## PEMANFAATAN SOLAR CELL DENGAN PLN SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK RUMAH TINGGAL
Hasyim Asy’ari, Abdul Rozaq, Feri Setia Putra Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura 57102 Telp 0271 717417
Email: asy_98ari@yahoo.com

## ABSTRAKSI
Sejak tahun 2013 Pemertinah menaikkan harga tariff dasar listrik sebesar 15%, kenaikan dilakukan secara bertahap setiap 3 bulan sekali. Kenaikan tarif dasar listrik berlanjut di tahun 2014, awal mei 2014 semua pelanggan minimal 1300 Va dikenakan kenaikan sebesar 4%, langkah ini diakibatnya semakin besar subsidi energi listrik oleh PLN yang mengalmai kerugian, salah satu penyebab kerugian PLN tersebut adalah mahalnya biaya operasional untuk pembelian bahan bakar pembangkit. Penggunaan energi terbarukan merupakan alternative untuk mengurangi permintaan energi ke PLN dan pengoptimalan potensi alam. Sel surya merupakan teknologi yang mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Besarnya energi yang mampu dihasilkan oleh sel surya untuk kebutuhan rumah tangga merupakan tujuan dari penelitian ini, adapun metode penelitian ini adalah pengukuran energi yang mampu disuplai oleh energi yang dihasilkan oleh sel surya, penelitian ini menggunakan 2 buah modul sel surya dengan kapasitas masing-masing adalah 100 Wattpeak, Controller 12/24 Volt DC dengan kapasitas 60 A, Accumulator dengan kapasitas 100 Ah dan Inverter dengan kapasitas 500 Watt, Lampu DC Philips 5 Watt, 10 Watt, 13 Watt dan Lampu 5 buah SL 18 Watt.
Selama pengujian menunjukkan bahwa arus yang diproduksi paling tinggi terjadi sekitar jam 12.30, dengan nilai arus sebesar 13 A dan tegangan 14 Volt DC. Energi yang dihasilkan pada siang hari digunakan untuk mensuplai beban lampu mulai dari pukul 17.00 – 06.00 dengan rerata setiap malam energi yang dapat digunakan sebesar 1,027 Kwh.
Kata kunci: Sel surya; daya keluaran; Energi Terbarukan; Sistem Paralel.

## 1. PENDAHULUAN
Permintaan  energi  listrik  akan  tumbuh dengan  rerata  mencapai  6,5%  setiap  tahun sampai  pada  tahun  2020,  kondisi  tersebut dapat terlihat dari data konsumsi energi listrik setiap  tahun  selalu  mengalami  peningkatan sejalan dengan pertumbuhan ekonomi nasional. (Moch. Muchlis, 2003).
Penggunaan  energi  listrik  di  Indonesia terus  mengalamai  peningkatan,  kondisi tersebut  akan  menimbulkan  masalah  jika dalam penyediaan energi listrik lebih kecil dari kapasitas  yang  dibutuhkan.  Kebijakan  yang diambil  PLN  (Perusahaan  Listrik  Negara) yang  memiliki  tanggung  jawab  dalam  hal menyediakan energi listrik semakin menunjukkan  bahwa  energi  listrik  yang disediakan  oleh  PLN  hanya  memiliki kelebihan  sekitar  3  GW.    Jika  PLN  tidak segera menambah atau membangun pembangkit  baru  maka  akan  berdampak terhadap  pelayanan  energy  listrik  kepada konsumen,  hal  ini  dapat  mempengaruhi pertumbuhan ekonomi mengingat energi listrik merupakan kebutuhan fital dalam menjalankan
kegiatan  industry  besar,  menengah  maupun, industry  kecil  dan  sebagian  peralatan  rumah tangga.
Banyak  langkah  atau  metode  yang dilakukan  untuk  mengantisipasi  permasalahan tersebut  oleh  berbagai  kalangan  antara  lain instansi  pemerintah,  swasta  dan  peneliti. Upaya  tersebut  adalah  mencari  pembangkit yang  energi  primernya  dari  bahan  alternative dan bahan yang tidak akan habis.
Penelitian  ini  berfokus  pada  pemanfaatan cahaya  yang  berasal  dari  matahari.  Besarnya tingkat  cahaya  matahari yang  menyinari bumi menjadi  faktor  utama  dalam  penelitian  ini, setiap  tahun  cahaya  matahari  yang  sampai  di permukaan  bumi  adalah  3  x  1024  Joule, besarnya  energi  tersebut  hampir  sama  dengan 1 x 10 4 Joule.
Pemanfaatan  pembangkit  dengan  energi primer  yang  bersifat  terbarukan  memiliki posisi  yang  sangat  penting  dalam  mengatasi permasalah  kekurangan  energi  listrik,  karena potensi energi terbarukan keberadaanya sangat besar  sekali  atau  tidak  terbatas.  Selain  itu penggunaan  energi  terbarukan,  dalam  hal  ini
photovoltaic atau  sel  surya  merupakan  jenis pembangkit listrik yang ramah lingkungan dan tidak menimbulkan polusi udara, suara seperti pada  pembangkit  konvensional,  seperti pembangkit listrik tenaga uap.
Photovoltaic cells atau  pembangkit  listrik tenaga  surya  banyak  dilirik  oleh  masyarakat mengingat  teknologi  ini  dapat  digunakan  di berbagai lokasi yang banyak memiliki potensi sinar matahari, terutama di belahan bumi yang bersifat  tropis.  Di  daerah  tropis  memiliki potensi kisaran 4,6 kWh/m 2 /hari. Energi listrik yang diproduksi atau dihasilkan oleh teknologi photovoltaic sangat tergantung intensitas sinar matahari.  Oleh  sebab  itu  perlu  ada  sebuah treatment agar  intensitasnya  paling  maksimal, serta  cara  pemanfaatan  energi  listrik  dapat digunakan secara maksimal maka perlu adanya sistem hybrid dengan jala-jala listrik PLN.
Teknologi  sel  surya  mampu  menghasilkan daya  maksimal  sebesar  1000  watt/m 2 pada kondisi  cuaca  cerah  disiang  hari,  hal  ini dikarenakan  pada  saat  itu  intensitas  cahaya matahari yang sampai ke permukaan bumi saat tengah  hari  adalah  paling  besar  nilainya. Apabila  piranti  semikonduktor  dengan  luasan satu  m 2 memiliki  efisiensi  12%,  maka  daya yang  dibangkitkan  oleh  modul  sel  surya sebesar  120  watt.  Modul  sel  surya  yang  ada dipasaran memiliki efisiensi sekitar 4% hingga 16%,  perbedaan  nilai  efisiensi  sangat tergantung  dari  bahan  modul  sel  surya tersebut.  Modul  sel  surya  yang  terbuat  dari silicon  Kristal  memiliki  efisiensi  yang  paling tinggi jika dibandingkan dengan material lain, akan  tetapi  dana  untuk  pembuatan  modul tersebut  paling  mahal.  Hal  tersebut  meupakan masalah  tersendiri  dalam  hal  implementasi modul  sel  surya  secara  massal.  Perbandingan antara  energi  listrik  yang  dihasilkan    dengan energi  cahaya  yang  diterima  dari  pancaran sinar  matahari  oleh  modul  sel  surya  disebut dengan  efisiensi.    Pembangkit  listrik  tenaga surya  (PLTS)  menjelsakan  bahwa  efiseinsi konversi juga dipengaruhi oleh besarnya sinar matahari  yang  mampu  dikonversi  menjadi energi listrik (Awang R, 2008).
Sistem  hybrid  dengan  prinsip  kerja  satu arah,  yaitu  beban  hanya  dipasok  oleh  salah
satu pembangkit, ketika beban disuplai dengan energi  yang  dihasilkan  oleh  sel  surya  maka secara otomatis sambungan ke PLN dilepaskan dari beban atau beban tidak boleh disuplai oleh PLN,  dan  sebaliknya  apabila  listrik  PLN sedang memberikan suplai listrik ke beban (hal ini  dilakukan  pada  saat  sel  surya  sudah  tidak mampu  memikul  beban  yang  ditandai  oleh tegangan  keluaran  accumulator  10,8  Volt), maka  PLTS  dilepaskan  dari  beban.  Ketika pembangkit sel surya mampu mensuplai beban (kondisi  tegangan  keluaran  accumulator mencapai  13,2  Volt)  maka  secara  otomatis beban  akan  disuplai  oleh  sel  surya  dan  PLN akan disconnect, hal itu dilakukan oleh switch pengatur  secara  otomatis  (Jatmiko,  2011). Diagram  sistem  hybrid  satu  arah  ditunjukkan pada gambar 1.
Tegangan  yang  dihasilkan  setiap  sel  pada sebuah  modul  sel  surya  sekitar  0,5  Volt  pada 2A,  pada  kondisi  kekuatan  radiasi  sinar matahari mencapai 1000 W/m 2 = ”1 Sun” arus listrik  (I)  yang  akan  dihasilkan  sekitar  30 mA/cm 2 /sel pada modul sel surya. Faktor dari pengoperasian  Sel  surya  agar  didapatkan  nilai yang maksimum sangat tergantung pada :
a. Ambient air temperature Sel  surya  akan  mampu  beroperasi  secara normal jika kondisi temperatur 25 0 C, jika suhu sekitar  modul  sel  surya  berada  pada  kondisi diatas  25 0 C  ,  maka  teganan  open  circuit  akan mengalami  penurunan,  besarnya  penurunan tegangan  tersebut  adalah  0,4%    dari  total tenaga  yang  dihasilkan  atau  akan  mengecil 200%  setiap  kenaikan  10 0 C.  (Sumber:  Solar Electricity, Lorenzo Eduardo.)
b. Radiasi matahari Insolation solar matahari akan mempengaruhi  nilai current (I)  yang dihasilkan,  radiasi  matahari  di  permukaan bumi  memiliki  nilai  yang  bervariasi  atau berbeda satu tempat dengan tempat yang lian, sehingga  ini  akan  berpengaruh  juga  terhadap kinerja modul sel surya.
Gambar 1. Blok diagram sistem hybrid satu arah
c. Kecepatan angin bertiup Kenaikan  temperature  pada  sekitar permukaan  sel  surya  memberi  efek  yang negative terhadap kinerja, untuk itu kecepatan angina  pada  area  tersebut  akan  memberikan dampak  yang  positif  karena  mampu menurunkan  temperature  menuju  kondisi suhu normal yaitu 25 0 C.
d. Keadaan atmosfir bumi Daya  keluaran  modul  sel  surya dipengaruhi  oleh  intensitas  cahaya  matahari yang  mengenai  pada  permukaan  sel,  besar  – kecil nilai intensitas sinar matahari dipengaruhi banyak faktor, antara lain karena cuaca (berawan, cerah, hujan), karena kotoran (daun, asap, uap air, debu) yang menempel di permukaan sel.
e. Orientasi panel atau larik sel surya Sudut  yang  terbentuk  dari  arah  sumber sinar  matahari  dengan  permukaan  modul  sel surya  dapat  mempengaruhi  energi  yang dihasilkan  oleh  sel  surya  tersebut.  Sebagai guidline:  untuk  lokasi  yang  terletak  di belahan Utara latitude, maka panel/deretan sel surya  sebaiknya  diorientasikan  ke  Selatan, orientasi ke Timur Barat walaupun juga dapat menghasilkan  sejumlah  energi  dari  panel- panel/deretan  sel  surya,  tetapi  tidak  akan mendapatkan energi matahari optimum.
f. Posisi letak sel surya terhadap matahari.
Sebuah sel surya akan mampu menghasilkan energy yang paling optimal ± 1 x 10 3 watt/m 2 atau sekitar 1 kilowatt/m 2 yaitu jika  kondisi  sumber  energy  cahaya  matahari berada  pada  posisi  tegak  lurus  atau  dengan sudut 90 0 .
1.1 Arus dan Tegangan Penyusun  sebuah  materi  adalah  atom, atom  terdiri  dari  banyak  partikel  sub-atom
yang  tersusun  atas  elektron,  proton,  dan neutron  dalam  berbagai  gabungan.  Elektron adalah  muatan  listrik  negatif  (-)  yang  paling mendasar.  Elektron  dalam  cangkang  terluar suatu  atom  disebut  elektron  valensi.  Apabila energi  eksternal  seperti  energi  kalor,  cahaya, atau  listrik  diberikan  pada  materi,  elektron valensinya akan memperoleh energi dan dapat berpindah ke  tingkat energi yang lebih  tinggi. Jika  energi  yang  diberikan  telah  cukup, sebagian  dari  elektron-elektron  valensi  terluar tadi  akan  meninggalkan  atomnya  dan statusnyapun berubah  menjadi  elektron bebas. Gerakan  elektron-elektron  bebas  inilah  yang akan  menjadi  arus  listrik  dalam  konduktor logam. Gerak atau aliran elektron disebut arus ( I ), dengan satuan ampere.
Sebagian  atom  kehilangan  elektron  dan sebagian  atom  lainnya  memperoleh  elektron. Keadaan  ini  akan  memungkinkan  terjadinya perpindahan elektron dari satu objek ke objek lain. Apabila perpindahan ini terjadi, distribusi muatan positif  dan  negatif dalam  setiap objek tidak sama lagi. Objek dengan jumlah elektron yang  berlebih  akan  memiliki  polaritas  listrik negatif  (-).  Objek  yang  kekurangan  elektron akan  memiliki  polaritas  listrik  positif  (+). Besaran muatan listrik ditentukan oleh jumlah elektron  dibandingkan  dengan  jumlah  proton dalam  suatu  objek.  Simbol  untuk  besaran muatan elektron ialah Q dan satuannya adalah coulomb .  Besarnya  muatan  1  C  =  6,25  x 10 18 elektron. Kemampuan muatan listrik untuk mengerahkan  suatu  gaya  dimungkinkan  oleh keberadaan medan elektrostatik yang mengelilingi  objek  yang  bermuatan  tersebut. Suatu  muatan  listrik  memiliki  kemampuan
Beban BCR Baterai Inverter Array Switch ll PLN
untuk  melakukan  kerja  akibat  tarikan  atau tolakan  yang  disebabkan  oleh  gaya  medan elektrostatiknya. Kemampuan melakukan kerja ini  disebut  pontensial.  Apabila  satu  muatan berbeda  dari  muatan  lainnya,  di  antara  kedua muatan  ini  pasti  terdapat  beda  pontensial. Satuan  dasar  beda  pontensial  adalah volt ( V ). karena  satuan  inilah  beda  pontensial V sering disebut sebagai voltage atau tegangan. Daya listrik yang dihasilkan oleh sel surya merupakan  hasil  perkalian  dari  tegangan keluaran  dengan  banyaknya  electron  yang mengalir  atau  besarnya  arus,  hubungan tersebut  ditunjukkan  pada  persamaan  1, sedangkan  nilai  rerata  daya  yang  dihasilkan selama  titik  pengujian  ditunjukkan  pada persamaan 2.
VI P 
(1)
dengan:
P = Daya keluaran (Watt)
V = Tegangan keluaran (Volt)
I = Arus (Ampere) n P P P P n rerata     ... 2 1 (2)
dengan: P rerata = Daya rata-rata (Watt) P 1 = Daya pada titik pengujian ke satu
P 2 = Daya pada titik pengujian ke dua
P n = Daya pada titik pengujian ke n.

## 2. METODE PENELITIAN
Bahan-bahan  yang  digunakan  pada penelitian ini adalah:
a) Dua buah Panel sel surya dengan kapasitas masing-masing  100  Wattpeak  (Wp) digunakan  untuk  mengkonversi  cahaya matahari menjadi energy listrik
b) Kontroller  60  A  merk  View  Star  12/24 Volt DC
c) Accumulator 12 V, 100 Ah
d) Inverter 500 Watt
e) Lampu  LED  Philips  5  Watt,  10  Watt,  13 Watt dan 5 Buah Lampu SL @ 18 Watt Perakitan modul sel suray dan pembuatan jaringan instalasi listrik penerangan diperumahan  merupakan  bagian  dari  tahapan penelitian  ini,  memonitoring  hasil  daya  yang dihasilkan  oleh  system  sel  surya  bisa  dilihat setiap  detik  melalui  display  pada  kontroler, adapun  parameter  yang  mampu  ditampilkan adalah  besarnya  tegangan,  arus,  temperature pada  sel  surya,  tegangan  dan  arus  masuk maupun  keluar  pada  accumulator.  Secara detail  diagram  alir  penelitian  tersebut ditunjukkan pada gambar 2.
Mulai Perakitan Sistem Sel Surya Pengujian Sistem Sel Surya Tidak Ya Analisa Selesai Pengukuran Intensitas cahaya, Tegangan Keluaran, dan Arus Perbaikan Rangkaian Gambar 2. Diagram Alir Penelitian

## 3. HASIL DAN ANALISA
Penelitian  ini  merupakan  suatu  langkah untuk  mengetahui  hubungan  intensitas  cahaya matahari  yang  mampu  dikonversi  oleh  sel
surya  menjadi  energy  listrik  serta  kapan energy  tertinggi  yang  dihasilkan  oleh  sel surya. Hasil pengujian secara detail ditunjukkan  pada  tabel  1,  2,  dan  tabel  3.
Tabel 1. Hasil Pendataan Kebutuhan Energi Sebelum Menggunakan Sel Surya ( 25-9-2013).
No Tanggal Konsumsi Energi Keterangan 1 25-9-2013 - Awal data penelitian, referensi 106,06 KWH 2 26-9-2013 2,64KWH Konsumsi energi selama 24jam (106,06 – 103,40) 3 30-9-2013 10,38KWH Konsumsi energi selama 96jam (103,40 – 93,02 4 1-10-2013 2,34KWH Konsumsi energi selama 24jam (93,02 – 90,68) 5 2-10-2013 2,96KWH Konsumsi energi selama 24jam (90,68 – 87,72) 6 3-10-2013 3,57KWH Konsumsi energi selama 24jam (87,72 – 84,15) 7 4-10-2013 3, 67KWH Konsumsi energi selama 24jam (84,15 – 80,48) 8 5-10-2013 2,71KWH Konsumsi energi selama 24jam (80,48 – 77,77) 9 6-10-2013 2,80KWH Konsumsi energi selama 24jam (77,77 – 74,97) 10 7-10-2013 2,18KWH Konsumsi energi selama 24jam (74,97 – 71,99) 11 8-10-2013 3,08KWH Konsumsi energi selama 24jam (71,99 – 68,91) 12 9-10-2013 2,66KWH Konsumsi energi selama 24jam (68,91 – 66,25) 13  10-10-2013 2,80KWH Konsumsi energi selama 24jam (66,25 – 63,45) 14  11-10-2013 2,72KWH Konsumsi energi selama 24jam (63,45 – 60,73) 15  12-10-2013 2,49KWH Konsumsi energi selama 24jam (60,73 – 58,24) Tabel 2. Hasil Pendataan Setelah Menggunakan Sel Surya (10 – 2 - 2014) No Tanggal Konsumsi Energi Keterangan 1 10–2-2014 - Sebagai data awal referensi pada KWH meter 55,36KWH 2 11-2-2104 2,6KWH Konsumsi energi selama 24jam (55,36 – 52,76) 3 12-2-2014 2,88KWH Konsumsi energi selama 24jam (52,76 – 49,88) 4 13-2-2014 3,08KWH Konsumsi energi selama 24jam (49,88 – 46,80)
No Tanggal Konsumsi Energi Keterangan 5 14-2-2014 2,85KWH Konsumsi energi selama 24jam (46,80 – 43,95) 6 15-2-2014 3,08KWH Konsumsi energi selama 24jam (43,95 – 40,87) 7 16-2-2014 3,06KWH Konsumsi energi selama 24jam (40,87 – 37,81) 8 17-2-2014 2,9KWH Konsumsi energi selama 24jam (37,81 – 34,91) 9 18-2-2014 3,17KWH Konsumsi energi selama 24jam (34,91 – 31,74)
Tabel 3. Hasil Kebutuhan Penerangan Setelah Menggunakan Sel Surya (21 – 2 -  2014)
No Tanggal Beban Konsumsi Energi 1 21-2-2014  Beban Lampu 118 W Selama 10 Jam 1180 Wh 2 22-2-2014  Beban Lampu 100 W selama 10 jam 1000 Wh 3 23-2-2014 Beban  Lampu  77  W  selama  10  Jam  30 menit 808 Wh 4 24-2-2014  Beban Lampu 100 W selama 9 Jam 900 Wh 5 25-2-2014  Beban Lampu 118 W Selama 9 Jam 1062 Wh 6 26-2-2014  Beban Lampu 118 W Selama 10 Jam 1180 Wh 7 27-2-2014  Beban Lampu 118 W Selama 9 Jam 1062 Wh
Dari data tabel 1 dan 2 dapat ditentukan juga  rata-rata  konsumsi  energi  harian  setelah sistem paralel sel surya dan PLN di terapkan.

## 4. KESIMPULAN
Beberapa  kesimpulan  dari  penelitian  ini adalah pemanfaatan sel surya dengan kapasitas 200  Wattpeak  mampu  menghasilkan  energy listrik  untuk  mensuplai  beban  penerangan, rerata energy yang dimanfaatakan adalah 1027 Watt Jam atau 1,027 Kwh.

## 5.  DAFTAR PUSTAKA
Amien,  R,  dkk,  2008, Optimalisasi Pemanfaatan Sel Surya Pada Bangunan Komersial secara Terintegrasi sebagai Bangunan Hemat Energi ,  Seminar  Nasional Sains  dan  Teknologi-II  2008, Lampung.
Berahim,  H,  1994, Pengantar Teknik Tenaga Listrik, Andi  Offset, Yogyakarta.
Hasyim Asy’ari, Jatmiko,
Angga,
Intensitas Cahaya Matahari terhadap Daya Keluaran Sel Surya, RAPI XI, UMS, Surakarta.
Jatmiko,  Hasyim,  2011, Pemanfaatan Sel Surya dan Lampu LED untuk
Perumahan, Semantik,  UDINUS, Semarang
Juhari AB, dkk, 2009, Optimization of PV- Wind-Hydro-Diesel Hibrid Sistem by Minimizing Excess Capacity, European  Journal  of  Scientific Research.
Kamaruzzaman.  S,  Mohd.  Y,  2005, Performance of a Photovoltaic Diesel Hibrid Sistem in Malaysia , ISESCO  Science  and  Technology Vision.
Martin, San,…, Hybrid Technologies: Fuel Cells and Renewable Energies.
Tumiran,  2002, Kualitas Energi Listrik Menyongsong Pembahasan RUU Ketenagalistrikan , Majalah Energi, Edisi  16  (Juni-Agustus  2002),
Pusat Studi Energi UGM, Yogakarta Wang, Cheisang, 2008, Power Management of a stand-alone Wind/Photovoltaic/Fuel Cell
Energi System, IEEE Transaction on Energi Conversion, Vol 23 No.3.