## SINERGI Polmed : JURNAL ILMIAH TEKNIK MESIN
Homepage jurnal: http://ojs.polmed.ac.id/index.php/Sinergi/index
ANALISIS PROTOTYPE PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA UNTUK PENERANGAN LAMPU JALAN
Rani Lestari Saragi a , Muhammad Idris b , Burhanuddin Tarigan a , Rihat Sebayang a
a Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Medan, Jl. Almamater No.1, Padang Bulan, Kec. Medan Baru, Kota medan, Sumatera Utara 20155, Indonesia
b Jurusan Teknik Mesin, Universitas Medan Area, Medan 20223, Indonesia
E-mail: ranisaragi@students.polmed.ac.id
I N F O A R T I K E L

## Riwayat artikel:
Diajukan pada 16 Februari 2022 Direvisi pada 4 Maret 2022 Disetujui pada 23 Maret 2022 Tersedia daring pada 05 April 2022
Kata kunci: Panel Surya, Solar Charge Controller , PLTS Keywords: Solar Panels, Solar Charge Controller,
PLTS A B S T R A K
PLTS atau Pembangkit Listrik Tenaga Surya adalah peralatan pembangkit listrik yang mengubah cahaya matahari menjadi listrik. PLTS sering juga disebut Solar Cell , atau Solar Photovoltaic , atau Solar Energi. Dengan konsep yang sederhana yaitu mengubah cahaya  matahari  menjadi  energi  listrik  yang  mana  cahaya  matahari  adalah  salah  satu bentuk energi dari Sumber Daya Alam. Cahaya matahari sudah banyak digunakan untuk memasok  daya  listrik  di  satelit  komunikasi  melalui  sel  surya.  Sel  surya  ini  dapat menghasilkan  energi  yang  tidak  terbatas  langsung  diambil  dari  matahari,  tidak memerlukan  bahan  bakar.  Sehingga  sel  surya  sering  dikatakan  bersih  dan  ramah lingkungan.  Perkembangan  era  globalisasi  saat  ini berdampak  pada  kebutuhan  energi listrik  yang  semakin  meningkat  sehingga  sangat  diperlukan  sumber  energi  alternatif terbarukan untuk memenuhi kebutuhan listrik saat ini. Indonesia merupakan negara yang terletak di daerah khatulistiwa, sehingga memiliki intensitas penyinaran matahari yang baik  setiap  tahunnya.  Dalam  rancang  bangun  ini  energi  surya  digunakan  untuk Pembangkit Listrik Tenaga Surya untuk Penerangan Lampu Jalan. Energi matahari yang menerpa panel surya menghasilkan arus listrik masuk ke solar charger controller yang berfungsi  mengatur  tegangan  yang  masuk  ke  baterai.  Dari  hasil  pengambilan  data diperoleh hasil efisiensi pengisian/pengecasan baterai 8.8 % dan efisiensi beban sebesar 96.25 % Baterai menghasilkan arus DC, sehingga arus di alirkan ke beban (lampu).
A B S T R A C T
Solar Power  Plant  (PLTS)  is  a  power  generation  equipment converting sunlight  into electricity. PLTS is also often called Solar Cell, or Solar Photovoltaic, or Solar Energy. With a simple concept that is converting sunlight into electrical energy, sunlight is one form  of  energy  from  Natural  Resources.  Sunlight  has  been  widely  used  to  supply electrical  power  in  communication  satellites  through  solar  cells.  This  solar  cell  can produce  unlimited  energy  directly  taken  from  the  sun and  does  not  require  fuel. Therefore,  solar  cells  are  often  declared  clean  and  environmentally  friendly.  The development of the current globalization era impact the increasing demand for electrical energy  so  that  alternative  renewable  energy  sources  are  required  to  meet  current electricity needs. Indonesia is located in the equator; hence, having a sound intensity of solar  radiation  every  year.  In  this  design,  solar  energy  was  used  for  Solar  Power Generation for Street Lighting. Solar energy hitting the solar panels produces an electric current into the solar charger controller, which regulates the voltage that goes into the battery. The data collection results show that charging/charging the battery was 8.8% and the load efficiency was 96.25%. Batteries generate DC, so current is supplied to the load (lamp).

## 1. PENGANTAR
Pemanfaatan  energi  surya  sebagai  energi  terbarukan  sudah  banyak  digunakan  yaitu  energi  surya  menghasilkan  energi  ramah lingkungan. Prinsip energi surya adalah mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik menggunakan panel surya. Daya listrik yang dihasilkan panel surya bergantung pada besarnya intensitas cahaya matahari dan temperatur kerja panel surya. Kondisi cuaca dan posisi dari matahari selalu berubah-ubah membuat daya keluaran dari panel surya bersifat fluktuatif atau yang menunjukkan keadaan atau kondisi yang tidak tetap atau berubah-ubah dan tidak selalu tetap pada kondisi daya maksimum (Yuda dkk, 2018). Penggunaan energi alternatif bertenaga surya ini sangat sesuai diterapkan sebagai sumber energi untuk penerangan jalan. Hal ini karena potensi sumber cahaya matahari yang besar dapat dikonversikan menjadi energi listrik. Selain itu, penerangan jalan berbasis energi surya dapat dirancang sendiri satu sama lain sehingga tidak membutuhkan kabel instalasi yang mengganggu keindahan (Sumadi dkk, 2019).

## 1.1. Sel Surya
Solar sel atau panel surya adalah suatu alat yang dapat mengkonversikan energi matahari menjadi energi listrik. Panel surya atau modul surya merupakan gabungan dari beberapa sel surya. Yang dimaksud dengan sel surya adalah sebuah elemen semikonduktor yang dapat mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik atas dasar efek photovoltaic . Photovoltaic dapat diartikan sebagai teknologi yang berfungsi untuk mengubah atau mengkonversikan energi matahari menjadi energi listrik secara langsung. Pada umumnya, solar sel merupakan sebuah hamparan semikonduktor yang dapat menyerap photon dari sinar matahari dan mengubahnya menjadi listrik. Sel surya tersebut dari potongan silikon yang sangat kecil dengan dilapisi bahan kimia khusus untuk membentuk dasar dari sel surya  (Wahyudi, M.S., 2020).

## 1.2. Cara Kerja Sel Surya
Sel  surya  dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua  terminal  atau  sambungan,  dimana  saat  kondisi  gelap atau tidak  cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan saat disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel surya  komersial  menghasilkan tegangan  dc sebesar  0,5  sampai  1  volt,  dan  arus short-circuit dalam  skala  milliam  pere per  cm 2 .  Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya. Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar  (  Air  Mass  1.5).  Modul  surya  tersebut  bisa  digabungkan  secara  paralel  atau  seri  untuk  memperbesar  total  tegangan  dan  arus outputnya sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction , yaitu junction antara semi konduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai  penyusun  dasar.  Semi  konduktor  tipe-n  mempunyai  kelebihan  elektron  (muatan  negatif).  Sedangkan  semikonduktor  tipe-p mempunyai kelebihan hole ( muatan positif). Dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan  untuk  mendapatkan  material  silikon  tipe-n,  silikon  didoping  oleh  atom  fosfor.  Peran  dari p-n  junction ini  adalah  untuk membentuk medan listrik sehingga elektorn dan hole bisa di ekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Aliran dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan  listrik  yang  mana  ketika  cahaya  matahari  mengenai  susunan p-n  junction ini  maka  akan  mendorong  elektron  bergerak  dari semikonduktor menuju kontak negatif,yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar 1 dibawah (Julisman dkk, 2017).
Gambar 1 : Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junction (Julisman dkk, 2017)

## 1.3. Struktur Sel Surya
Sesuai dengan perkembangan sains dan teknologi,  jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang dengan berbagi inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga, dan empat, dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula. Adapun bagian-bagiannya dapat dilihat pada gambar 2 , yaitu (Setyawan L. B., 2018):
Gambar 2 : Struktur Sel Surya (Setyawan L. B., 2018)

## 2. METODE

## 2.1 Komponen yang digunakan
Dalam tugas akhir prototype penerangan lampu jalan dengan solar sel 100 wp diperlukan beberapa komponen.Komponen atau alat tersebut yaitu:
1. Panel Surya
2. Charger Controller
3. Baterai
4. Lampu
5. Photocell
Bagian komponen pendukung dalam prototype penerangan lampu jalan dengan energi surya yaitu:
1. Kabel
2. Solarimeter
3. Sekrring ( Fuse )
2.2 Cara Kerja Pengoperasian Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Surya untuk Penerangan Lampu Jalan
1. Pastikan rangkaian sesuai dengan gambar,
2. Pastikan solar cell terhubung ke solar charge controler dan pastikan alat ukur solar cell menunjukkan nilai tegangan, 3. Pastikan alat ukur menunjukkan nilai tegangan dan arus baterai,
4. Pastikan charge controller terhubung ke photocell untuk menyuplai arus ke beban,
5. Pastikan alat ukur menunjukkan nilai tegangan dan arus beban,
6. Tutup photocell dengan plastik/kain gelap sebagai simulasi malam hari agar lampu menyala.

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Data Pengujian untuk Pengacasan Baterai
Data pengujian untuk pengecasan baterai dapat dilihat pada tabel 1- 3
Tabel 1 : Data Pengecasan 1 Jam Intensitas Surya Panel Surya Baterai Sesaat (W/m 2 ) Perwaktu (kWh/m 2 ) Tegangan (V) Arus (A) Tegangan (V) Arus (A) 10.00 337 00.00 14.0 2.8 13.7 2.9 10.30 183 00.09 13.9 2.0 13.6 2.2 11.00 340 00.20 14.0 2.8 13.7 2.8 11.30 348 00.27 14.0 2.9 13.5 2.4 12.00 342 00.37 15.0 2.7 13.8 2.6 12.30 343 00.44 15.1 2.5 13.8 2.4 13.00 346 00.49 15.5 2.4 13.5 2.4 13.30 343 00.56 14.0 2.8 13.6 2.3 14.00 340 00.65 16.5 2.4 13.5 2.3 14.30 360 00.76 16.0 2.3 13.0 2.2 Rata-Rata 328 0.38 14.8 2.5 13.5 2.3
Tabel 3: Data Pengecasan 3
Jam Intensitas Surya Panel Surya Baterai Sesaat (W/m 2 ) Perwaktu (kWh/m 2 ) Tegangan (V) Arus (A) Tegangan (V) Arus (A) 10.00 179 00.00 18.0 1.4 13.6 1.3 10.30 212 00.05 18.0 1.4 13.7 1.3 11.00 268 00.12 18.0 1.6 13.7 1.5 11.30 194 00.18 18.0 1.6 13.7 1.0 12.00 190 00.20 18.0 1.6 13.7 1.1 12.30 144 00.26 17.0 1.4 13.8 1.3 13.00 188 00.30 17.0 1.4 13.7 1.4 13.30 243 00.36 17.5 1.6 13.6 1.5 14.00 152 00.32 17.0 1.4 13.7 1.2 14.30 269 00.36 17.5 1.5 13.7 1.5 Rata-Rata 203 0.21 17.6 1.4 13.6 1.3
Dari tabel 1 diatas dapat dirubah atau disederhanakan dengan tegangan dan arus menjadi daya dan perhitungan efisiens i dapat dilihat sebagai berikut:
Daya dari Intensitas Matahari (Surya) pada persamaan 1-3, P surya adalah
P Surya = Intensitas Surya ×Luas Panel ×1000 Jam (1)
= 0.09  × 0.6901  × 1000 30 menit
= 124,22 W
Daya dari panel pada persamaan 2, Baterai adalah P Panel = Tegangan  × Arus (2) = 14,0  × 2,8
= 39,2 W
P Baterai = Tegangan  × Arus = 13,7 × 2,9 = 39,73 W
Efisiensi Panel Surya = Daya Panel Surya Daya Intensitas Surya × 100% (3)
Efisiensi Baterai = Daya Baterai Daya Panel Surya × 100%

## Efisiensi Sistem  = Efisiensi Baterai
Untuk data konversi dari tabel pengecasan dapat dilihat pada tabel 4 – 6
Jam Intensitas Surya Panel Surya Baterai Sesaat (W/m 2 ) Perwaktu (kWh/m 2 ) Tegangan (V) Arus (A) Tegangan (V) Arus (A) 10.00 254 00.00 16.5 2.1 13.5 2.2 10.30 007 00.09 17.5 0.5 13.0 0.5 11.00 309 00.19 18.0 2.0 13.6 2.0 11.30 338 00.28 17.5 2.1 13.9 2.1 12.00 337 00.39 18.0 2.0 13.0 2.0 12.30 306 00.42 17.0 1.9 13.6 2.0 13.00 345 00.45 18.0 2.2 13.1 2.2 13.30 343 00.48 17.5 2.1 13.0 2.2 14.00 354 00.50 17.5 2.4 14.0 2.4 14.30 211 00.51 17.0 2.1 13.7 2.0 Rata-Rata 280 0.33 17.4 1.9 13.4 1.9
Tabel 4: Konversi Pengecasan Data 1
Jam Intensitas Surya Panel Surya Baterai Efisiensi Sistem % Perwaktu (kWh/m 2 ) Daya (Watt) Daya (Watt) Efisiensi (Ƞ) % Daya (Watt) Efisiensi (Ƞ) % 10 0 0 39.2 39.2 39.73 101.35 101.35 10.3 0.09 124.22 27.8 22.3 29.92 107.62 107.62 11 0.2 276.04 39.2 14.2 38.36 97.85 97.85 11.3 0.27 372.65 40.6 10.8 32.4 79.8 79.8 12 0.37 510.67 40.5 7.9 35.88 88.59 88.59 12.3 0.44 607.29 37.75 6.2 33.12 87.73 87.73 13 0.49 676.3 37.2 0.05 32.4 87.09 87.09 13.3 0.56 772.91 39.2 5 31.28 79.79 79.79 14 0.65 897.13 39.6 4.4 31.05 78.4 78.4 14.3 0.76 1048.95 36.8 3.5 28.6 77.71 77.71 Rata-Rata 0.38 528.61 37.78 11.3 33.27 88.59 88.59 Tabel 5: Konversi Pengecasan Data 2 Jam Intensitas Surya Panel Surya Baterai Efisiensi Sistem % Perwaktu (kWh/m 2 ) Daya (Watt) Daya (Watt) Efisiensi (Ƞ) % Daya (Watt) Efisiensi (Ƞ) % 10 0 0 34.65 34.6 29.7 85.71 85.71 10.3 0.09 124.22 8.75 7 6.5 74.28 74.28 11 0.19 262.24 36 13.7 27.2 75.55 75.55 11.3 0.28 386.46 36.75 9.5 29.19 79.42 79.42 12 0.39 538.28 36 6.6 26 72.22 72.22 12.3 0.42 579.68 32.3 5.5 27.2 84.21 84.21 13 0.45 621.09 39.6 6.3 28.82 72.77 72.77 13.3 0.48 662.5 36.75 5.5 28.6 77.82 77.82 14 0.5 690.1 42 6 33.6 80 80 14.3 0.51 703.9 35.7 5 27.4 76.75 76.75 Rata-Rata 0.33 456.84 33.85 7.2 26.42 77.87 77.87 Tabel 6: Konversi Pengecasan Data 3 Jam Intensitas Surya Panel Surya Baterai Efisiensi Sistem % Perwaktu (kWh/m 2 ) Daya (Watt) Daya (Watt) Efisiensi (Ƞ) % Daya (Watt) Efisiensi (Ƞ) % 10 0 0 25.2 25.2 17.68 70.15 70.15 10.3 0.05 69.01 25.2 36.5 17.81 70.67 70.67 11 0.12 165.62 28.8 17.3 20.55 71.35 71.35 11.3 0.18 248.44 28.8 11.5 13.7 47.56 47.56 12 0.2 276.04 28.8 10.4 15.07 52.32 52.32 12.3 0.26 358.85 23.8 6.6 17.94 75.37 75.37 13 0.3 414.06 23.8 5.7 19.18 80.58 80.58 13.3 0.36 496.87 28 5.6 20.4 72.85 72.85 14 0.32 441.66 23.8 5.3 16.44 69.07 69.07 14.3 0.36 496.78 26.25 5.2 20.55 78.28 78.28 Rata-Rata 0.21 296.7 26.24 12.93 17.93 68.82 68.82

## 3.2 Data Pengujian untuk Pembebanan Baterai
Untuk pengujian pada pembebanan baterai dengan besar beban 30 Watt diperoleh data pada tabel 7 sebagai berikut:
Tabel 7: Data Pembebanan Jam Baterai beban Tegangan (V) Arus (A) Tegangan (V) Arus (A) 07.00 12.6 2.1 11.5 2.24 07.30 12.5 2.1 11.0 2.25 08.00 12.5 2.1 11.0 2.22 08.30 12.4 2.1 11.0 2.22 09.00 12.4 2.1 11.0 2.21 09.30 12.4 2.0 11.0 2.20 10.00 12.4 2.0 11.0 2.14 10.30 12.3 2.0 11.0 2.13 11.00 12.3 2.0 11.0 2.10 11.30 12.3 2.0 11.0 2.09
Dari tabel 7 diatas dapat dirubah atau disederhanakan dengan tegangan dan arus menjadi daya, dan perhitungan efisiensi dapat dilihat pada persamaan 4 sebagai berikut
Efisiensi Beban = Daya Beban Daya Panel Surya × 100% (4)

## Efisiensi Total = Efisiensi Beban
Untuk data konversi dari tabel pembebanan baterai dapat dilihat pada tabel 8 sebagai berikut
Tabel 8: Konversi dari tabel 7 Pembebanan Baterai Jam Baterai Beban Daya (Watt) Arus (A) Daya (Watt) Efisiensi (Ƞ) % Efisiensi (Ƞt) % 7 26.46 2.1 25.76 97.35 97.35 7.3 26.25 2.1 24.75 94.28 94.28 8 26.25 2.1 24.42 93.02 93.02 8.3 26.04 2.1 24.42 93.77 93.77 9 26.04 2.1 24.31 93.35 93.35 9.3 24.8 2 24.2 97.58 97.58 10 24.8 2 23.54 94.91 94.91 10.3 24.6 2 23.43 95.24 95.24 11 24.6 2 23.1 93.9 93.9 11.3 24.6 2 22.99 93.45 93.45 Rata-Rata 25.44 2 24.09 94.68 94.68

## 3.3 Pembahasan
Dari hasil perhitungan diperoleh efisiensi rata-rata sistem menyeluruh 6,78% untuk beban,  ini adalah efisiensi yang cukup baik untuk penerangan lampu jalan. Efisiensi daya yang dapat diterima baterai rata-rata 9,3 %, karena efisiensi surya tidak lebih dari 10% yang dapat dimanfaatkan.

## 4. KESIMPULAN
Pemanfaatan  teknologi  sel  surya  untuk  menghasilkan  listrik  yang  optimal  sangat  dipengaruhi  oleh  intensitas  cahaya  matahari, material penyusun panel surya dan temperatur kerja panel.  Semakin tinggi intensitas matahari, maka semakin tinggi pula Tegangan, Arus, serta  efisiensi  yang  dikeluarkan  panel  surya,  dan  begitu  juga  sebaliknya.  Dari  hasil  perhitungan  diperoleh  efisiensi  rata-rata  sistem menyeluruh 6,78% untuk beban, ini adalah efisiensi yang cukup baik untuk penerangan lampu jalan. Efisiensi daya yang dapat diterima baterai rata-rata 9,3 %, karena efisiensi surya tidak lebih dari 10% yang dapat dimanfaatkan.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan rasa syukur karena berkat dan rahmat yang maha kuasa penulis dapat menyelesaikan artikel ini, serta terima kasih yang  sedalamnya  karena  dukungan  finansial  yang  diberikan  oleh  Direktorat  Akademik  Pendidikan  Tinggi  Vokasi  Direktorat  Jenderal Penididikan  Vokasi  Kementerian  Pendidikan,  Kebudayaan,  Riset,  dan  Teknologi  melalui  Pusat  Penelitian  Pengabdian  Masyarakat, Politeknik Negeri Medan.
Julisman A., Sara I.D., & Siregar R. H. (2017). Prototype Pemanfaatan Panel Surya sebagai Sumber Energi pada Sistem Otomasi Atap Stadion Bola, diakses pada 7 September 2021, dari http://www.jurnal.unsyiah.ac.id.
Setyawan L .B. (2018). Perkembangan dan Prospek Sel Fotovoltaik Organik: Sebuah Telaah Ilmiah, diakses pada 7 September 2021, dari http://ojs.jurnaltechne.org.
Sulistiyanti S.R., Setyawan FX.A. (2019). Pemanfaatan Lampu Tenaga Surya Sebagai Lampu Penerangan Jalan di Pekon Kiluan Negeri Kabupaten Tanggamus, diakses pada 29 Agustus 2021, dari https://jss.lppm.unila.ac.id.
Wahyudi. M.S. 2020. Rancang Bangun Listrik Kapasitas 450 Watt dengan Solar Cell untuk Rumah Petani Terpencil. Medan: Politeknik Negeri Medan.
Yuda I.B.P.E.P., Natsir.A., & Nrartha I.M.A. (2018). Rancang Bangun Solar Charge Controller dengan Metode MPPT Berbasis Arduino Nano, diakses pada 26 Agustus 2021, dari http://eprints.unram.ac.id.