## Scientific Journal Widya Teknik
Volume 22 No. 2 2023 ISSN 1412-7350 eISSN 2621- 3 362

## PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA OFF-GRID DENGAN PROTEKSI BATERAI
Mina Merry Wanimbo 1 , Albert Gunadhi 1 , Rasional Sitepu 2 , Peter R. Angka 1 , Lanny Agustine 1 , Natavijoy Alim 1 , Andrew Joewono 2*
1 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya, Jl. Kalijudan No. 37, Surabaya
2 Program Studi Profesi Insinyur, Fakultas Teknik, Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya, Jl. Kalijudan No. 37, Surabaya *e-mail : andrew_sby@ukwms.ac.id

## ABSTRACT
Electricity has become a primary need for households however, many areas in Indonesia still do not have access to the State Electricity Company (PLN). Generating electricity can be done in various methods, one of them by solar radiation. The Solar Power Generation System (PLTS) has an advantage compared to other power plants,  in which it does not cause environmental pollution so the  PLTS is an adequate solution for generating electricity in the residential area. One of the popular systems used in PLTS is the off-grid system, where the power generation system is not connected to the PLN network, thus battery is mandatory to collect the electrical energy produced by solar panels. The use of batteries has rules so that their use can last for a long time, namely the Depth of Discharge (DoD) cannot be high, so an additional module is needed to provide automatic protection. The module is Low Voltage Disconnect (LVD). The solar  panel  used  has  a  polycrystalline  type  of  2  x  100  wp.  The  battery  used  has  a  Valve Regulated Lead Acid (VRLA) type with 12V 100 Ah specifications, 1 unit, using LVD protection. The LVD module used is the XH-M609 type to limit the voltage from the lowest specified battery voltage, power from the battery will be channeled to a power inverter with a maximum power of 1500 watts. In general, the performance of the designed PLTS system is going well and can be used to activate the planned load of 6 LED 9 watts for 4 hours, as needed.

## ABSTRAK
Listrik sudah menjadi kebutuhan pokok bagi keperluan rumah tangga, namun banyak daerah di Indonesia yang masih belum terakses listrik PLN. Untuk menghasilkan listrik dapat dilakukan dengan berbagai cara, salah satunya memanfaatkan radiasi cahaya matahari. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya memiliki keunggulan  dibandingkan  dengan  pembangkit  listrik  lainnya,  yaitu  tidak  menimbulkan  pencemaran lingkungan, sehingga Pembangkit Listrik Tenaga Surya menjadi solusi yang cocok untuk membuat energi listrik di sektor rumah tinggal. Salah satu sistem yang digunakan pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya yang  cukup  popular  adalah  sistem off-grid ,  dimana  sistem  pembangkit  listrik  tersebut  tidak  terkoneksi dengan jaringan PLN, sehingga dibutuhkan baterai (aki) untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan oleh  panel  surya.  Penggunaan  aki  memiliki  aturan  agar  penggunaannya  dapat berlangsung  dalam  waktu yang lama yaitu Depth of Discharge (DoD) nya tidak boleh tinggi, sehingga dibutuhkan modul tambahan agar  melakukan  proteksi  otomatis.  Modul  tersebut  adalah Low Voltage Disconnect (LVD).  Panel  Surya yang  digunakan  memiliki  tipe polycrystalline sebanyak  2  x  100  wp.  Aki  yang  digunakan  memiliki  tipe Valve  Regulated  Lead  Acid (VRLA)  dengan  spesifikasi  12V  100  Ah,  sebanyak  1  buah,  dengan menggunakan  proteksi  LVD.  Modul  LVD  yang  digunakan  adalah  tipe  XH-M609  untuk  membatasi tegangan  dari  tegangan  terendah  aki  yang  ditentukan,  daya  dari  aki  akan  dsalurkan  ke  power  inverter dengan daya maksimum 1500 watt. Secara umum,  kinerja sistem PLTS yang dirancang berjalan dengan baik serta dapat digunakan untuk mengaktifkan beban yang direncanakan lampu LED 9 watt sebanyak 6 buah selama 4 jam, sesuai dengan kebutuhan.
Keywords: off-grid, aki, low voltage disconnect, depth of discharge

## I. Pendahuluan
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS) menjadi
topik pengembangan dalam mendapatkan energi baru dalam kehidupan. Hal
ini dikarenakan PLTS tidak menimbulkan polusi bagi  lingkungan  sekitar  baik  air,  udara,  suara, karena secara langsung mengkonversikan radiasi  cahaya  matahari  menjadi  listrik,  panel
surya dipasang di ruang terbuka akan menghasilkan  listrik  walaupun  dengan  variasi nilai  energi  yang  berbeda.  Indonesia  juga merupakan  wilayah  disekitar  garis  khatulistiwa dan  mempunyai  iklim  tropis  dengan  radiasi cahaya matahari yang tegas, sehingga berpotensi menggunakan PLTS dalam
memenuhi kebutuhan  energi  listriknya,  terutama  daerah- daerah  yang  belum  terjangkau  jaringan  listrik PLN.
Salah  satu  sistem  yang  sering  digunakan dalam  instalasi  PLTS  adalah  sistem off-grid . Dalam  sistem off-grid memerlukan  sebuah komponen  tambahan,  yaitu  baterai  atau  aki sebagai  media  penyimpanan  energi  listrik  yang dihasilkan. Peralatan yang cukup penting dalam sistem off-grid ,  adalah  baterai  atau  aki. Penggunaan  baterai  atau  aki  memiliki  aturan agar  baterai  dapat  digunakan  dalam  waktu jangka  Panjang.  Secara  umum,  penggunaan baterai  harus  berada  pada  tegangan  kerjanya, yaitu kisaran 12 Volt, apabila ketentuan tersebut dilanggar, maka akan berpotensi untuk merusak aki.
Untuk  mengatasi  hal  tersebut  diperlukan sebuah modul pemantau tegangan dan memproteksi  jalur  keluaran  dari  baterai,  modul Low  Voltage  Disconnect (LVD).  LVD  dapat menghentikan  penggunaan  aki  pada  saat  nilai tegangan  tertentu,  keunggulan  LVD  dapat memproteksi jalur output baterai sesuai tegangan yang diinginkan sebagai batas pengoperasian  tegangan  aki  (tegangan cutoff ). Tegangan reconnect dapat  ditentukan  agar sistem dapat aktif kembali, yaitu energi dari aki disalurkan  ke  inverter  dan  digunakan  untuk mensuplai beban.
Pada pembahasan ini dirancang Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  dengan Proteksi Otomatis. Proteksi otomatis menggunakan  LVD  pada  sistem  PLTS  yang digunakan.
Batasan  pembahasan  sebagai  berikut: Panel  surya  yang  digunakan  sebesar  100  Wp dan  bertipe polycrystalline ,  baterai  12  Volt dengan  kapasitas  100  Ah,  Beban  yang  akan digunakan  untuk  melakukan  pengujian  PLTS adalah  6  buah  lampu  dengan  masing-masing memiliki  spesifikasi  daya  terbaca  sebesar  9 Watt., dengan variabel yang akan diamati waktu suplai beban dengan menguji rangkaian proteksi baterainya

## II. Teori Dasar
Peralatan yang digunakan, sebagai berikut:
Panel  surya  merupakan  kumpulan  sel-sel  surya ( solar  cell )  yang  merupakan  sel photovoltaic dapat mengubah energi radiasi matahari menjadi energi  listrik.  Energi  listrik  yang  dikeluarkan dari  panel  surya  adalah  arus  searah  atau direct current (DC).  Panel  surya  terbuat  dari  bahan silikon  yang  di doping tipe  P  dan  tipe  N  hingga membentuk  daerah  P-N  (P-N  junction).  Pada
saat  terkena  cahaya  matahari  ( photon  energy) akan  terjadi  perpindahan  elektron.  Elektron  di sisi daerah N akan berpindah ke sisi holes di sisi daerah  P  dan  akan  membentuk  daerah  deplesi ( depletion  region ).  Apabila  energi  dari  radiasi matahari  cukup  saat  terkena  panel  maka  daerah deplesi  akan  menghasilkan  elektron  dan  holes sehingga  akan  membentuk  beda  potensial (tegangan)  sehingga  akan  terjadi  aliran  arus searah (DC).
Bahan  pembuatan  sel  surya  diklasifikasi menjadi  dua  jenis,  yaitu monocrystalline dan polycrystalline . Panel surya berbahan polycrystalline terbuat  dari  campuran  beberapa jenis leburan silikon dan memiliki daya efisiensi lebih rendah dibandingkan dengan monocrystalline pada  kondisi  cahaya  matahari dengan  ketegasan  yang  sama.  Namun,  biaya pembuatan dari panel surya berbahan polycrystalline lebih  rendah  dibangkan  dengan monocrystalline .  Gambar  1  menunjukkan  panel surya polycrystalline .
Gambar 1. Panel Surya Polycrystalline
Pengatur  distribusi  daya  lebih  dikenal dengan Solar  Charge  Controller (SCC) berfungsi  sebagai  pengatur  energi  pengisian baterai  agar  tidak  berlebihan  dari  arus  yang dihasilkan dari panel surya.
Berdasar  cara  kerjanya, solar  charge controller digolongkan  menjadi  2  jenis  yaitu: Maximum  Power  Point  Tracking (MPPT) Charge Controller , dan Pulse Width Modulation (PWM) Charge  Controller .  Untuk  SCC  tipe PWM  memiliki  cara  kera  sebagai  berikut.  SCC akan  meneruskan  energi  listrik  dari  matahari mengisi baterai, untuk mencapai target tegangan. Saat  tegangan  baterai  mencapai  targetnya, pengendali  akan  beralih,  sambungan  pengisian baterai  akan  terputus,  sehingga  akan  membuat tegangannya menjadi konstan.
Solar  Charge  Controller (SCC)  dengan tipe  SC-20  dapat  mengatur  dan  membatasi aliran  arus  pengisian  ke  baterai  dengan  arus maksimum  sebesar  20  Ampere,  dan  dapat bekerja  pada  panel  surya  dengan  tegangan  12 atau 24 Volt (Gambar 2).
Gambar 2. Solar Charge Controller (SCC) SC- 20
Miniature  Circuit  Breaker atau  biasa dikenal  dengan  MCB,  merupakan  salah  satu komponen  yang  sangat  penting  dalam  instalasi kelistrikan.  MCB  berfungsi  sebagai  perangkat proteksi  otomatis  akan  memutuskan  aliran  arus listrik  sesuai  dengan  spesifikasinya  saat  terjadi beberapa kondisi seperti beban yang berlebih.
Berdasarkan  toleransi  batas  maksimum MCB dibedakan menjadi beberapa tipe yaitu:
1.  Tipe B MCB  dengan  tipe  B  memiliki  ketahanan toleransi arus maksimum sebesar 3 hingga 5 kali  dari  arus  yang  dituliskan  dalam spesifikasinya.
2.  Tipe C MCB  dengan  tipe  C  memiliki  ketahanan toleransi  arus  maksimum  sebesar  5  hingga 10  kali  dari  arus  yang  dituliskan  dalam spesifikasinya.
3.  Tipe D MCB  dengan  tipe  D  memiliki  ketahanan toleransi  arus  maksimum  sebesar  10  hingga 25  kali  dari  arus  yang  dituliskan  dalam spesifikasinya.
Berdasarkan jenis arus yang dapat dikendalikan,  MCB  dapat  dibedakan  menjadi  2 jenis yaitu:
1.  MCB AC
MCB AC berfungsi untuk memutuskan arus yang berlebih dari spesifikasi yang ditentukan  pada  MCB,  dan  arus  tersebut memiliki  tipe alternating  current atau  arus bolak-balik, tampak  MCB  AC ( single pole ), seperti pada Gambar 3.

## Gambar 3. MCB AC
2.  MCB DC
MCB  DC  berfungsi  memutuskan  arus berlebih  dibandingkan  dengan  spesifikasi yang  ditentukan  pada  peralatannya,  dengan tipe direct  current atau  arus  searah.  MCB DC  memiliki  2  pole,    karena  arus  yang
kendalikan  mempunyai  2  polaritas,  tampak peralatan seperti pada Gambar 4.

## Gambar 4. MCB DC
Baterai  merupakan  peralatan  penyimpan energi  listrik  dengan  kapasitas  tertentu  yang dihitung dengan satuan Ampere hour (Ah).
Baterai  terbentuk  dari  proses  kimia  yang mengubah  energi  kimia  menjadi  energi  listrik melalui  reaksi  elektrokimia  oksidasi  dan  reaksi redoks.  Reaksi  tersebut  terjadi  karena  adanya perpindahan partikel kimia dari kutub negatif ke kutub positif, sehingga menimbulkan arus listrik.
Berdasarkan  jenisnya  baterai  dibedakan menjadi
2, yaitu: baterai primer ( nonrechargeable ) dan baterai sekunder ( rechargeable ).  Baterai  primer  adalah  baterai yang  tidak  dapat  dilakukan  pengisian  muatan lagi.  Sedangkan  baterai  sekunder  adalah  baterai yang  dapat  dilakukan  pengisian  muatan  lagi, secara  umum  baterai  sekunder  berbahan  dari asam dan timbal disebut juga baterai lead acid . Baterai lead acid atau  baterai  asam  timbal adalah baterai yang terbuat dari asam dan timbal. Baterai lead  acid menggunakan  asam  sulfat sebagai  elektrolit  baterai.  Ketika  dilarutkan molekul-molekul didalamnya terdispersi sebagai sulfat (SO 4 - ) sebagai ion negatif dan asam (H+) sebagai ion positif, akan bergerak bebas. Ketika elektroda  ini  dicelupkan  kedalam  larutan  dan memberikan  suplai  DC,  ion  positif  (H+)  akan bergerak  ke  tepi  negatif  baterai,  dan  ion negative  (SO 4 - )  akan  bergerak  ke  tepi  positif baterai.
Baterai lead  acid juga  memiliki  2  jenis, yaitu: flooded lead acid battery atau baterai lead acid basah  (dikenal  dengan  aki  basah)  dan sealed  lead  acid (SLA)  battery  atau  yang dikenal dengan baterai valve regulated lead acid (VRLA).  Baterai  VRLA  memiliki  sejumlah kelebihan  dan  kekurangan.  Kelebihan  dari baterai VRLA adalah bebas dari perawatan, dan mampu  menghasilkan  arus  yang  tinggi,  apabila dibandingkan  dengan  massanya.  Sedangkan kekurangan  dari  baterai  VRLA  adalah  densitas energi relatif kecil.
Terdapat beberapa hal yang perlu dipertimbangkan  dalam  menentukan  spesifikasi dan jumlah baterai yang akan digunakan:
a. Autonomy days Autonomy  days adalah  hari  sewaktu  tidak ada  penyinaran  matahari,  misalnya  saat kondisi  sangat  mendung,  sehingga  radiasi
matahari  tidak  cukup  untuk  dikonversikan menjadi  energi  listrik,  bahkan  hingga  hari hujan,  ataupun  kondisi  dimana  sel  surya tidak  dapat  menyerap  energi  matahari  yang cukup.
b. Depth of Discharge (DoD) Depth of Discharge (DoD) adalah persentase baterai yang telah dihabiskan relatif terhadap kapasitas  baterai.  Ketentuan  penggunaan baterai  hanya  sampai  batas  tertentu,  dan tidak dapat digunakan  sampai habis. Hal ini bertujuan  untuk  menjaga  usia  baterai  agar dapat  digunakan  dalam  jangka  waktu  yang lama.  Apabila  baterai  digunakan  hingga mencapai  nilai  discharge  100%  maka kemungkinan  besar  pemakaian  baterai  tidak dapat  digunakan  dalam  jangka  waktu  yang lama. Sehingga pemakaian baterai sebaiknya tidak  mencapai  DoD  100%,  semakin pemakaian  baterai  kurang  dari  100%  maka life cycle dari  baterai  tersebut  akan  semakin tinggi.
c. State of Charge (SoC) State of Charge (SoC) merupakan kebalikan dari Depth  of  Discharge (DoD).  SoC merupakan  persentase  dari  isi  yang  masih tersimpan  dalam  baterai  relatif  terhadap kapasitas  dari  suatu  baterai.  Sehingga diperoleh rumus SoC adalah 100% dikurangi dengan DoD.
d. Battery Temperature Derate
Baterai  pada  umumnya  berada  pada  kondisi tertentu  dari  pabriknya  untuk  menjaga terjadinya  penurunan  kapasitas.  Suhu  25 derajat  celcius  adalah  suhu  normal  untuk melihat kinerja baterai saat proses pengisian ( charging ).  Apabila  kinerja  baterai  tidak sesuai,  maka  lebih  baik  pada  perhitungan kebutuhan baterai dikenakan koreksi faktor. State  of  Charge (SoC)  dari  suatu  baterai atau  aki  dapat  dihubungkan  dengan  tegangan dari  aki  tersebut.  Hal  ini  merupakan  uji  coba yang  dilakukan  oleh  Rod  “RC”  Collins,  di tabelkan pada Tabel 1.
Inverter  adalah  suatu  perangkat  elektronik yang  berfungsi  sebagai  pengubah  tegangan direct  current (DC) menjadi tegangan alternating current (AC).
Tabel 1. Hubungan SoC dengan Tegangan pada baterai VRLA tipe AGM dan WET
Inverter  dibedakan  menjadi  3  jenis,  yaitu: inverter squarewave , inverter modifed sine wave , dan inverter pure sine wave .
a. Inverter square wave memiliki bentuk output seperti sinyal pulsa. Efisiensi inverter square wave adalah yang paling tinggi.
b. Inverter modified sine wave memiliki bentuk output  yang  hampir  sama  dengan  sinyal pulsa,  yang  termodifikasi  menjadi  bentuk tiga  pulsa  yang  menyesuaikan  bentuk sinuoida murni.
c. Inverter pure  sine  wave memiliki  bentuk output sinyal sinusoida murni atau berbentuk seperti  sinyal  sinus.  Karena  output  dari inverter pure sine wave adalah seperti sinyal alternating  current  (AC)  yang  berbentuk sinusioda,  maka  kebutuhannya  di  industri juga  banyak  karena  dapat  mengubah  sinyal DC menjadi sinyal AC lalu digunakan untuk menyalakan perangkat-perangkat  (beban) di sektor perumahan.
Kabel  merupakan  bahan  yang  terbuat  dari konduktor  dan  dilapisi  dengan  bahan  isolator, sehingga  kabel  dijadikan  sebagai  salah  satu sarana instalasi listrik karena kabel menghantarkan  arus  ke  beban  terpasang. Terdapat  banyak  macam  jenis  kabel,  pada umumnya yang digunakan untuk instalasi listrik di sektor perumahan yaitu:
1.  Kabel NYA
Kabel NYA adalah kabel yang paling umum untuk  digunakan  di  sektor  perumahan wilayah  Indonesia.  Kabel  NYA  memiliki bahan  insolator  pada  bagian  luar  yang terbuat dari PVC dan memiliki diameter 1,5 mm  hingga  2,5  mm  pada  umumnya. Sedangkan  insolator  pada  bagian  kabel penghantar  isolator  yang  digunakan  terbuat dari  bahan thermoplastic .  Bagian  isolator pada  bagian  kabel  penghantar  memiliki  4 warna  indikator  yaitu  hitam,  biru,  merah, dan  kuning.  Kabel  tipe  NYA  memiliki ketahanan  yang  tergolong  kurang  baik, karena  pada  bagian  insolator  hanya  terdiri dari satu lapis saja.
2.  Kabel NYM Kabel  tipe  NYM  memiliki  inti  lebih  dari  1 inti. Setiap kabel penghantar pada tipe NYM dibungkus  dengan  bahan  PVC  dengan insolator  pembungkus  berwarna  putih  atau abu-abu,  sehingga  penggunaan  kabel  akan lebih  kuat,  tahan,  dan  tidak  mudah mengalami hubung singkat, apabila dibandingkan  dengan  NYA.  Untuk  bagian luar kabel bahannya terbuat dari
thermoplastic .
3.  Kabel NYY
Kabel  NYY  konstruksinya  secara  sepintas hampir  sama  dengan  tipe  NYM.  Yang membedakan  antara  kabel  NYY  dengan
NYM  adalah  konstruksi  kabel  NYY  jauh lebih kuat dibandingkan dengan kabel NYM sehingga kabel tidak mudah terluka.
4.  Kabel NYYHY Kabel NYYHY juga cocok untuk dipakai di sektor kelistrikan rumah karena kefleksibilitasnya, sehingga mudah
dilakukan pemasangan di bagian rumah.
Parameter  yang  penting  dalam  penentuan ukuran  kabel  adalah  kemampuan  hantar  arus (KHA).  Kemampuan  hantar  arus  adalah  dalam satuan  Ampere.  Perhitungan  KHA  sesuai persamaan-1 berikut ini:
(1)
Setelah  diperoleh  KHA  dalam  satuan  Ampere, lalu disesuaikan dengan Tabel 2.

## Tabel 2. Tabel kemampuan hantar arus
Modul Low  Voltage  Disconnect (LVD) adalah  modul  perangkat  elektronika  yang berfungsi  untuk  memutuskan  aliran  arus  dari baterai ke inverter sebagai beban dalam kondisi yang ditentukan. Kondisi tersebut nilai tegangan pada  aki.  Apabila  tegangan  aki  digunakan secara  terus  menerus  dan  nilai  tegangannya rendah,  hal  ini  berpotensi  untuk  merusak  aki. Sehingga  modul  LVD  dapat  digunakan  sebagai pelindung  atau  proteksi  aki  agar  usia  aki  dapat bertahan  jangka  lama,  bentuk  modul  LVD terlihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Modul LVD XH-M609
Relay merupakan sebuah komponen elektronik  yang  berfungsi  sebagai  saklar  yang beroperasi  secara  elektronik.  Cara  kerja  dari relay  menggunakan  prinsip  elektromagnetik. Relay memiliki  2  bagian  utama, yaitu
electromagnet  atau  yang  dikenal  dengan coil , dan bagian mekanikal sebagai kontak. Berdasarkan titik kontak, relay dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu
Normally Open (NO), dan Normally  Closed (NC).  Perbedaannya  adalah untuk normally open pada saat bagian coil tidak terdapat listrik yang mengalir, maka sambungan kontak  dalam  keadaan  terbuka,  tetapi  pada  saat bagian  coil  mendapat  aliran  listrik,  maka sambungan  kontak  akan  menjadi  keadaan tertutup.  Berbeda  dengan normally closed pada saat  bagian  coil  tidak  mendapat  aliran  listrik, maka  kontak  dalam  keadaan  tertutup,  tetapi pada  saat  bagian  coil  mendapat  aliran  listrik, maka  sambungan  kontak  akan  dalam  keadaan terbuka, konstruksi relay terlihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Konstruksi relay.

## III. Metode Penelitian
Pembahasan  pada  bagian  ini  meliputi, perancangan rangkaian elektronika dari keseluruhan sistem PLTS yang terdiri dari Panel Surya  ( Photovoltaic ),  MCB  DC, Solar  Charge Controller (SCC),  Baterai  (Aki), Battery Indicator , Low  Voltage  Disconnect (LVD), Relay Switch , Inverter ,  Beban  yang  dijelaskan pada diagram blok Gambar 7.
Panel Surya (Photovoltaic) MCB DC Solar Charge Controller
SC-20
Aki MCB DC Battery Indicator LVD XH-M609 Relay Switch Inverter kWh meter Beban Gambar 7. Diagram blok Sistem PLTS off-grid

## Perancangan Profil Beban
Perancangan  PLTS off-grid menetapkan beban  lampu  LED  dengan  spesifikasi  sebesar  9 Watt  sebanyak  6  buah  yang  akan  dinyalakan dalam selama 4 jam.

## Perancangan Panel Surya
Panel  surya  yang  digunakan  adalah berjenis polycrystalline dan memiliki spesifikasi 100  Wp  dan  digunakan  sebanyak  2  buah  yang dirangkai secara paralel, sehingga menghasilkan
daya  sebesar  2  x  100  Wp  atau  200  Wp  dengan tegangan  kerja dari panel surya adalah 12 Volt. Diasumsikan jam efektif dari penghasilan listrik panel  surya  adalah  selama  4  jam,  sehingga diperoleh  daya  sebesar  4  x  200  Wp  atau  sama dengan  800  Wp.  Adapun  spesifikasi  dari  panel surya  yang  digunakan  adalah Rated  Voltage (Vmp)  sebesar  18,3  Vp,  dan  Rated  Current (Imp) sebesar 5,49 Ap sehingga diperoleh Daya maksimumnya Pm = 18,3 x 5,49 = 100,467 Wp ≈ 100 Wp.
Perhitungan diatas sesuai dengan spesifikasi daya maksimum pada panel surya.

## MCB DC
Pada  rangkaian  sistem  PLTS offgrid ini digunakan  2  MCB  DC  yang  difungsikan  untuk pengaman  panel  surya  memiliki  batas  tegangan sebesar  600  Volt  DC  dan  batas  arus  sebesar  6 Ampere  DC  dan  pengaman  dari  aki  memiliki batas  tegangan  sebesar  440  Volt  DC  dan  batas arusnya adalah 6 Ampere DC.
Kedua  MCB  DC  ini  dipasang  dengan tujuan  yang  berbeda.  Penggunaan  MCB  DC yang  pertama  bertujuan  untuk  memutus  arus yang  berlebih  dari  panel  surya.  Sedangkan penggunaan  MCB  DC  yang  kedua  bertujuan untuk memutus arus yang berlebih dari aki.

## Solar Charge Controller
Dalam array panel  surya  yang  digunakan dalam sistem, tegangan kerjanya adalah 12 Volt, maka  dipilih  sebuah Solar  Charge  Controller (SCC)  yang  dapat  beroperasi  pada  tegangan sesuai  dengan  tegangan  kerja  dari array panel surya,  dipilih  SCC  merk  Sseries  tipe  SC-20. SCC  Sseries  tipe  SC-20  mampu  mengatur  arus pada beban hingga 20 Ampere dan dapat bekerja pada tegangan 12 Volt. SCC Sseries tipe SC-20.

## Baterai atau Aki
Untuk  baterai  yang  digunakan  dalam sistem  PLTS off-grid yang  dirancang  adalah baterai lead  acid dengan  tipe Valve  Regulated Lead  Acid (VRLA)  yang  memiliki  spesifikasi tegangan sebesar 12 Volt, dan penyimpanan 100 Ah.

## Kabel
Kabel yang
digunakan sebagai interkoneksi  antar  komponen  yang  digunakan dalam  sistem  PLTS  memiliki  tipe  NYAF  dan memiliki ukuran diameter sebesar 2,5 mm, kabel dengan ukuran diameter sebesar 2,5 mm, karena kemampuan hantar arus (KHA) yang dibutuhkan  sebesar  20  Ampere  melalui Solar Charge Controller (SCC).
Low Voltage Disconnect (LVD) Modul  yang  digunakan  sebagai  proteksi bagian  baterai  (aki)  pada  sistem  PLTS off-grid , dengan tipe XH-M609.
LVD  XH-M609  dapat  menerima  besar tegangan input mulai dari 5 Volt hingga 70 Volt. Untuk  pengaturan  tegangan  pengaman  atau tegangan cutoff ditetapkan  pada  nilai  12  Volt untuk  mencegah  nilai  DoD  pada  aki  agar  tidak melebihi  50%  berdasarkan  pada  Tabel  1.  yaitu hubungan SoC baterai VRLA dengan tegangannya.  Untuk  tegangan reconnect atau auto-on pada  LVD  ditetapkan  pada  nilai  12,7 Volt  dengan  melakukan  setting  pada  LVD bagian selisih tegangan auto-on dengan tegangan cutoff sebesar 0,7 Volt.

## Diagram  Perkabelan  Sistem  (
Wiring Diagram ) Diagram  perkabelan  dari  sistem  PLTS offgrid secara keseluruhan, terlihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Diagram perkabelan PLTS off-grid

## IV.   Hasil Penelitian dan diskusi
Pengukuran profil beban, untuk mengetahui  tegangan  pada  beban,  arus  pada beban, daya pada beban, dan energi pada beban. Dalam  pengukuran  beban  digunakan  energy meter  pada  sistem  PLTS  untuk  menampilkan setiap parameter pada beban.
Berdasarkan hasil pengukuran pada energy meter ,  diperoleh  hasil  pengukurannya  sebagai berikut (Gambar 9):
Tegangan beban (Vb)  = 221 V Arus beban (Ib) = 0,21 A Daya beban (Pb) = 43,88 W Energi beban (Wb) = 0,25 kWh
Gambar 9. Hasil pengukuran parameter pada beban dengan menggunakan energy meter

## Perancangan  Sistem  dengan  Menggunakan Software Simulasi PVSyst 7.2
Simulasi  dilakukan  dengan  software  PV Syst  7.2  untuk  mengetahui  kinerja  dari  sistem yang  dirancang,  hasil  simulasi  terlihat  pada Gambar 10-19.
Gambar 10. Layout rangkaian PLTS off-grid
dengan software PVSyst 7.2
Hasil  Loss  sistem  PLTS  terlihat  di  hasil simulasi pada Gambar 11.
Gambar 11. Grafik Loss Diagram Sistem PLTS off-grid yang dirancang
Gambar 12. Grafik Energi Insiden Referensi dari sistem PLTS off-grid
Gambar 13. Grafik Produksi Ternormalisasi (per kWp terpasang) dengan daya nominal 200 Wp
Gambar 14. Grafik Produksi Ternormalisasi dan Faktor Loss dengan nominal daya sebesar 200 Wp
Gambar 15. Grafik Perbandingan Temperatur Array terhadap Radiansi Efektif
Gambar 16. Grafik Input Output Sistem PLTS
Gambar 17. Grafik Output Array
Gambar 18. Grafik Distribusi Daya Array
Gambar 19. Grafik Distribusi SoC per hari

## Pengukuran Komponen Bagian Coupling DC secara Keseluruhan
Pengukuran  pada  bagian  ini  dilakukan untuk  mengetahui  parameter-parameter  yang berada  pada  bagian  ( coupling )  DC,  yaitu: pengukuran  tegangan  photovoltaic  (PV),  arus yang dihasilkan PV, tegangan pada baterai, dan arus  baterai.  Pengukuran  ini  dilakukan  dalam keadaan tanpa beban dan inverter dalam kondisi off  dalam  waktu  6  jam  (mulai  pukul  08.00 hingga  pukul  14.00).  Pengukuran  ini  bertujuan untuk  mengetahui  jumlah  energi  listrik  yang dihasilkan oleh PV dan energy listrik yang terisi ke baterai (aki). Tabel 3.  merupakan data  hasil pengukuran tegangan PV, arus PV, solar power per area, tegangan aki, arus aki.
Tabel 3. Data hasil pengukuran tegangan PV, arus PV, solar power per area, tegangan aki,
arus aki. No Waktu (pukul) Photovoltaic (PV) Battery (Aki) Tegan gan (V) Arus (A) Solar Power (W/m2) Tegan gan (V) Arus (A) 1 08.00 12,95 2,51 239 13,2 -1,85 2 08.05 17,24 2,51 272 13,9 -2,19 3 08.10 18,79 1,77 554 13,9 -1,58 4 08.15 17,95 1,6 569 13,9 -1,42 5 08.20 13,3 1,65 651 13,2 -1,57 6 08.25 13,64 1,67 508 13,5 -1,41 7 08.30 14,16 1,8 676 14 -1,71 8 08.35 17,48 1,9 916 14 -1,72 9 08.40 17,56 1,72 840 13,9 -1,6 10 08.45 17,7 1,76 788 13,9 -1,77 11 08.50 17,78 1,77 942 13,9 -1,6 12 08.55 17,87 1,74 882 13,9 -1,6 13 09.00 17,91 1,82 989 13,9 -1,68 14 09.05 17,89 1,86 837 13,9 -1,61 15 09.10 17,46 1,86 978 13,9 -1,62 16 09.15 16,98 1,65 904 13,9 -1,88 17 09.20 16,4 2,05 906 13,9 -1,89 18 09.25 16,31 1,63 601 13,9 -1,86 19 09.30 16,7 2 757 13,9 -1,48 20 09.35 17,7 2,01 876 13,9 -1,58 21 09.40 18,73 1,88 1185 13,9 -1,76 22 09.45 16,98 1,84 550 13,8 -1,73 23 09.50 17,69 1,85 790 13,8 -1,7 24 09.55 18 1,88 754 13,8 -1,73 25 10.00 19,67 1,9 1467 13,8 -1,74 26 10.05 19,11 1,82 718 13,9 -1,66 27 10.10 19,01 1,65 743 13,9 -1,62 28 10.15 18,63 1,61 647 13,3 -1,61 29 10.20 19,87 1,24 330 13,3 -1,84 30 10.25 19,78 1,34 652 13,3 -1,82 31 10.30 17,54 1,26 288 13,3 -1,9 32 10.35 19,94 1,94 943 13,3 -1,36 33 10.40 18,61 1,92 1042 13,3 -1,83 34 10.45 19,34 1,19 759 13,3 -1,42 35 10.50 19,83 1,7 1188 13,3 -1,93 36 10.55 19,8 1,63 1173 13,2 -1,92 37 11.00 19,75 1,6 1146 13,2 -1,91 38 11.05 19,65 1,3 1381 13,2 -1,92 39 11.10 17,39 1,2 1243 13,2 -1,89 40 11.15 19,82 1,8 1289 13,2 -1,87 41 11.20 18,49 1,4 1215 13,2 -1,85 42 11.25 19,54 1,9 682 13,8 -1,93 43 11.30 19,32 1,8 737 13,8 -1,94 44 11.35 20,22 1,13 1229 13,8 -1,37 45 11.40 20,12 1,15 1242 13,8 -1,28 46 11.45 17,84 1,7 339 13,7 -1,27 47 11.50 18,42 1,48 559 13,8 -1,4 48 11.55 18,12 1,82 649 13,8 -1,1 49 12.00 19,34 1,46 978 13,8 -1,2 50 12.05 18,91 1,1 698 13,8 -1,89 51 12.10 19,53 1,6 836 13,8 -1,86 52 12.15 19,13 1,1 732 13,8 -1,91 53 12.20 19,39 1,29 778 13,8 -1,16 54 12.25 19,34 1,34 769 13,8 -1,17 55 12.30 18,43 1,32 347 13,8 -1,16 56 12.35 17,24 1,29 268 13,8 -1,14 57 12.40 19,79 1,33 855 13,8 -1,12 58 12.45 19,45 1,31 852 13,8 -1,17 59 12.50 17,74 1,11 342 13,8 -1,95 60 12.55 15,63 2,74 420 13,9 -2,64 61 13.00 16,16 1,41 1037 13,8 -1,37 62 13.05 16,08 1,37 312 13,8 -1,07 63 13.10 16,91 1,22 261 13,8 -1,09 64 13.15 18,77 1,24 515 13,8 -1,08 65 13.20 19,15 1,18 699 13,8 -1,1 66 13.25 18,53 1,43 567 13,8 -0,84 67 13.30 18,54 1,45 544 13,9 -0,9 68 13.35 16,82 1,47 353 13,9 -0,88 69 13.40 16,11 1,3 268 13,9 -1,08 70 13.45 16,04 1,03 267 13,9 -1,07 71 13.50 15,91 1,3 245 13,9 -1,12 72 13.55 15,92 1,3 256 13,9 -1,17 73 14.00 15,38 1,27 220 13,9 -1,15
Berdasarkan  Tabel  3,  diperoleh  beberapa grafik  dari  setiap  parameter  yaitu  grafik parameter  tegangan  PV,  grafik  parameter  arus PV,  grafik  parameter solar  power per area , grafik  parameter  tegangan  aki,  dan  grafik parameter  arus  aki  dengan  grafik  berikut (Gambar 20-24).

## Gambar 20. Grafik Pengukuran Tegangan
Photovoltaic
Gambar 21. Grafik Pengukuran Arus
Photovoltaic
Gambar 22. Grafik Pengukuran Solar Power per Area Photovoltaic
Gambar 23. Grafik Pengukuran Tegangan Aki

## Gambar 24.
Grafik Pengukuran Arus Aki
Berdasarkan  grafik  yang  telah  diperoleh dari  setiap  parameter  dapat  diperoleh  terjadi kenaikan tegangan pada PV saat waktu semakin mendekati  pukul  12.00  (semakin  siang),  dan terjadi  penurunan  tegangan  PV  saat  waktu semakin mendekati senja. Pada grafik
pengukuran arus PV hal sebaliknya karena pada saat  pengukuran  dilakukan  pada  pukul  8  pagi diperoleh  nilai  arus  yang  cukup  besar  tetapi nilainya akan semakin turun. Hal ini disebabkan karena  pengaruh  cuaca.  Pada  saat  pengukuran arus  sering  kali  terhalang  oleh  awan  dan mendung tetapi tidak berlangsung lama sehingga  terlihat  nilai  tegangan  PV  sedikit berbanding  terbalik  dengan  arus  PV.  Hal  ini juga  berlaku  pada  saat  pengukuran solar power per area .  Pada  grafik  pengukurannya  terlihat bahwa  nilainya  tidak  stabil,  karena  pada  saat pengukuran  terdapat  kendala  yang  sama  seperti pengukuran arus PV yaitu pengukuran dilakukan pada saat cuacanya mendung (berawan). Untuk  pengukuran  parameter  pada  aki, tegangannya  mencapai  13,9  V  pada  saat pengisian  dilakukan  dari  panel  surya.  Hal  ini menandakan  bahwa  keadaan  SoC  dari  aki tersebut  mencapai  100%.  Sedangkan  pada pengukuran  arus  PV  nilainya  adalah  negatif yang  menandakan  bahwa  dilakukan  aki  dalam keadaan charging (pengisian).
Dalam  pengujian  fungsi  peralatan  beban berupa  6  buah  lampu  yang  masing-masing memiliki  spesifikasi  sebesar  9  W  dapat  menyala selama 5 jam  30  menit, data pengukuran terlihat pada  Tabel  4,  hingga  tegangan  aki  berada  pada nilai  12  Volt  sehingga  LVD  akan  melakukan cutoff tegangan sehingga aki berhenti
mengalirkan  arus  ke  inverter  dan  beban  tidak menyala.  Untuk  mencapai  tegangan reconnect yaitu  12,7  Volt  akan  menyala  kembali  saat tegangan dari PV mencapai 12,7 Volt keatas.
Tabel 4. Data Hasil Pengukuran Tegangan LVD No Jam  Tegangan LVD (V) 1 08.00 12,7 2 08.05 12,7 3 08.10 12,7 4 08.15 12,7 5 08.20 12,7 6 08.25 12,7 7 08.30 12,7 8 08.35 12,7 9 08.40 12,7 10 08.45 12,7 11 08.50 12,7 12 08.55 12,7 13 09.00 12,7 14 09.05 12,7 15 09.10 12,7
16 09.15 12,7 17 09.20 12,7 18 09.25 12,7 19 09.30 12,7 20 09.35 12,7 21 09.40 12,7 22 09.45 12,7 23 09.50 12,7 24 09.55 12,7 25 10.00 12,7 26 10.05 12,7 27 10.10 12,7 28 10.15 12,7 29 10.20 12,7 30 10.25 12,7 31 10.30 12,7 32 10.35 12,7 33 10.40 12,7 34 10.45 12,7 35 10.50 12,7 36 10.55 12,7 37 11.00 12,7 38 11.05 12,7 39 11.10 12,7 40 11.15 12,7 41 11.20 12,7 42 11.25 12,7 43 11.30 12,7 44 11.35 12,7 45 11.40 12,7 46 11.45 12,7 47 11.50 12,7 48 11.55 12,7 49 12.00 12,7 50 12.05 12,7 51 12.10 12,4 52 12.15 12,4 53 12.20 12,4 54 12.25 12,4 55 12.30 12,4 56 12.35 12,4 57 12.40 12,4 58 12.45 12,4 59 12.50 12,4

## V.   Kesimpulan
Berdasarkan  analisa  perancangan,  serta hasil  pengukuran  dan  pengujian,  dari  simulasi yang  dilakukan  dengan  software  kinerja  dari PLTS off-grid yang  dirancang  memiliki  kinerja yang  cukup  baik,  dengan  catatan  yaitu penggunaan  array photovoltaic dalam  sistem PLTS terlalu besar apabila dibandingkan dengan bebannya.  Hasil  pengukuran  peralatan  pada bagian coupling DC, diperoleh daya listrik yang tersuplai  ke  dalam  baterai  memiliki  nilai  yang bervariasi  karena  disebabkan  oleh  pengaruh cuaca.  Pengujian  peralatan  secara  keseluruhan dengan beban 6 buah lampu LED yang masing- masing  memiliki  spesifikasi  sebesar  9  W  dapat menyala  selama  5  jam,  dengan  gangan  aki
mencapai tegangan cutoff (11,7V) yang menjadi pengaturan  LVD.  Tetapi  setelah  tegangan  dari aki telah mencapai tegangan reconnect atau

## Ucapan Terima Kasih
Terima  kasih  pada  Prodi  Teknik  Elektro
Fakultas Teknik UKWMS yang telah memberikan fasilitas dalam pelaksanaan penelitian,  serta  civitas UKWMS  dalam memberikan dukungan pada kegiatan ini.

## References
[1] Away,  Y.,  Syahrizal,  Adria,  A.,  &  Rizal, M.  S.  (2019).  Penentuan  Kapasitas Baterai  pada  Sistem  Mikro  On-Grid  dan Photovoltaic  dengan  Tetrahedron  Based Sun Tracker. Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro , 18-22.
[2] Harahap, P. (2020). Pengaruh Temperatur Permukaan  Sel  Surya  Terhadap  Daya yang  Dihasilkan  Dari  Berbagai  Jenis Sel Surya. Rekayasa  Elektrikal  dan  Energi  : Jurnal Teknik Elektro , 73-80.
[3] Hayusman, L. M., & Saputera, N. (2022). Studi  Perencanaan  Panel  Kendali  PLTS- PLN  Berdasarkan  Kapasitas  Baterai Untuk  PLTS  Off-Grid. Jurnal  Sains
Terapan , 35-44.
[4] Luqman, M., Mandayatma, E., &
Nurcahyo,  S.  (2019).  Studi  Komparasi
Unjuk Kerja Inverter 12 V-DC ke 220 V- AC yang Ada Di Pasaran . Jurnal ELTEK , 95-115.
[5] Mirdiansyah,  Taqwa,  A.,  &  Bow,  Y. (2020). Monitoring Depth of Discharge of A  Valve  Regulated  Lead  Acid  Battery  in A  Standalone  PV  System. Atlantis Highligh in Engineering , 233-237.
[6] Muhammad  Syahwil,  N.  K.  (2021). Rancang  Bangun  Modul  Pembangkit
Listrik Tenaga Surya (PLTS) Sistem Off- grid Sebagai Alat Penunjang Praktikum di
Laboratorium.
Jurnal Pengelolaan Laboratorium Pendidikan , 26-35.
[7]  Rahayuningtyas,  A.,  Kuala,  S.  I.,  & Apriyanto, I. F. (2014). Studi Perencanaan Sistem  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya (PLTS)  Skala  Rumah  Sederhana  di Daerah  Pedesaan  Sebagai  Pembangkit Listrik  Altern  atif  Untuk  Mendukung Program  Ramah  Lingkungan  dan  Energi Terbarukan. Prosiding  SNaPP:  Sains, Teknologi, dan Kesehatan , 223-230.
[8]   Saleh,  M.,  &  Haryanti,  M.  (2017). Rancang Bangun Sistem  Keamanan Rumah  dengan  Menggunakan  Relay. Jurnal Teknologi Elektro , 181-186.
[9]   Solfiani, U., Gendroyono, P., & Rahardjo, I. A. (2019). Pengaruh Distorsi Harmonisa Terhadap Kinerja Trip
Miniature Circuit Breaker Tipe C 2A, 4A, dan  6A  dengan  Sumber  Tegangan  PLN dan  Genset. Journal  of  Electrical  and
Vocational  Education  and  Technology , 28-34.
[10]  Tamam,  I.  B.,  Makkulau,  A.,  & Roesdynasari, D. (2015). Analisa Kemampuan  Hantar  Arus  Pada  Kabel
NYY  dengan  Menggunakan  Rak  Kabel Tertutup. Jurnal Sutet , 100-106.
[11] Taufik, A., Saputra, R. H., & Huda, A. M. (2019).  Estimasi State  of  Charge  Baterai Regulated  Lead  Acid  Deep  Cycle  12  V dengan Metode Column Counting. Jurnal Jeiom , 6-9.