelitian ini akan menggunakan panel surya berkapasitas  sebesar  100Wp  dengan  jenis polycrystalline dan  waktu  efektif  dari  panel surya  untuk  menghasilkan  rata-rata  daya puncak  adalah  3,5  jam  per  hari.  Sehingga jumlah  panel  surya  yang  dibutuhkan  untuk memenuhi  kebutuhan  energi  listrik  harian pada  gerai  UMKM  berdasarkan  kebutuhan daya  dengan  menggunakan  persamaan  1 adalah : Jumlah panel surya = 2052Wh/(100Wp  x  3,5  jam)  =  5,86  atau dibulatkan menjadi 6 buah panel surya yang dirangkai  secara  paralel.  Total  tegangan panel  surya  =  18,3V  dan  arus  =  5,47A  x  6 =32,82A
2. Solar Charge Controller
Berdasarkan  pada  Tabel  2  dapat  diketahui ISC dari panel surya adalah sebesar 5,91A. Sehingga dengan
menggunakan persamaan  2  maka  didapatkan hasil sebesar  44,32A.  Namun,  karena  dipasaran tidak    terdapat    SCC   dengan   kapasitas tersebut  maka  pada  penelitian  ini  akan menggunakan  SCC  dengan  kapasitas  yang paling  mendekati  yaitu  60A  tipe  PWM sebanyak satu buah.
3.  Baterai
Pada  penelitian  ini  karena  menggunakan konfigurasi Off-Grid
tentu akan
menggunakan baterai sebagai tempat penyimpanan  energinya.  Baterai  yang  akan digunakan pada penelitian ini adalah baterai bertipe VRLA dengan spesifikasi 12V200Ah dan pengaturan DOD sebesar 80%. Adapun tahapan  untuk  menentukan  jumlah  baterai yang  akan  digunakan  adalah  dengan menggunakan persamaan 3 dan didapatkan hasil  sebagai  berikut:  Total  kapasitas baterai  =  2052Wh/80%  =  2565Wh.  Jumlah baterai  =  2565Wh/(12V  x  200Ah)  =  1,06. Oleh  sebab  itu,  banyaknya  baterai  yang akan  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah sebanyak satu buah.
4.  Inverter Untuk menentukan kapasitas inverter terlebih  dahulu  harus  diketahui  kapasitas beban konsumsi yang digunakan pada gerai UMKM.  Berdasarkan  pada  Tabel  1  dapat diketahui  bahwa  beban  konsumsi  harian yang  digunakan  pada  gerai  UMKM  adalah sebesar  171W.  Oleh  sebab  itu,  maka kapasitas  inverter  yang  digunakan  adalah inverter  dengan  kapsitas  1000W  berjenis pure sine wave sebanyak satu buah.
Hasil perancangan desain varian 2 untuk rancangan  PLTS  atap  dan  rangkaian  sistem PLTS  atap  dapat  dilihat  pada  Gambar  9  dan Gambar 10 sebagai berikut.
Gambar 13. Desain varian II
Gambar 14. Diagram blok PLTS atap

## 4. KESIMPULAN
Pada proses perancangan dengan menggunakan  metode  VDI  2221  menghasilkan desain  varian  2  sebagai  desain  yang  paling memenuhi  kriteria  dengan  nilai  dan  bobot tertinggi  di  antara  varian  lainnya  yaitu  sebesar 8,03  poin.  Pada  proses  perancangan  dengan beban  konsumsi  harian  pada  gerai  UMKM sebesar 2052Wh dibutuhkan 6 buah panel surya berkapasitas 100Wp dengan jenis polycrystalline yang  dirangkai  secara  paralel  dan  beberapa komponen utama lainnya seperti SCC tipe PWM berkapasitas  60A  satu  buah,  baterai  dengan jenis  VRLA  12V200Ah  satu  buah  dan  inverter dengan  jenis pure  sine  wave berkapasitas 1000W satu buah. Serta untuk penunjang rangka panel  surya  yang  terintegrasi  pada  atap  gerai UMKM  dan  ketahanan  cuaca  menggunakan hollow galvanis dan butyl rubber tape.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] A.  Umah,  “PLN  Masih  Ketergantungan Batu Bara, Ini Buktinya!,” cnbcindonesia.com , 2020. https://www.cnbcindonesia.com/news/202
01125115003-4-204493/pln-masih- ketergantungan-batu-bara-ini-buktinya (accessed Mar. 13, 2021).
[2] D. G. Pradista, “Analisis dampak regulasi Peraturan  Menteri  ESDM  No.  12/2017 pada  keekonomian  investasi  pembangkit listrik  tenaga  surya  (PLTS)  fotovoltaik  on grid di Indonesia,” pp. 1–12, 2018.
[3] R.  Ihsan  Media  and  B.  Ibrahim,  “Studi Perancangan  Mesin  Pencacah  Cokelat Kapasitas  Produksi  600Kg/Jam  dengan Metode  VDI  2222,” J.  Teknol.  dan Rekayasa  Manufaktur ,  vol.  1,  no.  2,  pp. 41 –54, 2019, doi: 10.48182/jtrm.v1i2.11.
[4] S.  G.  Ramadhan  and  C.  Rangkuti, “Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga
Surya  Di  Atap  Gedung  Harry  Hartanto Universitas Trisakti,” pp. 1–11, 2016.
[5] M. Jamaluddin,
“Desain Building Integrated  Photovoltaic  System  Pada Bangunan Foodcourt Di Wilayah
Surabaya,” 2017.
[6] D.  Dzulfikar  and  W.  Broto,  “Optimalisasi
Pemanfaatan Energi Listrik Tenaga Surya Skala  Rumah  Tangga,”  vol.  V,  pp. SNF2016-ERE-73-SNF2016-ERE-76,
2016, doi: 10.21009/0305020614.
[7] B.  H.  Purwoto,  I.  F.  Huda,  F.  Teknik,  U. M.  Surakarta,  and  P.  Surya,  “EFISIENSI
PENGGUNAAN PANEL SURYA SEBAGAI SUMBER,” pp. 10–14, 2018. [8] M. Fahmi, “Perancangan Rooftop Off Grid Solar Panel Pada Rumah Tinggal Sebagai Alternatif Sumber Energi Listrik,”
J.  Din.  DotCom ,  vol.  8,  no.  1,  pp.  1 –11, 2017. [9] R. Sianipar, “Dasar Perencanaan
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya,”  vol.
11, no. 2, pp. 61 –78, 2014.
[10] Kentshardware.com, “PERBEDAAN
SOLAR  CHARGE  CONTROLLER  MPPT VS  PWM ,” kentshardware.com ,  2019. https://kentshardware.com/perbedaan- solar-charge-controller-pwm-dan-mppt (accessed Apr. 23, 2021).