e-ISSN : 2715-5064

## Analisis Sistem Kerja Automatic Transfer Switch (ATS) Pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Terhadap Nilai Tegangan Baterai
Theresia Bornito Sitohang * , Beni Satria, Amani Darma Tarigan Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Pembangunan Panca Budi Medan Jl. Jend. Gatot Subroto Km 4,5 Sei Sikambing, Medan-20122, Sumatera Utara, Indonesia email: theresiabornito@gmail.com
Abstract The  application  of protection systems and  Automatic Transfer Switch (ATS) is important to ensure the safe operation of the power system, especially the Solar Power Plant (PLTS). So in this  study  the  authors  analysed  and  evaluated  the  impact  of  the application of the Automatic Transfer Switch (ATS) system on Solar Power  Plants  (PLTS).  By  using  a  protection  system  for  battery voltage, overvoltage and undervoltage protection and load current limitation,  to  protect  electrical  equipment  connected  to  the  Solar Electric System (PLTS). Automatic Transfer Switch (ATS) serves as a transfer medium to the PLN power source if it is detected that the availability of  electrical  power in  the PLTS  system is insufficient. The test results show that the protection system applied to the battery can protect the battery's performance in supplying electricity to the electrical load, where if it is indicated that the battery voltage has dropped to the minimum limit set (<10 volts), the protection system will automatically cut off the electricity supply from the battery and will be transferred to the electricity supply from PLN through the ATS.  If  the  battery  voltage  is  detected  to  reach  12  volts,  the Automatic  Transfer  Switch  (ATS)  will  automatically  connect  the electricity supply to the PLTS system. The protection system will also protect electrical equipment against Over Voltage, >231 Volts and Under Voltage <198 Volts. If this happens, the electricity supply to the load will automatically be cut off.
Abstrak − Penerapan  sistem  proteksi  dan  Automatic  Transfer Switch  (ATS)  penting  dilakukan  untuk  menjamin  keselamatan pengoperasian  sistem  tenaga  listrik  khususnya  Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Maka dalam penelitian ini penulis menganalisis  serta  mengevaluasi  dampak  penerapan  sistem Automatic  Transfer  Switch  (ATS)  pada  Pembangkit  Listrik Tenaga  Surya  (PLTS).  Dengan  menggunakan  Sistem  proteksi terhadap tegangan baterai, proteksi tegangan lebih dan tegangan kurang  serta  pembatasan  arus  beban,  untuk  melindungi peralatan  listrik  yang  terhubung  pada  sistem  Listrik  Tenaga Surya  (PLTS).  Automatic  Transfer  Switch  (ATS)  berfungsi sebagai media transfer ke sumber listrik PLN apabila terdeteksi ketersediaan  daya  listrik  pada  sistem  PLTS  tidak  mencukupi. Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  sistem  proteksi  yang diterapkan pada baterai dapat melindungi kinerja baterai dalam menyuplai tenaga listrik ke beban listrik, dimana bila terindikasi tegangan baterai sudah turun hingga batas minimum yang diatur (<10 volt), maka sistem proteksi akan secara otomatis memutus pasokan listrik dari baterai dan akan dialihkan ke pasokan listrik dari  PLN  melalui  ATS.  Jika  tegangan  baterai  terdeteksi mencapai  12  Volt,  maka  secara  otomatis  Automatic  Transfer Switch  (ATS)  menghubungkan  pasokan  listrik  ke sistem  PLTS. Sistem proteksi juga akan melindungi peralatan listrik terhadap Over Voltage , >231 Volt dan Under Voltage <198 Volt. Jika hal ini terjadi, otomatis pasokan listrik ke beban akan terputus.
Kata  Kunci − Penyebab  Gangguan,  Jaringan  Distribusi,  Pohon Kesalahan

## I.PENDAHULUAN
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS)  merupakan  salah satu  teknologi  pembangkit  listrik  yang  mengubah  energi matahari menjadi tenaga listrik melalui penggunaan sel surya. teknologi  ini  mempunyai  potensi  besar  dalam  penyediaan sumber listrik terutama di daerah terpencil atau sulit dijangkau oleh jaringan listrik PLN. Untuk menunjang suatu sistem PLTS diperlukan komponen-komponen pendukung yang seperti aki, dimana  aki  mempunyai  peranan  yang  penting  didalamnya menyediakan  sumber  energi  yang  dapat  digunakan  ketika kondisi sinar matahari tidak mencukupi Menghasilkan tenaga listrik langsung dari panel surya [1].
Untuk  mengamankan  sistem  PLTS,  khususnya  perlindungan baterai, diperlukan sesuatu  alat yang dapat melindungi kondisi aki,  dimana  pada  PLTS  ini  akan  dibuat  sistem Automatic Transfer  Switch (ATS)  yang  akan  bekerja  menyuplai  beban listrik berdasarkan besar tegangan baterai pada PLTS, Hal ini dibuat untuk melindungi baterai debit berlebihan atau tegangan terlalu  rendah.  Dalam  sistem  ini  apabila  terdeteksi  adanya tegangan  baterai  lebih  rendah  maka  secara  otomatis  sistem ATS  akan  bekerja  memindahkan  sistem  suplai  listrik  untuk menyuplai  beban  dari  PLTS  ke  PLN,  jika  tegangan  baterai sudah  kembali  normal  mencapai  tegangan  maksimum  maka ATS  akan  bekerja  kembali  untuk  menyuplai  beban  listrik menggunakan Sistem PLTS [2].
Terdapat penelitian-penelitian yang telah dilakukan sebelumnya,  yang  berkaitan  dengan  penelitian  ini  adalah  : penelitian  yang  membahas  tentang  perancangan  dan implementasi Automatic Transfer Switch (ATS) untuk Sistem PLTS terhubung dengan jaringan listrik, dimana penelitian ini mengkaji kemampuan ATS di dalamnya melakukan peralihan otomatis antara sumber listrik utama (PLTS) dan sumber listrik cadangan ( grid ) apabila gangguan atau kegagalan terjadi pada PLTS  [3].  Penelitian  lain  sehubungan  dengan  menganalisis berbagai  metode  koordinasi  relai  yang  digunakan  untuk mendeteksi  dan  mengisolasi  gangguan  pada  PLTS,  seperti gangguan  hubung  singkat,  gangguan  tanah,  dan  gangguan hubung singkat. Penelitian tentang perbaikan keandalan sistem PLTS yang terhubung ke jaringan listrik menggunakan ATS. Sedangkan  untuk  penelitian  sehubungan  dengan  penilaian kemampuan ATS dalam mengelola transisi antara sumber daya PLTS dan mencadangkan sumber daya secara otomatis.
*) penulis korespondensi : Theresia Bornito Sitohang Email: theresiabornito@gmail.com
e-ISSN : 2715-5064

## II. PENELITIAN YANG TERKAIT

## A. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)
PLTS merupakan pembangkit listrik yang memanfaatkan sinar matahari  melalui  sel  surya  ( fotovoltaik )  untuk  mengubah radiasi  foton  matahari  menjadi  energi  listrik  [4].  Sel  surya merupakan  lapisan  tipis  bahan  semikonduktor  silikon  (Si) murni  dan  bahan  semikonduktor  lainnya  [5].  PLTS memanfaatkan  sinar  matahari  untuk  menghasilkan  listrik  DC yang  dapat  diubah  menjadi  listrik  AC  jika  diperlukan.  PLTS tetap  bisa  menghasilkan  listrik  pada  cuaca  mendung  asalkan ada penerangan. Sistem PLTS dapat  diklasifikasikan menjadi beberapa  jenis.  Berdasarkan  aplikasi  dan  konfigurasinya, secara umum PLTS dibedakan menjadi dua, yaitu PLTS sistem yang  terkoneksi  dengan  jaringan  ( on-grid  PV  system )  dan sistem  PLTS  yang  tidak  terkoneksi  dengan  jaringan  ( off-grid PV  system )  atau  PLTS  yang  berdiri  sendiri  ( stand-alone ). sendiri).  Selain  dapat  beroperasi  secara  mandiri,  PLTS  yang berdiri sendiri ini juga dapat didukung oleh sumber daya lain seperti tenaga angin, genset, tenaga air, dan tenaga mikrohidro yang dikenal dengan sistem PLTS hybrid.
B.

## Prinsip  Kerja  Pembangkit  Listrik  Tenaga  surya (PLTS)
Saat sinar matahari menyinari panel surya, elektron pada pita valensi  akan  melompat  ke  pita  konduksi.  Jika  sel  surya dihubungkan  dengan  rangkaian  luar  maka  akan  terjadi pergerakan  elektron.  Arus  listrik  yang  dihasilkan  pada  sel surya adalah arus DC. Pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) pada umumnya dapat bekerja jika menerima cahaya foton dari matahari  dan  cahaya  foton  tersebut  diterima  oleh  sel  surya dimana  sel  surya  tersebut  dapat  mengubah  energi  foton menjadi  energi  listrik  [6].  Proses  mengubah  atau  mengubah sinar matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan penyusun  sel  surya  fotovoltaik  adalah  semikonduktor.  Sel surya tersusun dari dua lapisan semikonduktor dengan muatan berbeda.  Lapisan  atas  sel  surya  bermuatan  negatif  (n) sedangkan lapisan bawah bermuatan positif (p).

## C. Sistem Automatic Transfer Switch  (ATS)
Sistem ATS ( Automatic Transfer Switch ) merupakan alat yang berfungsi  untuk  memindahkan  hubungan  antara  sumber tegangan  listrik  satu  dengan  sumber  tegangan  listrik  lainnya secara otomatis. Atau bisa juga disebut dengan Automatic COS (Change  Over  Switch )  [7].  Berdasarkan  penjelasan  tersebut dapat  kita  asumsikan  bahwa  fungsi  utama  ATS  pada  PLTS adalah memindahkan beban dari PLTS ke PLN apabila sumber PLTS  tidak  mampu  memikul  beban  secara  otomatis,  begitu pula  sebaliknya.  Dalam  implementasinya,  ATS  berbentuk panel yang berisi komponen-komponen daya listrik.

## D. Sistem Proteksi
Gangguan  yang  terjadi  pada  sistem  tenaga  listrik  sangat beragam  besarannya  dan  jenisnya.  Gangguan  dalam  sistem tenaga listrik adalah keadaan yang tidak normal. Keadaan ini dapat  mengakibatkan  terganggunya  kontinuitas  pelayanan tenaga  listrik.  Gangguan  dalam  operasi  sistem  tenaga  listrik merupakan  kejadian  yang  dapat  menyebabkan  operasi pengaman tenaga listrik. Gangguan pada suatu  sistem tenaga listrik  atau  penyediaan  listrik  tidak  dikehendaki,  tetapi gangguan merupakan kenyataan yang tidak dapat dihindarkan. Gangguan  yang  sering  terjadi  pada  sistem  tenaga  listrik khususnya  pada  PLTS  seringnya  terjadi  drop  tegangan  pada baterai  sehingga  suplay  dari  baterai  tidak  mampu  untuk memberikan  tegangan  maksimal  kepada  inverter  sebagai
pengubah tegangan dari DC ke AC [8]. Oleh karena itu dalam penelitian  ini  sistem  ATS  akan  bekerja  jika  tegangan  pada baterai mengalami drop tegangan..

## III.METODE PENELITIAN
Dalam  menghasilkan  sistem  proteksi  pada  sistem  PLTS, metode  penelitian  yang  digunakan  adalah  metode  prototyp Tahapannya meliputi:
a. Studi literatur b. Studi lapangan dan pengumpulan data.
Tahap  selanjutnya  adalah  merancang  sistem  PLTS  yang menerapkan  sistem  proteksi,  untuk  melindungi  sistem  PLTS. Selanjutnya  adalah  tahap  manufaktur,  dimana  pada  tahap  ini dibuat  sistem  PLTS  yang  dilengkapi  dengan  sistem  proteksi dan ATS, guna mengoptimalkan kinerja sistem PLTS. Setelah sistem  PLTS  selesai  dibangun,  dilakukan  pengujian  terhadap keandalan sistem dalam hal melindungi daya baterai agar tidak terkuras  habis,  melindungi  akar  beban  listrik  dari  kerusakan, melalui pembatasan tegangan lebih dan pembatasan tegangan kurang serta penerapan ATS sehingga agar ketersediaan sistem ketenagalistrikan tetap terpenuhi.

## Gbr. 1 Diagram Alur Penelitian

## A. Perancangan Sistem PLTS
Dalam Pembuatan sistem PLTS, tahap awal adalah melakukan proses perancangan sistem PLTS yang akan diproduksi. Sistem PLTS yang akan dihasilkan dilengkapi dengan sistem proteksi baterai sehubungan dengan pemutusan baterai bila terindikasi tegangan turun, hingga nilai minimum yang ditetapkan sebesar 10,7  Volt,  dan  menyambungkan  kembali  baterai  bila  nilai tegangan sudah turun. terdeteksi pada 12,5 Volt. Sistem PLTS ini  juga  dilengkapi  dengan  proteksi  beban  listrik,  melalui pembatasan  tegangan  berlebih  dan  pembatasan  tegangan kurang.
e-ISSN : 2715-5064

## Gbr. 2 Blok Diagram Rangkaian
Berdasarkan  blok  diagram  diatas  dapat  digambarkan  prinsip kerja  sistem  PLTS  dengan  penambahan  sistem  proteksi  dan ATS.  Dimana  untuk  menghasilkan  energi  listrik  dari  sistem PLTS,  keluaran  dari  panel  surya  diinput  ke  bagian  Solar Charge  Controler (SCC)  untuk  mengisi  daya  pada  baterai, sedangkan  keluaran  dari  baterai  dihubungkan  dengan menggunakan  inverter  agar  tegangan  DC  dirubah  menjadi tegangan  AC  sehingga  output  dari  inverter  dihubungkan kepada beban listrik  yang terpasang. Pada rangkaian ini juga dilengkapi  dengan  sensor  tegangan  untuk  mendeteksi  besar tegangan  pada  baterai  serta  mendeteksi  under  voltage  serta over voltage pada sistem pembangkit listrik tenaga surya.
Gbr. 3 Rangkaian PLTS yang Dilengkapi Dengan Sistem ATS dan Proteksi

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Pengujian Daya Output Panel Surya
Untuk memperoleh data mengenai kinerja panel surya, dalam proses  menghasilkan  daya  keluaran  berdasarkan  perubahan intensitas cahaya, untuk proses pengisian baterai berkapasitas 7,2  Ah  dilakukan  pengujian  langsung  terhadap  prototype sistem PLTS. Untuk pengujian data daya keluaran panel surya dilakukan  dengan  menggunakan  alat  ukur  lux  meter  untuk mendeteksi  besarnya  intensitas  cahaya,  dan  alat  ukur  watt meter untuk mendeteksi perubahan daya keluaran panel surya. Data hasil pengujian daya keluaran panel surya disajikan pada Tabel I, dan untuk proses pengujiannya adalah sebagai berikut:

## T ABEL I P E NGUKURAN DAYA OUTPUT PANEL SURYA BERDASARKAN
INTENSITAS CAHAYA Waktu Pengukuran (Jam) Intensitas Cahaya (Lux) Tegangan (Volt) Arus (Amp) Daya (Watt) 11 : 16 11.188 18,86 1,65 30,97 11 : 46 20.857 21,77 2,85 61,89 12 : 16 8.859 16,76 1,13 18,95 12 : 46 17.254 20,71 2.1 43,03 13 : 16 12.705 19.65 1,85 36,07
Dari  hasil  pengujian  yang  dilakukan  berdasarkan  data  hasil pengujian seperti yang diperlihatkan pada Tabel terlihat bahwa besarnya  daya  yang  dihasilkan  melalui  proses  pmbangkitan listrik  dari  panel  surya,  bergantung  dari  besarnya  intensitas cahaya  yang  diterima  oleh  panel  surya.  Semakin  besar intensitas  cahaya  yang  diterima  panel  surya,  maka  semakin besar  daya  output  yang  dihasilkan  oleh  panel  surya.  Adapun daya outputnya berhubungan dengan besarnya tegangan output dan besarnya arus pengisian baterai.

## B. Pengujian  Sistem  Proteksi  Baterai  Untuk  Proses Discharge
Dari  hasil  pengujian  yang  dilakukan  sistem  proteksi  baterai mendeteksi  kapasitas  tegangan  baterai,  dimana  tegangan baterai  terdeteksi  pada  nilai  12,9  Volt  sehingga  Rlay  aktif Untuk mendistribusikan pasokan listrik  ke beban dari  baterai melalui  inverter.  Hal  ini  terjadi  karena  baterai  diisi  melalui panel surya yang decontrol oleh solar charger controller. Jika tegangan  baterai  terdeteksi  turun  hingga  nilai  tegangan  <10 Volt  maka  relay  yang  bekerja  sebagai  sistem  proteksi  akan secara  otomatis  memutus  (disconnect)  aliran  suplai  listrik  ke beban  listrik.sehingga  beban  listrik  disuplay  kembali  oleh PLN,  Jika  nilai  tegangan  pada  baterai  terdeteksi  sudah mencapai  12  Volt  maka  secara  otomatis  sistem  ATS  akan bekerja  memindahkan  aliran  listrik  dari  PLN  kembali  ke Sistem PLTS
Dalam rangkaian yang dirancang Sistem PLTS juga dilengkapi dengan  sistem  proteksi  beban  listrik,  dimana  sistem  proteksi tersebut  berkaitan  dengan  proteksi  Under  Voltage  serta  Over Voltage.  Setting  yang  diatur  untuk  memutuskan  sistem kelistrikan  untuk  Over  Voltage  adalah  >231  Volt  dan  <198 Volt  untuk  proteksi  Under  Voltage.  Apabila  terdeteksi  nilai tegangan keluaran baik dari sistem PLTS maupun sumber PLN berada di  atas 231 Volt atau di bawah 198 Volt, maka Relay proteksi  akan  secara  otomatis  memutus  sumber  listrik  untuk melindungi beban listrik yang terpasang. Relay proteksi akan menyambungkan kembali sumber listrik ke beban listrik ketika mendeteksi nilai tegangan normal (<231 Volt dan >198 Volt), dengan durasi yang diatur 5 detik untuk menstabilkan tegangan sumber.

## C. Pengujian Sistem Automatic Transfer Switch (ATS)
Melalui  penerapan  sistem  Automatic  Transfer  Switch  (ATS) diharapkan  penggunaan  energi  listrik  dapat  lebih  efisien, dimana  pengoperasian  sistem  Pembangkit  Listrik  Tenaga Surya  (PLTS)  diasumsikan  selama  8  jam  (11.00  sd  19.00), dengan asumsi beban listrik sebesar 450 watt, dan beban listrik keseluruhan  sebesar  1200  watt,  sehingga  energi  listrik  yang dibebankan  oleh  sistem  PLTS  dapat  ditentukan  sebagai berikut:
Besarnya energi listrik (Wh) PLTS = 450 watt x 8 Jam = 3.600 Wh = 3.6 kWh
e-ISSN : 2715-5064
Adapun efisiensi daya listrik sebesar:
% daya listrik =  (Besarnya  daya  listrik  PLTS/Daya  listrik keseluruhan)x100%
= (450/1200) x 100%
= 37,5%
Jika  beban  listrik  rumah  tangga  untuk  Golongan  Tarif  R-1 dengan daya 1.300 VA sebesar Rp. 1.444,70, maka besarnya penghematan pembayaran listrik sebesar:
Pembayaran  listrik  =  Tarif  R-1  dengan  daya  1.300  VA  x Besarnya energi listrik (Wh) = Rp. 1.444,70 x 3.600 Wh = Rp. 5.200,92
Maka  dalam  sehari  terjadi  penghematan  pembayaran  listrik sebesar Rp. 5.200,92

## V.KESIMPULAN
Dari  hasil  pengujian  terhadap  sistem  PLTS  yang  dilengkapi dengan  sistem  proteksi  dan  sistem  ATS,  maka  dapat disimpulkan sebagai berikut:
a. Sistem  proteksi  yang  diterapkan  pada  sistem  Pembangkit Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS)  dapat  melindungi  kinerja baterai  dalam  menyuplai  tenaga  listrik  ke  beban  listrik, sehingga daya baterai tidak terkuras seluruhnya.
b. Sistem proteksi yang digunakan dalam Sistem PLTS untuk menghinghindari  terjadinya  Over  Voltage  >231  Volt  dan Under Voltage <198 Volt
c. Ketika  tegangan  baterai  terdeteksi  turun  hingga  batas minimum yang ditetapkan (<10 Volt), maka sistem proteksi akan  secara  otomatis  memutus  pasokan  listrik  dari  PLTS dan memindahkan beban listrik kepada PLN, Jika tegangan pada baterai terdeteksi 12 Volt maka secara otomatis relay akan bekerja memindahkan beban listrik dari PLN kembali ke PLTS
d. Dari  hasil  pengujian  yang  telah  dilakukan  pada  sistem Automatic  Transfer  Switch  (ATS)  dapat  bekerja  sesuai dengan yang diharapkan sehingga  Ketika ATS mendeteksi adanya listrik pada sumber utama, maka sistem akan secara otomatis  mengarahkan  pasokan  listrik  ke  beban  dari sumber  PLTS.  Ketika  terdeteksi  tidak  ada  listrik  pada sumber utama ATS, maka sistem ATS akan secara otomatis memindahkan pasokan listrik ke beban dari sumber listrik PLN.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] S.  W.  Widyanto,  S.  Wisnugroho,  and  M.  Agus, “Pemanfaatan  Tenaga  Angin  Sebagai  Pelapis  Energi  Surya  pada Pembangkit  Listrik  Tenaga  Hibrid  di  Pulau  Wangi-Wangi,” Pros. Semnastek , 2018.
[2] B.  Sugito,  “Implementasi  Gerbang  Sterilisasi  Otomatis
Menggunakan  Solar  Cell  Sebagai  Catu  Daya  Cadangan  Di  Pt. Pertamina Ep Asset 1 Rantau Fieldberbasis Mikrokontroler”.
[3] D. Ramschie, A. A. S. Ramschie, L. Wenas, and R. Katuuk, “Implementasi  Sistem  Proteksi  Dan  Automatic  Transfer  Switch (ATS)  Pada  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS),” J.  Elektr. , vol. 2, no. 1, pp. 16–26, 2023.
[4] W.  V.  SIMANJUNTAK,  “STUDI  ANALISIS  PANEL
SURYA  PADA  ROOFTOP  GEDUNG-I  DAN  GEDUNG-L UNIVERSITAS HKBP NOMMENSEN,” 2022.
[5] P. Gunoto and S. Sofyan, “Perancangan Pembangkit Listrik
Tenaga Surya 100 Wp Untuk Penerangan Lampu Di Ruang Selasar Fakultas Teknik Universitas Riau Kepulauan,” Sigma Tek. , vol. 3, no. 2, pp. 96–106, 2020.
[6] S.  Sukmajati  and  M.  Hafidz,  “Perancangan  dan  analisis
pembangkit  listrik  tenaga  surya  kapasitas  10  MW  on  grid  di Yogyakarta,” Energi & Kelistrikan , vol. 7, no. 1, pp. 49–63, 2015.
[7] R.  Kurniawan,  “RANCANG  BANGUN  AUTOMATIC TRANSFER  SWITCH  (ATS)  PADA  GARDU  HUBUNG  20  KV BERBASIS  SISTEM  KONTROL  SCADA  (SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION),” J. ICTEE , vol. 4, no. 1, pp. 33–42, 2023.
[8]
R.  Afiansyah,  “Pemeliharaan  Sistem  Jaringan  Distribusi Saluran Udara Tegangan Menengah 20 Kv,” 2022.
[9] I.  Irawati,  S.  Sunardi,  and  A.  Nurwanto,  “RANCANG
BANGUN  PEMBANGKIT  LISTRIK  TENAGA  SURYA  (PLTS) DENGAN  SISTEM  KONTROL  AUTOMATIC  TRANSFER SWITCH (ATS) DAN OPTIMALISASI KAPASITAS BATERAI,” JEIS  J.  Elektro  dan  Inform.  Swadharma ,  vol.  3,  no.  1,  pp.  22–30, 2023 .