## Jurnal Dinamis
Vol. 10, No. 1, Juni 2022 | 1-7
ISSN : 0216-7492, e-ISSN : 2809-3410
Homepage : https://talenta.usu.ac.id/dinamis
Pembangkit listrik Tenaga Surya Tipe Monocrystalline Dengan Memanfaatkan Atap Gedung Sebagai Media Pemantul Panas Matahari
Eko Julianto 1*, Ahmad Yunus Nasution 2, Ripandu Sasmeidy 3, Fuazen 4, Eko Sarwono 5, Doddy Irawan 6 Departemen, Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Pontianak    Jalan Ahmad Yani No. 111 Pontianak (78124) Telp. 0411-585637
*Email: Corresponding : eko.julianto@unmuhpnk.ac.id Email : 161210166@unmuhpnk.ac.id

## Abstrak
Pada umumnya pemasangan panel surya berada di bagian paling atas ( rooftop ) dari sebuah bangunan atau gedung, yang permukaannya datar dan tidak ditutupi oleh langit-langit, sehingga pancaran sinar matahari  tidak  terhalangi.  Dikawasan  perkotaan  khususnya  di  Kalimantan  Barat,  sebagian  besar ruangnya dipenuhi dengan bangunan-bangunan besar, sehingga memiliki potensi untuk pengembangan Pembangkit  Listrik Tenaga  Surya  (PLTS).  Desain  pembangkit  tenaga  surya  ini  menggunakan  empat bagian  utama,  bagian  pertama  yaitu  solar  panel  Monocrystalline  110  wp  untuk  sumber  utama  dari energi  matahari  menjadi  tegangan  awal  DC,  bagian  kedua  yaitu  charger  controller  sebagai  pengatur arus  dari  panel  pada  battery  atau  penyimpanan  daya  dan  ke  beban  yang  dihasilkan  dari  solar  panel tersebut, bagian ketiga yaitu inverter salah satu pengubah tegangan DC ke AC, serta bagian ke keempat yaitu beban untuk penerangan (lampu LED). Dari pengujian pada skripsi ini, penggunaan panel surya belum cukup efisien dan menghasilkan daya rata-rata pada cuaca cerah sebesar 75,03 Watt, sedangkan pada cuaca berawan sebesar 46,3 Watt. Dari segi ekonomis untuk menggantikan PLN .
Kata kunci  PLTS, panel surya, monocrystalline, matahari, LED, inverter,  rooftop, battery, charger controller.

## Abstract
In general, the installation of solar panels is at the very top  (rooftop) of a building which  has a flat surface and is not covered by the ceiling, so that the sun's rays are not blocked. In urban areas, especially in  West  Kalimantan,  most  of  the  space  is  filled  with  large  buildings,  so  it  has  the  potential  for  the development of Solar Power Plants (PLTS). The design of this solar power plant uses four main parts, the first part is a 110 wp Monocrystalline solar panel for the main source of solar energy to be the initial DC voltage, the second part is the charger controller as a current regulator from the panel on the battery or power storage and to the load generated from the solar panel, the third part is the inverter, which converts  DC  to  AC voltage,  and the  fourth  part  is  the  load  for  lighting  (LED lamps).  And  from  the calculations in this thesis, the use of solar panels is not efficient enough and economically profitable to replace PLN.
Keywords  PLTS,  solar  panel,  monocrystalline,  solar,  LED,  inverter,  rooftop,  battery,  charger controller.

## Pendahuluan
Setiap  tahun  kebutuhan  akan  energi  listrik  di  dunia  akan  mengalami  pertumbuhan.  Hal  ini  juga berlaku di Indonesia. Selama kurun waktu 17 tahun (2003 sampai dengan 2020) total kebutuhan listrik di Indonesia diperkirakan tumbuh sebesar 6,5% per tahun dari 91,72 TWh pada tahun 2002 menjadi 272,34 TWh  pada  tahun  2020.  Salah  satu  energi  alternatif  yang  dikembangkan  adalah  energi  matahari.  Energi matahari  sangat  potensial dikembangkan  karena  dalam  kondisi  puncak  atau  posisi  matahari  tegak  lurus, sinar matahari  yang jatuh di permukaan panel surya di Indonesia seluas satu meter persegi akan mampu
mencapai  900 hingga 1000 Watt. Total intensitas penyinaran perhari di Indonesia mampu mencapai 4500 Wh/m2  sehingga  Indonesia  termasuk  daerah  yang  kaya  akan  energi  matahari.  Sebagai  sumber  daya alternatif  untuk  membantu  listrik  dari  PLN,  Pembangkit Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS)  ini  yang  paling efektif  di  daerah  Kalimantan  Barat  dikarenakan  letak  geografisnya  berada  tepat  digaris  khatulistiwa, dimana sinar matahari terjadi sepanjang tahun dengan durasi yang ideal untuk penyerapan cahaya dengan waktu kurang lebih 10 sampai 12 jam.

## Teori
A. Tinjauan Pustaka Kebutuhan  energi  listrik  yang  berasal  dari energi  non-terbarukan  semakin  meningkat  setiap tahunnya.  Jadi  ada  upaya  yang  harus  dilakukan untuk  mengurangi  atau  bahkan  menghilangkan ketergantungan  pada  listrik  dari  PLN.  Salah  satu cara itu praktis dan mudah adalah mendesain panel surya  atap  di  atas  rumah.  Berdasarkan  perhitungan dan  desainnya,  panel  surya  yang  dibutuhkan sebanyak lima panel berdaya 275  Wp,  berkapasitas solar charge Pengendali  yang  digunakan  pada 85 A,  dibutuhkan  empat  baterai  12  V  230  Ah,  inverter memiliki  kekuatan  DC  sampai  1800  W  dan output daya AC  1500  W  maksimal,  dan  juga  penampang konduktor yang dibutuhkan adalah 2,5 mm2 dengan rating MCB 16 A (Muhammad Fahmi Hakim, 2017).

## B. Pengertian PLTS
Pembangkit listrik  tenaga surya adalah pembangkit  listrik  yang  mengubah  energi  suryamenjadi energi  listrik.  Pembangkitan  listrik  bisa  dilakukan  dengan  dua  cara,  yaitu  secara  langsung menggunakan fotovoltaik  dan  secara  tidak  langsung  dengan  pemusatan  energi surya.Fotovoltaik mengubah secara langsung energi  cahaya menjadi  listrik menggunakan efek fotoelektrik. Pemusatan energi surya menggunakan sistem lensa atau cermin dikombinasikan dengan sistem pelacak untuk memfokuskan energi matahari ke satu titik untuk menggerakan mesin  kalor.

## C. Panel Surya
Panel  surya  terdiri  dari  beberapa  sel  surya  yang  di  susun  sedemikian  rupa  sehingga  didapatkan output sesuai dengan yang diinginkan. Dari kumpulan sel surya ini dapat dikonversi cahaya matahari menjadi listrik arus searah. Dengan menambahkan baterai yang dihubungkan dengan panel surya, maka daya hasil konversi cahaya matahari menjadi listrik dapat  disimpan sebagai cadangan energi listrik. Secara  sederhana  sel  surya  terdiri  dari  persambungan  bahan  semikonduktor  bertipe  P  dan  N P-N junction  semiconductor yang  jika  terkena  sinar  matahari  maka  akan  terjadi  aliran elektron,  aliran elektron inilah yang disebut sebagai aliran arus listrik (Yuwono, 2005)
Gambar 1 Semikonduktor (a) tipe-P (b) tipe-N

## D. Monocrystalline
Tipe ini terbuat dari batangan kristal  silikon murni yang tersusun lurus. Jenis ini akan menghasilkan kepingan sel surya yang identik satu sama lain dan berkinerja tinggi.  Sehingga menjadi sel surya yang paling efisien dibandingkan jenis sel surya lainnya, sekitar 15% - 20%. Mahalnya harga kristal silikon murni  dan  teknologi  yang  digunakan,  menyebabkan  mahalnya  harga  jenis  sel  surya  ini  dibandingkan jenis sel surya yang lain di pasaran.
E. Solar Charger Controller
Solar Charge Controller (SSC) merupakan salah satu komponen penting PLTS yang berguna untuk setting arus  listrik  ( current  regulator )  yang  masuk dari panel PV maupun arus beban keluar/digunakan dan berfungsi untuk melindungi baterai dari pengisian yang berlebihan ( over charge ), dan dari panel surya ke baterai dapat di atur tegangan serta arusnya sesuai kebutuhan (Visnu Semara Putra, 2015).

## Gambar 2 Solar Charge Controller

## F. Baterai
Baterai pembangkit listrik tenaga matahari pada umumnya hanya aktif pada saat siang hari (pada saat sinar  matahari  ada).  Sehingga  untuk  keperluan malam  hari  solar  cell  tidak  dapat  digunakan.  Untuk mengatasi  hal  tersebut,  maka energi yang  dihasilkan solar cell pada  siang hari  disimpan  sebagai  energi cadangan pada saat matahari tidak tampak. Untuk menyimpan energi tersebut dipakai suatu baterai sebagai penyimpanan  muatan  energi.  Baterai  digunakan  untuk  system  pembangkit  tenaga  listrik  matahari mempunyai fungsi yang ganda. Di suatu sisi baterai berfungsi sebagai penyimpanan energi, sedang disisi lain baterai harus dapat berfungsi sebagai satu daya dengan tegangan yang konstan untuk menyuplai beban.
G. Inverter Inverter adalah alat yang mengubah arus Direct Current (DC) menjadi Alternating Current (AC) sesuai dengan  kebutuhan  peralatan  listrik  yang  digunakan.  Hal  ini  terjadi  karena  arus  yang  tersimpan  dalam battery adalah  arus  DC  sementara  arus  beban  atau  motor  pengerak  mesin  cuci  ialah  arus  AC.  Untuk menentukan besaran watt dari inverter yang digunakan biasanya ditentukan dari besarnya kebutuhan watt yang akan di-backup.

## H. Daya Listrik
Misalkan suatu potential v dikenakan ke suatu beban dan mengalirlah arus. Energi yang diberikan ke masing-masing  elektron  yang  menghasilkan  arus  listrik  sebanding  dengan  v  (beda  potensial).  Daya didefinisikan  sebagai  laju  hantaran  energi  listrik  dalam  sirkuit  listrik.  Satuan  international  daya  listrik adalah Watt yang  menyatakan  banyaknya  tenaga listrik yang mengalir per satuan waktu (joule/detik)

## Metodologi Penelitian
Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  menggunakan  tahapan  berupa  Survey,  Pembahasan Perencanaan, Pengukuran Kinerja Panel Surya, Analisa Perancangan Alat, Analisis Ekonomi PLTS.

## Gambar 3 Diagram alir metode penelitian

## Hasil dan Pembahasan
A. Data Hasil Beban Panel Surya
Berikut adalah perhitungan-perhitungan yang digunakan untuk menghitung kebutuhan dari PLTS agar  dapat  memenuhi  kebutuhan  dari  lampu  penerangan.  Dengan  menentukan  beban  pemakaian lampu 40 watt selama 10 jam, dapat dilihat pada tabel 1 beban pemakaian yang dirancang perhari.
Tabel 1 Data hasil beban pemakaian yang  dirancang perhari
Lampu sorot: 40 watt x (10 jam/hari) + 20% (beban tak terduga) = 480 WhTotal kebutuhan daya listrik sebesar 480 Watt Hour.
20%:  (karena  ada  beban  yang  tidak  terduga seperti beban inverter bebancharge controller dan rugi-rugi listrik pada kabel).
B. Hasil Perancangan
Perancangan  alat  mencakup  pekerjaan  yang  dimulai  dari  mengelas  dudukan  panel  surya,  lalu merangkai bagian-bagian alat bantu dari solar cell seperti watt meter, Solar Charger Controler, accu, inverter dan memasang kabel serta lampu penerangan sebagaibeban. Proses perancangan dapat dilihat
No. Beban Jumlah    Daya Masuk     Lama Pemakaian Energi Yang (Watt) (Jam) Dihasilkan (Wh)
1.
Lampu 2 20 10 400 2.  Asumsi Beban - 20% - 20% Tak terduga JUMLAH 480 Wh
pada gambar 4.
Gambar 4 Proses perancangan Panel Surya.

## Berikut ini  adalah  hasil dari perancangan panel surya yang dapat dilihat pada gambar 5

## Gambar 5 Hasil perancangan panel surya
C. Pengujian Panel Surya Monocrystalline 110 Wp Hasil Pengukuran  Panel  Surya  Cuaca Cerah  dan Berawan
Tabel 2 Hasil Penelitian tanggal 14-5 juni 2021
perbedaan  intensitas  radiasi  matahari  sehingga  pada  cuaca  cerah  didapatkan  hasil  yang  lebih  besar dibandingkan berawan namun efisiensi tegangan pada panel surya terhadap cuaca hanya  selisih sekitar 1,27  volt  dari  rata-rata  tegangan  yang  diperoleh.  Selanjutnya,  untuk  mengetahui perbandingan  arus terhadap waktu dapat dilihat pada gambar 7 dibawah ini.
Wak tu Cuaca Cerah
Cuaca Berawan Suh u Volt Amp er Watt Suh u Volt Amp er Watt 09.0 0 29ºC 13,4 9 5,00 67,4 28ºC 12,0
6 3.15 38,0
10.0
0 30ºC 13,3 6 5,55 74,1 28ºC 12,0 9 3,47 41,9
11.0
0 32ºC 13,6 8 5,66 77,4 29ºC 12,5 1 4,79 59,9
12.0
0 32ºC 13,7
5 6,73 92,5 3 30ºC 12,4 2 4,16 51,7
13.0
0
33ºC 13,6 1 6,12 83,2 30ºC 12,2 8 4,11 50,5
14.0
0
33ºC 13,4 6 5,94 81,3 30ºC 12,3 7 3,62 44,8
15.0
0
32ºC 13,3
1 4,24 56,6 31ºC 12,4 2 3,20 39,0 Rata -rata 31ºC 13,5
4 5,53 75,0 3 29ºC 12,2
7
3,78 46,3

## Gambar 6 Grafik hubungan arus terhadap waktu
Gambar 7 menerangkan bahwa arus yang dihasilkan oleh panel surya pada cuaca cerah lebih besar dibandingkan dengan cuaca berawan, hal ini karena pancaran iradiasi pada cuaca cerah lebih besar. Dari data hasil pengukuran yang dilakukan maka diperoleh nilai pengukuran rata-rata arus hubung panel surya pada cuaca cerah sebesar 5,53 A dan diperoleh nilai rata-rata arus hubung panel surya pada cuaca berawan sebesar  3,78  A.  Perbedaan  arus  yang  didapat  cukuplah  besar  yaitu  1,75  A,  dari  perbedaan  arus  yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa pancaran iradiasi matahari  sangat berpengaruh terhadap arus pada panel surya mengingat cuaca cerah jauh lebih  besar dibandingkan cuaca berawan.

## Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang sudah diuraikan mengenai “Rancang Bangun Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  Tipe  Monocrystalline  Dengan  Memanfaatkan  Atap  Gedung Laboratorium  Program  Studi  Teknik  Mesin  Universitas  Muhammadiyah  Pontianak”,  maka  penulis mengambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Dengan  ini  Rancang  Bangun  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  Tipe  Monocrystalline  Dengan Memanfaatkan Atap Gedung Laboratorium Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Pontianak telah berhasil diuji coba dan bekerja sesuai dengan apa yang diharapkan.
2. Hasil dari perhitungan jumlah panel serta penentuan kapasitas Solar Charger Controller, Baterai, SCC dan Inverter sesuai dengan jumlah kebutuhan beban yang sudah ditentukan dalam penelitian.
3. Hasil pengujian pada tanggal 14 juni 2021 dengan kondisi cuaca cerah dapat dilihat nilai minimum yang dihasilkan berada pada akhir penelitian di jam 15:00 dengan nilai 13.31 Volt, 4.24 Ampere dan 56.6 Watt. Sedangkan  nilai maksimal  yang dihasilkan berada  di  jam  12:00  dengan  nilai 13.75 Volt, 6.73 Ampere dan 92.5 Watt.
4. Hasil pengujian pada tanggal 5 juli 2021 dengan kondisi cuaca berawan dapat dilihat nilai minimum yang dihasilkan berada pada awal permulaan  penelitian  di  jam  9:00  dengan  nilai 12.06 Volt, 3.15
Ampere dan 38.0 Watt. Sedangkan nilai maksimal yang dihasilkan berada  di  jam  11:00  dengan  nilai 12.51 Volt, 4.79 Ampere dan 59.9 Watt.
7
6 5
Cerah 4 3 Beraw an 2 9 10 11 12 13 14 15 Waktu (jam) A ru s (A )

## Daftar Pustaka
[1] M.   Muchlis   &   Adhi   D   Permana,   2003. Proyeksi  Kebutuhan  Listrik  Pln  Tahun  2003. S.D 2020.
[2] Muhammad  Fahmi  Hakim,  2017. Perancangan  Rooftop  Off  Grid  Solar  Panel  Pada  Rumah Tinggal Sebagai Alternatif Sumber Energi Listrik.
[3] Tomi Engelbertus, 2016. Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Catu Daya Untuk Tambahan Pada Hotel Kini Pontianak.
[4] Aris Heri Andriawan & Puji Slamet, 2017. Tegangan Keluaran Solar Cell Type Monocrystalline Sebagai Dasar Pertimbangan Pembangkit Tenaga Surya.
[5] Suryana D. & Ali. M.M. 2016. Pengaruh Temperatur/SuhuTerhadap Tegangan yang Dihasilkan Panel Surya Jenis Monokristalin (Studi  Kasus:  Baristand  Industri  Surabaya). Jurnal  teknologi proses dan inovasi industri, vol. 2, no. 1.
[6] Duffie,  A  William,  William  A  Beckman,  2008. Solar Engineering Of Thermal Processes.
[7] Faslucky  Afifudin  dan  Farid  Samsu  Hananto, 2012. Optimalisasi  Tegangan  Keluaran  Dari  Solar Cell Menggunakan Lensa Pemfokus Cahaya Matahari
[8] Patel. Mukund R. 2006. Wind and Solar Power Systems Design, Analysis, and Operation . USA: Taylor & Francis Group, LLC.