Perencanaan PLTS Roof Top On-Grid Untuk Gedung Kantor PLTU Amurang Sebagai Upaya Mengurangi Auxiliary Power dan Memperbaiki Nilai Nett Plant Heat Rate Pembangkit
Ardian Burhandono 1 , Jaka Windarta 1 , Nazaruddin Sinaga 2
1 Magister Energi, Sekolah Pascasarjana, Universitas Diponegoro;
2 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro;
Email  : ardianburhandono@students.undip.ac.id (A.B), jakawindarta@lecturer.undip.ac.id (J.W), nazarsinaga@lecturer.undip.ac.id (N.S);
Abstrak :  Pembangkit  listrik  adalah  kumpulan  dari  beberapa  mesin  yang  sumber  utamanya  dari listrik  tergabung  dalam  beberapa  sistem  atau  sub  sistem  untuk  menjalankan  proses  produksi menghasilkan  energi  listrik.  Tidak  semua  listrik  yang  di  hasilkan  dari  Generator  disalurkan  ke pelanggan namun juga ada listrik yang di pakai sendiri untuk menggerakkan motor-motor listrik atau tempat-tempat  lain  yang  memerlukan  listrik  yang  ada  di  dalam  area  pembangkit  tersebut.  Saat  ini kebutuhan  listrik  untuk  gedung  kantor  diambilkan  dari  unit  pembangkit  PLTU  Amurang  sehingga membebani auxiliary power pembangkit tersebut. Perencanaan pembangunan PV sel surya roof top on grid sebagai salah satu alternatif sebagai sumber energi listrik di kantor PLTU Amurang sehingga bisa mengurangi auxiliary power pembangkit utama dan memperbaiki Nett Plant Heat Rate (NPHR).  Hasil perhitungan diperlukan 6 modul panel sel surya dengan nominal power per panel 300 Wp dan satu inverter kapasitas 2000 W dengan estimasi biaya Rp 71.500.000,-. Setelah pemasangan PLTS, terdapat perkiraan  penghematan  rata-rata  133  kWh  setiap  bulan  dan  nilai  NPHR  mengalami  penurunan minimal 20,15 kCal/kWh setiap bulannya yang menandakan unit pembangkit utama semakin efisien.
Kata Kunci : Pembangkit Listrik Tenaga Surya, Penghematan Energi Listrik, Nett Plant Heat Rate
Abstract :  A  power  plant  is  a  collection  of  several  machines  whose  main  source  of  electricity  is incorporated  in  several  systems  or  sub-systems  to  run  the  production  process  to  produce  electrical energy. Not  all electricity generated from  the generator is distributed to customers,  but  there is also electricity  that  is  used  alone  to  drive  electric  motors  or  other  places  that  require  electricity  in  the power  plant  area.  Currently  the  electricity  needs  for  office  buildings  are  taken  from  the  Amurang power  plant  unit,  thus  burdening  the  auxiliary  power  of  the  power  plant.  Planning  for  the construction  of  roof  top  on  grid  PV  solar  cells  as  an  alternative  as  a  source  of  electricity  in  the Amurang  power  plant  office  building  so  that  it  can  reduce  the  auxiliary  power  of  the  main  power plant and improve the Nett Plant Heat Rate (NPHR). The calculation results require 6 solar cell panel modules with a nominal power per panel of 300 Wp and one inverter with a capacity of 2000 W with an  estimated  cost  of  Rp.  71.500.000,-.  After  the  installation  of  PLTS,  there  is  an  estimated  average savings of 133 kWh per month and the NPHR value has decreased by at least 20.15 kCal/kWh every month which indicates that the main power generation unit is becoming more efficient.
Keywords : Solar Power Generation Electric, Energy Saving, Nett Plant Heat Rate
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051

## 1. Pendahuluan
Pembangkit  listrik  adalah  kumpulan  dari  beberapa  mesin  yang  sumber  utamanya  dari  listrik tergabung dalam beberapa sistem atau sub sistem untuk menjalankan proses produksi menghasilkan energi listrik (A.K. Raja, Amit Prakash Srivastava, 2006). Listrik dari hasil produksi tersebut kemudian disalurkan  ke  Gardu  Induk  milik  PT  PLN  untuk  dijual  ke  pelanggan.  Tidak  semua  listrik  yang  di hasilkan dari Generator disalurkan ke pelanggan namun juga ada listrik yang di pakai sendiri untuk menggerakkan  motor-motor  listrik  atau  tempat-tempat  lain  yang  memerlukan  listrik  yang  ada  di dalam area pembangkit tersebut. Pemakaian sendiri tersebut dinakaman Auxiliary Power . Perhitungan energi  listrik  yang  terjual  adalah  produksi  listrik gross dikurangi auxliary  power .  Semakin  tinggi penggunaan auxiliary power maka energi listrik yang terjual akan semakin sedikit.
Laju  panas  didefinisikan  dalam  satuan  Btu/kWh  (kJ/kWh)  dan  merupakan  jumlah  panas  yang masuk ke dalam sistem dibagi dengan jumlah daya yang dihasilkan oleh sistem atau dikenal dengan istilah Nett Plant Heat  Rate (NPHR) (EPRI, 2006). Pada umumnya di pembangkit listrik jumlah daya yang  dihasilkan  sebagian  digunakan  untuk  pemakaian  sendiri  atau auxiliary  power .  Tingginya penggunaan auxiliary  power akan  berdampak  terhadap  beberapa  hal  antara  lain,  akan  mengurangi pendapatan  pembangkit  listrik  serta Nett  Plant  Heat  Rate (NPHR)  pembangkit  menjadi  tinggi  yang menandakan performance pembangkit tersebut kurang effisien.
Gedung  kantor  pada  perusahaan  pembangkit  listrik  berfungsi  sebagai  tempat  untuk mengerjakan pekerjaan-pekerjaan kantor untuk penunjang kegiatan produksi. Diperlukan listrik pada gedung  tersebut  untuk  kelancaran  pekerjaan  kantor.  Sumber  energi  listrik  yang  digunakan  saat  ini berasal  dari  listrik  hasil  produksi  pembangkit  utama.  Listrik  yang  digunakan  di  gedung  kantor tersebut  dimasukkan  dalam  perhitungan Nett  Plant  Heat  Rate (NPHR)  pembangkit,  sehingga peningkatan  pemakaian  listrik  di  gedung  tersebut  akan  mempengaruhi  perhitungan  NPHR pembangkit.
Modul PV Sel  Surya saat ini telah dirancang dan dikembangkan untuk sistem PV sel surya yang terintegrasi  dengan  bangunan  salah  satunya  sistem  atap  (Andrei  et  al.,  2007).  Di  India  PV  sel  surya digunakan  sebagai  energi  listrik  dan  untuk  pemurnian  air  yang  bekerja  secara hybrid (Vivar  et  al., 2010). Selain itu pada jaman modern ini PV sel surya juga di terapkan untuk pertanian seperti yang dilakukan di China (Xue, 2017). Teknologi pemanfaatan energi surya mungkin merupakan teknologi energi  terbarukan  yang  paling  berkelanjutan  karena  radiasi  matahari  terdapat  di  mana-mana  di seluruh dunia dan emisi gas rumah kacanya sangat minim (Ogbonnaya et al., 2021).
Upaya  meningkatkan  penghematan  pemakaian  listrik  di  dalam  pembangkit  sudah  dilakukan antara lain dengan cara penghematan pemakian listrik untuk gedung kantor dan rutin pemeriksaan unjuk  kerja  motor-motor  penggerak  mesin  pembangkit  listrik.  Berdasarkan  keterangan  sebelumnya penghematan  pemakaian  listrik  di  gedung  kantor  dapat  menggunakan  sistem  PV  sel  surya  sebagai energi alternatif selain dari pembangkit utama. Untuk itu akan direncanakan pembuatan pembangkit listrik  atap  dengan  memanfaatkan  atap  gedung  kantor.  Perencanaan  pembangkit  listrik  dari  tenaga surya  selain  di  hitung  berdasarkan  rumus  yang  ada,  dan  menggunakan  aplikasi  Pvsyst  7.0  untuk simulasi.
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051

## 2. Tinjauan Pustaka

## 2.1. Prinsip Dasar PLTS
Fenomena  di  mana  potensi  listrik  yang  dikembangkan  dari  dua  bahan  fotoresponsif  setelah disinari  dengan  foton,  pertama  kali  ditunjukkan  oleh  fisikawan  Prancis,  Alexandre  Edmond Becquerel,  pada  tahun  1839  (Ghosh  &  Yadav,  2021).  Menurut  (Khaligh  &  Onar,  2017)  tenaga  surya merupakan  merupakan  salah  satu  energi  baru  dan  terbarukan  yang  bersih  dan  bebas  emisi.  Energi dari  tenaga  surya  sudah  banyak  di  aplikasikan  salah  satunya  yaitu  pembangkit  listrik  yang memanfaatkan energi surya dari matahari menjadi energi listrik. Teknologi yang banyak digunakan untuk  memanfaatkan  sinar  matahari  menjadi  energi  listrik  adalah  dengan Photovoltaic (PV). Photovoltaic adalah  peralatan  utama  yang  digunakan  untuk  merubah  sinar  matahari  menjadi  energi listrik (Khaligh & Onar, 2017) seperti di sajikan pada gambar 1.
Gambar 1. Prinsip Kerja Konversi Energi Surya Menjadi Listrik
(https://www.sanspower.com)
Berdasarkan  besaran  iradiasi  sinar  matahari  yang  di  terima  oleh  sel  surya  terjadi  fluktuasi karena  pengaruh  waktu  dan  tentunya  akan  mempengaruhi  besaran  tegangan,  arus  dan  daya  yang dihasilkan  maka  menurut  (Khaligh  &  Onar,  2017)  ada  dua  karakteritik  yang  harus  diperhatikan mengenai sel surya yaitu :
1. Short-circuit  current (I SC )  :  untuk  mengetahui  arus  (I)  maksimum  dari  rangkaian  sel  surya dengan cara dilakukan hubung singkat antara terminal postif dengan negatif. Saat demikian tegangan menjadi nol yang menandakan tidak ada hambatan.
2. Open-circuit voltage (V OC ) : pengukuran tegangan (V) dilakukan saat rangkaian terbuka yang saat itu arus nol dan hambatan tidak terbatas.
Untuk lebih jelasnya hubungan I SC , V OC , dan daya dapat dilihat pada grafik seperti gambar 2.

## 2.2. Sistem Jaringan PLTS
Terdapat dua sistem jaringan pada instalasi pembangkit listrik tenaga surya yaitu PLTS on-grid dimana  PLTS  ini  terhubung  dengan  sistem  jaringan  perusahaan  listrik  negara  (PLN)  dan  PLTS  Off- grid  adalah  sistem  instalasi  yang  berdiri  sendiri  dan  tidak  terhubung  dengan  jaringan  PLN  dan menggunakan  baterei  untuk  menyimpan  energi  (Syahputra  &  Soesanti,  2021).  PLTS off-grid banyak diterapkan di daerah terpencil yang belum mendapatkan aliran lsitrik dari perusahaan listrik negara, namun bisa juga di terapkan di perumahan.
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051
(a)
(b)
Gambar 2. Grafik Hubungan
(a) I – V pada Sel Surya pada Level Short Circuit yang Berbeda
(b) I – P pada Sel Surya pada Level Short Circuit yang Berbeda
(Khaligh & Onar, 2017)

## 2.3. Prinsip Dasar PV Sel Surya
Photovoltaic atau  PV  modul  adalah  peralatan  yang  digunakan  oleh  pembangkit  listrik  tenaga surya  untuk  merubah  energi  surya  menjadi  energi  listrik.  Gambar  1  menyajikan  bahwa  pada  PV modul  terdapat  tipe-P  semikonduktor  dan  tipe-N  semikonduktor.    Menurut  (Zhang  et  al.,  2020) karena  adanya  perbedaan  jumlah  lubang  dan  kerapatan  elektron  bebas  pada  masing-masing permukaan tipe-P dan tipe-N maka dapat terbentuk  medan listrik pada P-N junction dengan  arah  P menuju positif dan N menuju negatif seperti disajikan dalam gambar 3.
Gambar 3. Skema Photovoltaic ( https://www.hindawi.com )
Terdapat dua model rangkaian yang biasa digunakan pada instalasi sel surya yaitu single diode dan dual diode . Gambar 4 menunjukkan rangkaian single diode yang pada umumnya digunakan untuk rangkaian  PV  sel  surya.  Pada  rengkaian  tersebut  terdapat  dioda  yang  berfungsi  mencegah  adanya arus balik sehingga modul sel surya selalu dalam kondisi aman. I PH adalah arus yang dikeluarkan dari modul sel surya.
Gambar 4. Rangkaian sel surya (Zhang et al., 2020)
Menurut  (Zhang  et  al.,  2020),  pada  gambar  4  resistor  R S dan  R SH dapat  diabaikan  sehingga persamaan 1, I dapat ditentukan sebagai berikut :
PH D I = I I  (1) PH 0 C eV I = I I exp 1 kT                          
Dimana k adalah konstanta Boltzman (1,381 × 10 –23 J/K), T C adalah suhu sel surya (K), I 0 adalah arus  saturasi  (A)  yang  tergantung  pada  suhu,  V  adalah  tegangan  (V).    Sedangkan  untuk  tegangan terbuka  di  hitung  dengan  persamaan  2,  dimana  kT/q  adalah  25,7  mV  pada  suhu  25 ° C  (Khaligh  & Onar, 2017).
PH OC 0 I kT V = ln 1 q I        (2)
PH OC 0 I kT V ln q I       
Pada  umumnya  terdapat  dua  tipe  rangkaian  PV  sel  surya  yaitu  secara  paralel  dan  seri.  Pada rangkaian  tersebut  masing-masing  mempunyai  kekurangan  dan  kelebihan.  Sambungan  seri  modul PV  sel  surya  mempunyai  efisiensi  dan  keandalan  yang  lebih  rendah  dibandingkan  dengan sambungan  paralel  (Patrao  et  al.,  2011).  Namun,  koneksi  paralel  modul  PV  sel  surya  mempunyai tegangan  yang  lebih  rendah.  Menurut  (Desai  &  Mikkili,  2019)  rangkaian  PV  sel  surya  Seri menghasilkan arus yang lebih sedikit dan kerugian yang tinggi karena jumlah sambungan seri yang lebih banyak sedangkan rangkaian series -paralel (SP) PV sel surya lebih baik daripada rangkaian Seri PV  sel  surya  karena  tegangan  dan  arus  yang  diinginkan  dapat  tercapai.  Dengan  demikian,  jelas bahwa Power  Conditioning  System (PCS)  harus  memiliki  fungsi  penambah  tegangan,  pelacakan Maximum Power Point Tracking (MPPT), dan inversi (Dogga & Pathak, 2019). PV sel surya Array pada dasarnya  merupakan kumpulan dari beberapa modul PV sel surya yang  saling berhubungan dalam konfigurasi  yang  berbeda,  misalnya  seri-paralel  (SP), total  cross-tied (TCT),  jembatan  link  (BL), honeycomb (HC), dan lain-lain (Ghosh & Yadav, 2021) seperti disajikan gambar 5.
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051
(a)
(b) Gambar 5. (a) Rangkaian Seri 6×6
(b) Rangkaian Series Paralel 6×6 (Desai & Mikkili, 2019)
Menurut  penelitian  (Humaid  Mohammed,  Manish  Kumar,  2020)  shadhing  atau  bayangan parsial  pada  sistem  PV  sel  surya  umumnya  terjadi  pada  kondisi  di  luar  ruangan.  Penyinaran  yang tidak seragam menyebabkan ketidaksesuaian dalam keluaran listrik antar  modul sel surya sehingga menyebabkan distribusi suhu yang tidak seragam yang dapat memiliki efek seketika pada daya dan efek  jangka  panjang  pada  keandalan  sistem  PV  sel  surya.  Konsep bypass diode (BPD)  adalah  solusi yang  sangat  menarik  untuk  mengurangi  efek shading pada  modul  PV  sel  surya  dan  sehingga  dapat memberikan kinerja  PV sel surya yang lebih  baik pada lingkungan shading tersebut (Bhadoria et al., 2020).
Untuk mengatasi shading atau adanya bayangan sehingga mempengaruhi kinerja PV sel surya terdapat  beberapa  penelitian  antara  lain  (Orba  et  al.,  2016)  membuat  penelitian  dengan  membuat rangkaian  yang  dinamakan reconfigurable  string  with  comb-shaped  switch (RST-CSS)  seperti  gambar  6.
Setelah  dilakukan  simulasi,  hasilnya  menyatakan  bahwa  rangkaian  ini  mampu  mengatasi  bayangan dan menghasilkan energi listrik yang baik (Orba et al., 2016).
Gambar 6. Rangkaian RST-CSS (Orba et al., 2016)
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051
Proses  konfigurasi  pada  gambar  6  menggunakan reconfigurable  switching  row untuk mengkondisikan PV sel surya yang mendapat bayangan, setelah bayangan hilang modul PV sel surya kinerjanya meningkat kembali.
Pada penelitian yang lain  seperti yang dilakukan (Bhadoria et al., 2020) melakukan penelitian terhadap  jenis  rangkaian  W-BPD Without  bypass diode ,  SS-SBPD Single  string - single  bypas s diode ,  SS- DBPD Single  string -double  bypass diode , Series G-BPD Series group -bypass diode ,  SG-BPD Staggered group -bypass diode ,  ML-OBPD Multi  level-octal  bypass diode .  Pada  penelitian  tersebut  memvariasi susunan diode dan  PV  sel  surya  untuk  mencari  rangkaian  yang  ideal  pada  kondisi  untuk  mengatasi bayangan.  Penelitian  tersebut  menyimpulkan  bahwa  rangkaian  Seri  G-BPD  memiliki  nilai  daya maksimum untuk hampir semua kasus bayangan (Bhadoria et al., 2020) seperti disajikan gambar 7.
Gambar 7. Rangkaian Seri G-BPD ( Series Group Bypass Diode ) (Bhadoria et al., 2020)

## 2.4. Material PV Sel Surya
Menurut  (Khaligh  &  Onar,  2017)  material  modul  PV  sel  surya  pada  intinya  tiga  jenis  yaitu silicone , polycrystalline  thin  film , single  crystalline  thin  film .  Bagian  dari  teknologi  Si-Cyrstalline  adalah mono-crystal  (Mono-C), polycrystallin e  (Poly-C), hybrid silicone dan  pembungkus  emitor  melalui  sel dan  lain  sebagainya,  sedangkan  berbagai  jenis  teknologi thin  film adalah amorphous  silicon (a-Si), cadmium telluride (CdTe) atau sulphide dan copper indium gallium diselenide (CIGS) dan lain sebagainya (Ghosh  et  al.,  2017).  Di  Indonesia  jenis  sel  surya  yang  banyak  di  pasaran  merupakan  bahan  baku silicon  yaitu Polycristalline dan monocrystalline .  Pada  penelitian  (Pattanapong  Jumrusprasert,  Geoff Smith, 2008), pada kondisi panel tetap dengan sudut kemiringan 30º C, dan menghadap selatan, serta pengambilan  data  dilakukan  dalam  satu  tahun  menghasilkan  bahwa monocrystalline mempunyai efisiensi  6,8%±2,4%,  dan polycrystalline mempunyai  efisiensi  5,7%±2,0%.  Menurut  penelitian (Hidayanti,  2020)  sel  surya monocrystalline mempunyai  efisiensi  lebih  tinggi  dari  pada polycrystalline dimana monocrystalline mempunyai efisiensi sebesar 9,22% sedangkan polycrystalline sebesar 7,94%.
Perbedaan monocrystalline dan polycrystaline dapat  dilihat  pada software PVSyst.  Sel  surya monocrystalline dan polycrystaline di  pilih  dari  pabrikan  yang  sama  yaitu  GESolar  dengan  parameter seperti tabel 1.
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051

## Tabel 1.
Data Penyinaran Matahari di Lokasi Penelitian Parameter Satuan Monocrystalline Polycrystaline Manufacture GESolar GESolar Tipe GES-M10 GES-6P10 Nominal Power Wp 10 10 G ref W/m 2 1000 1000 I sc A 0,680 0,650 I mpp A 0,600 0,570 Temp Coef mA/ ° C 0,3 0,3 %/ ° C 0,04 0,05 V emp Reff C 25 25 V oc V 21,30 21,60 V mpp V 16,70 17,40 Lenght mm 360 368 Width mm 306 310 Total Nb Cell 36 36 Thickness mm 18 18 Module Area m 2 0,110 0,114 R sh Ohm 1050 1100 R s Ohm 3,612 3,465
(a) (b)
Gambar 8. (a) Sel Surya Polycrystalline (b) Sel Surya Monocrystalline (Aplikasi PVSyst)
Pada  keterangan  beberapa  penelitian  dan  tabel  1  serta  gambar  5  dapat  diambil  kesimpulan bahwa  sel  surya monocrystalline mempunyai  efisiensi  dan  kinerja  lebih  baik  dari polycrystalline . Gambar 9 menunjukkan perbedaan fisik dari sel surya monocrystalline dan polycrystalline .
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051
Gambar 9. Sel Surya Monocrystalline dan Polycrystalline ( https://www.literoflightusa.org )
Berdasarkan  (Ramadhani,  2018)  untuk  menghitung  total  energi  modul  menggunakan persamaan 3.
Energi Malam Energi Siang Total Energi Modul = + 100% Losses Malam (%) 100% Losses Siang (%)   (3)
Berdasarkan (Ramadhani, 2018) rugi-rugi malam ditentukan sebesar 37,5% dan rugi-rugi siang ditentukan sebesar 22,5%. Dan untuk mementukan kapasitas modul maka menggunakan persamaan 4.
STC Total Energi Modul Kapasitas Modul = G
Minimum Rata-Rata Radiasi  (4)

## 2.5. Inverter
Inverter merupakan peralatan utama untuk mengubah energi listrik dihasilkan oleh modul sel surya arus searah (DC) menjadi energi listrik arus bolak-balik (AC) dengan karakteristik dan kualitas yang  diperlukan  sebelum  dikrim  ke  jaringan  atau  dikonsumsi  langsung  oleh  konsumen  (G.A. Rampinelli  a,  A.  Krenzinger  b,  2014). Sizing  Factor  Inverter (SFI)  menetapkan  hubungan  antara  daya inverter  dan  daya  modul  sel  surya  pada Standard  Test  Condition (STC)  seperti  pada  persamaan  5 (Leticia Toreti Scarabelot & Arns Rampinelli, 2021).
Inverter PV P SFI = P
(5)
SFI  adalah  rasio  perbandingan  antara  daya  dari  inverter  dengan  daya  dari  PV  sel  surya sehingga  kedua  peralatan  tersebut  dapat  bekerja  dengan  aman  dan  efisien.  Berdasarkan  hasil penelitian (Rodrigo et al., 2016) angka SFI untuk PV sel surya berbahan dasar silicon (Si) sebesar 1,05 dan  untuk  berbahan  dasar cadmium  tellurium (CdTe)  sebesar  0,95.  Berdasarkan  penelitian  yang  lain rasio ukuran daya inverter-ke-PV array sel surya yang dapat memaksimalkan hasil energi ditemukan bervariasi antara 1,72 dan 1,59 untuk beberapa inverter, dan antara 1,51 dan 1,18 untuk inverter yang lain, dimana pengukuran tersebut dilakukan per jam atau permenit pada inverter yang diuji (Rodrigo et al., 2016). Efisiensi inverter menjadi maksimal ketika daya keluaran inverter mendekati daya masuk inverter,  sedangkan  efisiensi  inverter  menjadi  rendah  terjadi  ketika  inverter  memasok  daya  yang rendah (Omar & Mahmoud, 2021).
Terdapat  beberapa  masalah  saat  pemrosesan  daya  dari  sumber  energi  terbarukan  yang dilakukan  dengan  menggunakan  konverter  daya,  seperti  efisiensi  dan  biaya  sebagai  faktor  utama
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051
permasalahan  tersebut  (Patrao  et  al.,  2011).  Untuk  PV  sel  surya  yang  terhubung  ke  sistem  jaringan pada  umumnya  memerlukan  transformator  yang  beroperasi  pada  frekuensi  rendah  maupun  tinggi sehingga  memerlukan  isolasi  galvanik  antara  PV  sel  surya  dan  sistem  jaringan  listrik.  Hal  tersebut yang  menyebabkan  biaya  investasi  menjadi  mahal.  Untuk  mengatasi  tingginya  biaya  diusulkan inverter  tanpa  transformator  yang  lebih  efisien  dari  segi  biaya  karena  biaya  instalasi  dan  operasi menjadi lebih murah (Patrao et al., 2011).
Terdapat  dua  jenis  inverter  tanpa  transformator  untuk  sistem  PV,  yaitu Multi  Stage  Power Conversion (MSPC) dan Single-Stage Power Conversion (SSPC) (Dogga & Pathak, 2019) seperti disajikan gambar 10.
Gambar 10. Klasifikasi PV Inverter
(a) Multi Stage Power Conversion (MSPC) (b) Single-Stage Power Conversion (SSPC)
(Dogga & Pathak, 2019)

## 3. Metodologi
Penulisan karya ilmiah ini berdasarkan pada literatur mengenai pembangkit listrik tenaga surya data  pemakaian  listrik  untuk  gedung  kantor  di  PLTU  Amurang.  Dari  data  yang  ada  kemudian  di rencanakan untuk pemasangan PLTS dengan bahan yang ada di pasaran  dan menghitung biaya yang di perlukan. Pemasangan  PLTS atap diharapkan  bisa  mengurangi pemakaian listrik gedung  kantor yang di ambil dari hasil produksi pembangkit utama. Metodologi penelitian ditampilkan seperti flow chart pada Gambar 11.
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051
Gambar 11. Metode Penelitian

## 4. Hasil dan Pembahasan

## 4.1. Desain PLTS
Pembangkit  listrik  tenaga  surya  akan  di  pasang  pada  atap  gedung  kantor  untuk  memenuhi kebutuhan listrik gedung kantor. Instalasi jaringan yang akan diterapkan yaitu sistem on-grid karena untuk  menghemat  biaya  pengadaan  baterei  dan  belum  adanya  tempak  untuk  penempatan  baterei. Pertimbangan lain penggunaan jaringan on-grid dikarenakan pada malam hari tidak banyak aktivitas perkantoran  sehingga  penerangan  tetap  diambilkan  dari  sumber  energi  listrik  utama  yaitu  dari pembangkit utama. Rencana instalasi PLTS disajikan seperti pada gambar 12 tersebut menggunakan panel  kontroler  untuk  mengatur  suplai  power  dari  pembangkit  dan  modul  PV  sel  surya  ke  gedung kantor.
Gambar 12. Rencana Instalasi PLTS untuk Gedung Kantor
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051

## 4.2. Lokasi Pemasangan
Gedung  kantor  PLTU  Amurang  terletak  di  dalam  kawasan  PLTU  Amurang  di  daerah  Moinit kabupaten  Minahasal  Selatan  propinsi  Sulawesi  Utara.  Sebelum  menghitung  keperluan  energi  dari PLTS terlebih dahulu menentukan  lokasi pemasangannya seperti disajikan pada gambar 13, dengan menggunakan software PVsyst 7.0 di dapatkan letak gedung kantor pada koordinat latitude 1,1841 ° N, longitude 124,4797 ° E, altitude 16 m.
Gambar 13. Titik Pemasangan PLTS

## 4.3. Kebutuhan Listrik Gedung Kantor
Pemakaian  listrik  untuk  gedung  kantor  digunakan  untk  beberapa  peralatan  perkantoran diantaranya,  komputer,  lampu  penerangan,  pendingin  ruangan,  printer,  kompor  listrik,  kulkas, pompa air, dan peralatan-peralatan pendukung kantor.
Gambar 14. Pemakaian Listrik Harian
Data pemakaian listrik harian disajikan dalam gambar 14. Dari grafik diatas diketahui rata-rata pemakaian listrik sebesar 13,12 kWh / hari. Rata-rata pemakaian listrik perjam sebesar 0,5 kW/jam.

## 4.4. Desain Pemasangan
Modul  sel  surya  akan  dipasang  di  atas  tap  gedung  kantor  dengan  luasan  atap  7  m  ×    27,3  m sehingga mempunyai luasan 191,1 m 2 . Berdasarkan gambar 15 (a) kemiringan atap berkisar 30 ° .
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051
(a)
(b)
Gambar 15. (a) gambar gedung tampak samping, (b) tampak depan
Modul  sel  surya  akan  dipasang  diatas  atap  gedung  seperti  disajikan  pada  gambar  15  dengan sebelumnya memperhatikan kekuatan struktur atap tersebut. Kemiringan atap menghadap timur dan barat dan sedikit terkena bayangan.

## 4.5. Data Irradiasi Sinar Matahari
Berdasarkan  data  dari  koordinat  pada  gambar  13  yang  didapatkan  dari  aplikasi  PVSyst dihasilkan data iradiasi seperti pada Tabel 2.
Data  iradiasi  yang  digunakan  adalah Global  Horizontal dari  bulan  Januari  sampai  dengan Desember,  data  iradiasi  terendah  pada  bulan  Februari  yaitu  136,3  kWh/m 2 /bulan  dan  irradiasi minimum 4,87 kWh/m 2 /hari terjadi pada bulan Februari seperti disajikan pada gambar 17.
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051

## Tabel 2.
Data Penyinaran Matahari di Daerah Moinit/Gedung Kantor Bulan GlobHor (kWh/m 2 /bulan) DiffHor (kWh/m 2 /bulan) T_Amb ( ° C) WindVel (m/s) Januari 163,5 78,8 26,9 1,1 Februari 136,3 71,1 26,9 1,5 Maret 170,2 75,4 27,2 1,4 April 170,0 81,1 26,9 1,2 Mei 174,1 73,1 27,5 1,2 Juni 155,6 71,4 26,8 1,5 Juli 168,3 63,6 27,3 1,7 Agustus 188,4 75,1 27,3 2,1 September 180,0 66,9 27,0 1,5 Oktober 179,2 80,0 27,4 1,4 November 165,9 70,9 26,9 1,2 Desember 160,7 76,4 27,3 1,4 Tahun 2012,2 883,8 27,1 1,4
Gambar 17. Global Horizontal Irradiation Harian Daerah Moinit

## 4.6. Menghitung Kapasitas Modul Sel Surya
Dari  gambar  3  rata-rata  pemakaian  listrik  harian  sebesar  13,12  kWh.  Pemakaian  tersebut diasumsikan  untuk  pemakaian  energi  siang  hari,  sedangkan  pada  malam  hari  menggunakan  energi listrik  dari  pembangkit  utama.  Rugi-rugi  malam  sebesar  37,5%  dan  rugi-rugi  siang  sebesar  22,5% (Ramadhani,  2018).  Untuk  menghitung  kebutuhan  energi  total  menggunakan  persamaan  3  dan hasilnya sebesar 8,33 kWh.
Berdasarkan gambar 11 data irradiasi sinar matahari minimum sebesar 4,87 kWh/m 2 /hari, maka kapasitas modul sel surya  dapat di hitung dengan  menggunakan persamaan 4  dan  hasilnya sebesar 1711,16 Wp.
Jika direncanakan menggunakan modul sel surya 300 Wp maka jumlah modul sel surya yang diperlukan sebanyak 5,7 modul dan dibulatkan menjadi 6 modul.
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051

## 4.7. Menghitung Kapasitas Inverter
Penentuan inverter menggunakan persamaan 5 dimana SFI kita tentukan sebesar 1,05 sehingga daya inverter yang dipilih sebesar 1.796,71 W.
Sesuai  dengan  spesifikasi  inverter  di  pasaran,  direncanakan  menggunakan  inverter  dengan kapastias  2  kW  atau  2000  watt.  Bila  menggunakan  inverter  2000  W  maka  SFI  nya  1,11  dan  nilai tersebut masih dalam batas normal.

## 4.8. Spefisikasi Peralatan dan Estimasi biaya
Pada  makalah  perencanaan  pembangkit  listrik  tenaga  surya  ini  menggunakan  beberapa peralatan utama sebagai berikut :
Tabel 3. Kebutuhan Peralatan PLTS Peralatan Foto Spesifikasi Modul sel surya Maximum power : 300 W Vmp : 36,6 V Imp : 8,21 A Voc : 44,8 V Isc : 8,88 A NOTC : 47 ±2 ° C
Max system Volt : 600 VDC
Power Toleranc e : +3% Cell : Monocrystalline Dimensi : 1950 mm × 990 mm × 40 mm Berat : 20,8 kg Inverter Operating DC input voltage range : 90V – 580V Rated DC input power : 2500W
Number of independent MPPT : 1
DC  input  voltage  range  with  parallel  configuration  of MPPT : 210V – 530V
Maximum DC input current for each MPPT : 10.0A
Number of DC input pairs for each MPPT: 1
DC connection type : Quick Fit PV Connector
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051
Estimasi kebutuhan biaya untuk pemasangan pembakit listrik tenaga surya disajikan pada tabel 3 dibawah ini
Tabel 4. Data Penyinaran Matahari di Daerah Moinit/Gedung Kantor Nama Peralatan Satuan  Jumlah Harga Satuan Total harga (Ongkos kirim dan pajak 10%) Panel Sel surya 300 Wp pcs 6 Rp           4.800.000,-  Rp                34.430.000,- Inverter 2000 W pcs 1 Rp           6.000.000,-  Rp                  8.250.000,- Panel kontroller pcs 1 Rp           6.700.000,-  Rp                  8.470.000,- Combiner Box Set pcs 1 Rp           2.500.000,-  Rp                  3.850.000,- Mounting Panel Lot 1 Rp            5.000.000,-  Rp                  5.500.000,- Aksesoris Lot 1 Rp            5.000.000,-  Rp                   5.500.000,- Jasa Pemasangan Lot 1 Rp            5.000.000,-  Rp                   5.500.000,- TOTAL Rp                 71.500.000,-
5. Analisis Benerfit Pemasangan PLTS

## 5.1. Prediksi Penghematan Pemakaian Listrik
Setelah  dilakukan  pemasangan  pembangkit  listrik  tenaga  surya  untuk  gedung  kantor diharapkan  ada  penghematan  pemakaian  energi  listrik  di  gedung  kantor.  Pemakaian  listrik  untuk gedung kantor per bulan sampai dengan bulan oktober tahun 2021 di sajikan seperti gambar 18.
Gambar 18. Pemakaian listrik sebelum dipasang PLTS
Setelah dipasang pembangkit listrik tenaga surya, terdapat estimasi penghematan seperti yang disajikan pada gambar 19 yaitu rata-rata 133 kWh setiap bulan.
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051

## Gambar 19. Prediksi Pemakaian Listrik Setelah Pemasangan PLTS

## 5.2. Prediksi Nilai NPHR
Nett  Plant  Heat  Rate (NPHR)  adalah  besaran  nilai  kalori  batubara  untuk  memproduksi  energi listrik.  Semakin  kecil  nilai kalori  yang  diperlukan  untuk  memproduksi  1  kWh  listrik  dikatakan  unit operasi efisien. Seperti pada gambar 20, diharapkan setelah dipasang PLTS nilai NPHR semakin turun sehingga bisa dikatakan unit pembangkit operasi dalam kondisi efisien.
Gambar 20. Prediksi Nilai NPHR Sebelum dan Setelah Dipasang PLTS
Nilai  NPHR  setelah  dipasang  PLTS  mengalami  penurunan  minimal  20,15  kCal/kWh  setiap bulannya atau 0,72 kCal/kWh setiap hari.

## 6. Kesimpulan
Pemsangan PLTS di lakukan di gedung kantor PLTU Amurang dengan rencana instalasi seperti disajikan pada gambar 12.  Pada perencanaan PLTS ini memerlukan  modul panel sel surya kapastas 300 Wp sebanyak 6 buah tipe monocrystalline, inverter kapasitas 2000 Watt sebanyak 1 buah dengan Sizing  Factor  Inverter (SFI)  1,11  dan  perkiraan  biaya  sebesar  Rp  71.500.000,-.  Setelah  di  pasang  PLTS diperkiraan  terdapat  penghematan  pemakaian  energi  listrik  untuk  gedung  kantor  rata-rata  sebesar
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051
133  kWh  setiap  bulan.  Nilai Nett  Plant  Heat  Rate (NPHR)  diperkirakan  semakin  menurun  minimal 20,15 kCal/kWh setiap bulan sehingga pengoperasian unit pembangkit utama semakin efisien.
Berdasarkan  pertimbangan  biaya  dan  untuk  menghasilkan  energi  yang  maksimal  maka  untuk rangkaian inverter menggunakan rangkain inverter tanpa transformator dengan topologi Single Stage Power Conversion (SSPC) seperti disajikan pada gambar 10b.
Untuk  antisipasi  terhadap  bayangan  atau  shading  sehingga  energi  listrik  yang  dihasilkan  tetap maksimal  maka  rangkaian  PV  sel  surya  menggunakan  tipe Series G-BPD Series group - bypass  diode seperti disajikan pada gambar 7.

## Daftar Pustaka
A.K. Raja, Amit Prakash Srivastava, M. D. (2006). Power Plant Engineering (Vol. 148).
Andrei,  H.,  Dogaru-Ulieru,  V.,  Chicco,  G.,  Cepisca,  C.,  &  Spertino,  F.  (2007). Photovoltaic applications. Journal of Materials Processing Technology . https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2006.03.043
Bhadoria,  V.  S.,  Pachauri,  R.  K.,  &  Tiwari,  S.  (2020). Investigation  of  Different  BPD  Placement Topologies  for  Shaded  Modules  in  a  Series-Parallel  Configured  PV  Array .  216911–216921. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3041715
Desai,  A.  A.,  &  Mikkili,  S.  (2019). Modelling  and  analysis  of  PV  configurations  (alternate  TCT-BL, total cross tied, series, series parallel, bridge linked and honey comb) to extract maximum power under partial shading conditions . CSEE
Journal of Power
and Energy Systems, PP(99). https://doi.org/10.17775/CSEEJPES.2020.00900 Dogga,  R.,  &  Pathak,  M.  K.  (2019). Recent  trends  in  solar  PV  inverter  topologies .  Solar  Energy, 183(March), 57–73. https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.02.065 EPRI. (2006). Power Plant Optimization Guidelines . 2006.
G.A.  Rampinelli  a,  A.  Krenzinger  b,  F.  C.  R.  c  a.  (2014). Mathematical  models  for  efﬁciency  of inverters used in grid connected photovoltaic systems .
ScienceDirect Renewable. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2014.03.047 1364-0321/&
Ghosh,  S.,  &  Yadav,  R.  (2021). Future  of  photovoltaic  technologies:  A  comprehensive  review . Sustainable Energy Technologies and Assessments, 47(June), 101410.
https://doi.org/10.1016/j.seta.2021.101410
Ghosh, S., Yadav, V. K., Mukherjee, V., & Yadav, P. (2017). Evaluation of relative impact of aerosols on  photovoltaic  cells  through  combined  Shannon’s  entropy  and  Data  Envelopment  Analysis (DEA). Renewable Energy, 105, 344–353. https://doi.org/10.1016/j.renene.2016.12.062
Hidayanti,  F.  (2020). The  Effect  of  Monocrystalline  and  Polycrystalline  Material  Structure  on  Solar Cell Performance Material Structure on Solar Cell Performance . International Journal of Emerging Trends in Engineering Research, 8. https://doi.org/https://doi.org/10.30534/ijeter/2020/87872020
Humaid Mohammed, Manish Kumar, R. G. (2020). Bypass diode effect on temperature distribution in  crystalline  silicon  photovoltaic  module  under  partial  shading ,  Solar  Energy.  208,  182–194. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.07.087.
Khaligh,  A.,  &  Onar,  O.  C.  (2017). Energy  harvesting:  Solar,  wind,  and  ocean  energy  conversion systems .  In  Energy  Harvesting:  Solar,  Wind,  and  Ocean  Energy  Conversion  Systems. https://doi.org/10.1201/9781439815090
Vol. 3, No. 2, pp 61 – 79 doi: 10.14710/jebt.2022.13051
Leticia  Toreti  Scarabelot,  G.,  &  Arns  Rampinelli,  C.  R.  R.  (2021). Overirradiance  effect  on  the electrical  performance  of  photovoltaic  systems  of  different  inverter  sizing  factors .  Solar  Energy,  225(June 2020), 561–568. https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.07.055
Ogbonnaya,  C.,  Abeykoon,  C.,  Nasser,  A.,  Ume,  C.  S.,  Damo,  U.  M.,  &  Turan,  A.  (2021). Engineering  risk  assessment  of  photovoltaic-thermal-fuel  cell  system  using  classical  failure  modes,  effects  and criticality
analyses .
Cleaner Environmental Systems, 2(January), 100021.
https://doi.org/10.1016/j.cesys.2021.100021
Omar,  M.  A.,  &  Mahmoud,  M.  M.  (2021). Improvement  Approach  for  Matching  PV-array  and Inverter of Grid Connected PV Systems
Verified by a Case Study . 10(4), 687–697.
https://doi.org/10.14710/ijred.2021.36082
Orba, Z. Č., Ć, V. K., Ć, B. P., & Ć, D. M. Ć. E. V. I. (2016). New String Reconfiguration Technique for Residential Photovoltaic System Generation Enhancement . 16(1), 19–26.
Patrao,  I.,  Figueres,  E.,  González-espín,  F.,  &  Garcerá,  G.  (2011). Transformerless  topologies  for grid-connected single-phase photovoltaic inverters . 15, 3423–3431. https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.03.034
Pattanapong Jumrusprasert, Geoff Smith, L.  K. (2008). Comparing The Efficienncy  Of Fixed Solar Cell Panels In A Tropical Location . Springer, Berlin, Heidelberg.
https://doi.org/https://doi.org/10.1007/978-3-540-75997-3_300
Ramadhani,  B.  (2018).  Instalasi  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  (Issue  31  Agustus  2018). Deutsche  Gesellschaft  für  Internationale  Zusammenarbeit  (GIZ)  GmbH,Energising  Development (EnDev) Indonesia. www.endev-indonesia.info
Rodrigo,  P.  M.,  Velázquez,  R.,  &  Fernández,  E.  F.  (2016). DC/AC  conversion  efficiency  of  grid- connected photovoltaic inverters in central
Mexico . Solar Energy, 139, 650–665.
https://doi.org/10.1016/j.solener.2016.10.042
Syahputra,  R.,  &  Soesanti,  I.  (2021). Renewable  energy  systems  based  on  micro-hydro  and  solar photovoltaic  for  rural  areas:  A  case  study  in  Yogyakarta,  Indonesia .  Energy  Reports,  7,  472–490. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.01.015
Vivar,  M.,  Skryabin,  I.,  Everett,  V.,  &  Blakers,  A.  (2010). A  concept  for  a  hybrid  solar  water purification  and  photovoltaic  system .  Solar  Energy  Materials  and  Solar  Cells,  94(10),  1772–1782. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2010.05.045
Xue,  J.  (2017). Photovoltaic agriculture  - New  opportunity  for  photovoltaic  applications  in  China . Renewable and Sustainable Energy Reviews, 73(January), 1–9. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.098 Zhang, C., Shen, C., Wei, S., Wang, Y., Lv, G., & Sun, C. (2020). A Review on Recent Development of  Cooling  Technologies  for  Photovoltaic  Modules .  Journal  of  Thermal  Science,  29(6),  1410–1430. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1350-y