ELKOMIKA: Jurnal Teknik Energi Elektrik, Teknik Telekomunikasi, & Teknik Elektronika ISSN(p): 2338-8323  | ISSN(e): 2459-9638
DOI : http://dx.doi.org/10.26760/elkomika.v9i4.888
Oktober 2021

## Perencanaan PLTS Rooftop untuk Kawasan Pabrik Teh PT Pagilaran Batang
MUHAMMAD SULTHON NOVERA REGA 1 , NAZARUDDIN
SINAGA 2 , JAKA WINDARTA 3
1 Magister Energi, Sekolah Pascasarjana, Universitas Diponegoro 2 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro 3 Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Email : sulthonnovera@students.undip.ac.id
Received 28 Mei 2021 | Revised 20 Juni 2021 | Accepted 25 Juni 2021

## ABSTRAK
Kawasan perkebunan teh PT Pagilaran Batang, Jawa Tengah memiliki nilai radiasi rata-rata 5,30 kWh/m 2 /hari sepanjang tahun 2019 dan rata-rata 4,66 kWh/m 2 /hari dalam rentang 1997-2019. Konsumsi beban listrik PT Pagilaran secara keseluruhan adalah  sebesar  2.853.919,89  kWh/tahun.  Khusus  untuk  konsumsi  beban  listrik pabrik produksi dan pengolahan adalah sebesar 657.104,90 kWh/tahun dengan sumber  listrik  konvensional  PLN.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mendesain  dan mengetahui unjuk kerja potensi energi listrik yang dapat dihasilkan PLTS rooftop menggunakan  simulasi  HelioScope  sebagai  rekomendasi  penggunaan  energi terbarukan. Dari hasil simulasi diperoleh potensi energi listrik yang dapat dihasilkan oleh PLTS rooftop adalah 629.840,80 kWh/tahun yang dapat memenuhi 95,85% kebutuhan beban listrik untuk pabrik produksi dan pengolahan teh dengan rasio kinerja sebesar 77,5%.
Kata kunci : HelioScope, Photovoltaic, PLTS Rooftop, Rasio Kinerja, Tenaga Surya

## ABSTRACT
The  tea  plantation  area  of  PT  Pagilaran  Batang,  Central  Java  has  an  average radiation  value  of  5.30  kWh/m 2 /day  throughout  2019  and  an  average  of  4.66 kWh/m 2 /day  in  the  span  of  1997-2019.  The  electrical  load  consumption  of  PT Pagilaran is 2,853,919.89 kWh/year. Specifically for the electrical load consumption in  the  tea  production  and  processing  plants  is  657,104.90  kWh/year  with conventional electricity source from PLN. This study aims to design and determine the potential solar rooftop performance assessment of electrical energy that could be generated using the HelioScope simulation as the recommendation for applying renewable energy. Based on the simulation result, the potential of electrical energy that can be generated by PLTS rooftop is 629,840.80 kWh/year which could meet 95.85% of the electrical load consumption for the tea production and processing plants with performance ratio of 77.5%.
Keywords :  HelioScope,  Photovoltaic,  Solar  Rooftop,  Performance  Ratio,  Solar Power

## 1. PENDAHULUAN
Indonesia  berada  di  zona  khatulistiwa  dengan  sinar  matahari  yang  melimpah  tiap  harinya. Potensi  sinar  matahari  yang  dapat  dimanfaatkan  untuk  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya (PLTS) di Indonesia rata-rata sebesar 4,8 kWh/m 2 /hari, atau dikenal sebagai potensi radiasi sinar  matahari (Winardi, dkk, 2019) atau  dalam  istilah  ilmiah  adalah insolation.  Potensi tenaga surya secara nasional 4,8 kWh/m 2 /hari tersebut setara dengan 207.898 MW, namun baru  dimanfaatkan  sebesar  0,05% alias  100 MW  saja (Dewan Energi Nasional, 2020) . Sumber  energi  dari matahari  menjadi salah  satu  pilihan  alternatif    karena  ketersediaannya yang  cukup  melimpah  dan  memiliki  tingkat  pencemaran  yang  lebih  rendah  daripada pembangkit  listrik  yang  bersumber  dari  energi  fosil (Yakin  &  Rajagukguk,  2020) .  Hal tersebut  yang  membuat  teknologi  sistem photovoltaic  menjadi  salah  satu  teknologi  energi terbarukan yang diminati di dunia (Hernández-Callejo, dkk, 2019) . Berdasarkan teknologi yang digunakan, PLTS terbagi menjadi dua sistem, yaitu standalone dan on-grid (Rizkasari, dkk, 2020) . Standalone di sini biasa disebut juga sebagai off-grid atau tidak terhubung ke jaringan listrik PT PLN (Persero), yang biasanya dirancang untuk memanfaatkan sinar matahari secara  mandiri  pada  daerah  yang  terisolasi,  pedalaman,  atau  pulau-pulau  yang  belum terhubung  dengan  sistem  transmisi  dan  distribusi  PLN.  Sedangkan  sistem on-grid  adalah sebaliknya, yaitu terhubung dengan jaringan listrik PLN.
Manfaat dari PLTS on-grid adalah keandalannya yang lebih tinggi dibandingkan dengan off- grid, karena terdapat dua sumber energi listrik yang dapat saling menyokong satu sama lain. PLTS on-grid yang sedang digalakkan oleh pemerintah adalah PLTS atap atau rooftop. PLTS rooftop  merupakan  salah  satu  solusi  untuk  pemanfaatan  energi  terbarukan  di  kawasan industri,  perumahan,  dan  perkantoran,  yang  dinilai  memiliki  lahan  terbatas.  Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) Republik Indonesia telah mengatur kebijakan terkait energi terbarukan yaitu Peraturan Menteri ESDM Nomor 4 Tahun 2020 tentang Pemanfaatan Sumber Energi Terbarukan Untuk Penyediaan Tenaga Listrik.  Selain itu, terdapat Peraturan Menteri  ESDM  Nomor  4 Tahun  2012  tentang  Harga  Pembelian  Tenaga  Listrik  oleh  PT  PLN (Persero) dari Pembangkit Tenaga Listrik yang menggunakan Energi Terbarukan Skala Kecil dan  Menengah  atau  Kelebihan  Tenaga  Listrik  serta  spesifik  pada  Peraturan  Menteri  ESDM Nomor 19 Tahun 2016 tentang Pembelian Tenaga Listrik dari Pembangkit Listrik Tenaga Surya oleh PT PLN (Persero) (Wijoyo & Halim, 2018) . Payung hukum dan kebijakan ini diharapkan dapat menarik calon investor maupun pelanggan untuk memasang photovoltaic, khususnya PLTS rooftop  di  gedung-gedung,  bangunan,  maupun  rumah  mereka.  Pada  tahun  2025, pemerintah menargetkan kapasitas PLTS terpasang sebesar 6,5 GW untuk mencapai target Rencana Umum Energi Nasional (RUEN) (Dewan Energi Nasional, 2020) . Artinya, manuver kebijakan yang pemerintah lakukan adalah upaya untuk mendorong penggunaan Energi Baru dan Terbarukan (EBT), khususnya di bidang energi surya.
Pemerintah  Indonesia  juga  telah  menandatangani Paris  Agreement  to  the  United  Nations Framework Convention on Climate Change (Persetujuan Paris atas Konvensi Kerangka Kerja Perserikatan Bangsa-Bangsa mengenai Perubahan Iklim) pada tanggal 22 April 2016 di New York,  Amerika Serikat (Arinaldo, dkk, 2019) .  Dengan  berpartisipasinya  Indonesia  dalam Paris  Agreement,  pemerintah  telah  berkomitmen  untuk  mengembangkan  EBT  sekaligus mengurangi tingkat emisi dari berbagai sektor. PT Pagilaran sebagai pabrik yang berkaitan erat dengan alam memiliki potensi energi surya yang melimpah, namun belum memanfaatkan potensi tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk mendesain serta mengetahui performa PLTS rooftop, seperti nilai rugi-rugi, nilai rasio kinerja, dan nilai Total Solar Resource Fraction (TSRF) akan potensi energi listrik yang dapat diproduksi menggunakan simulasi HelioScope sebagai rekomendasi penggunaan energi surya melalui teknologi PLTS rooftop di kawasan pabrik.
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi efisiensi dalam produksi energi listrik menggunakan PLTS adalah nilai radiasi matahari, temperatur sel atau modul surya, orientasi modul surya serta derajat kemiringannya, dan pengaruh bayangan atau shading yang terjadi selama waktu pengoperasian (Yakin & Rajagukguk, 2020) (Ariani & Winardi, 2014) . Besarnya daya yang dihasilkan tergantung pada nilai radiasi matahari dan nilai temperatur pada modul surya, karena  akan  mempengaruhi  besarnya  arus  dan  tegangan  yang  dihasilkan (Wicaksena  & Winardi, 2017) . Sedangkan besarnya bayangan akan mempengaruhi total radiasi yang akan diterima  oleh  modul  surya  pada  proses  pembangkitan  energi  listrik.  Pertimbangan- pertimbangan  ini  akan  digunakan  sebagai  data  masukan  simulasi  HelioScope  untuk mengetahui performa PLTS rooftop yang dirancang.

## 2. METODE
Gambar  1  menunjukkan  diagram  alir  penelitian  dengan  data  masukan  adalah  nilai  radiasi matahari dan konsumsi energi listrik pada PT Pagilaran. Lalu, dilakukan observasi lapangan untuk  mengetahui  bentuk  aktual  bangunan.  Setelah  mengetahui  bentuk  aktual  bangunan, khususnya atap pabrik, dilakukan proses simulasi desain PLTS menggunakan HelioScope dan analisis  evaluasi  perancangannya.    Dari  hasil  analisis,  selanjutnya  dilakukan  finalisasi  dan penarikan kesimpulan dari data yang telah diolah.
Observasi Lapangan
Data Radiasi Matahari dan
Konsumsi Energi Listrik PT Pagilaran Desain PLTS rooftop (Teknologi dan orientasi modul surya, inverter, ukuran string, jenis racking, serta desain aktual peletakan modul surya) Evaluasi Perancangan Finalisasi Desain dan Penarikan Kesimpulan YA TIDAK Mulai Selesai

## 2.1 Studi Pustaka
Awal penelitian dilakukan studi pustaka terkait teknologi PLTS rooftop serta pencarian data untuk  mengetahui  kebutuhan  beban  listrik  di  PT  Pagilaran  Batang,  Jawa  Tengah  serta mengetahui data cuaca dan nilai radiasi matahari rata-rata pada kawasan PT Pagilaran. Tabel 1 menunjukkan nilai radiasi matahari rata-rata pada lokasi penelitian sepanjang tahun 2019 adalah  5,30  kWh/m 2 /hari  yang  disadur  dari  laman National  Aeronautics  and  Space Administration (NASA). Sedangkan berdasarkan penelitian Aspriadi (Aspriadi, dkk, 2019) total  konsumsi  energi  listrik  eksisting  pada  kawasan  PT  Pagilaran  yang  meliputi  konsumsi pabrik,  kantor,  fasilitas  pendukung,  kawasan  agrowisata,  dan  penerangan  jalan  sebesar 2.853.919,89 kWh/tahun.  Khusus  untuk  konsumsi  energi  listrik  kawasan  pabrik  teh  adalah sebesar 657.104,90 kWh/tahun.
Tabel 1. Data Radiasi Matahari pada Kawasan PT Pagilaran Batang 2019 (NASA, 2021)
Bulan Radiasi Matahari (kWh/m 2 /hari) Januari 4,85 Februari 5,22 Maret 4,60 April 5,16 Mei 5,26 Juni 4,93 Juli 5,06 Agustus 5,53 September 6,01 Oktober 6,15 November 5,66 Desember 5,18 Rata-rata 5,30
Gambar  2  menunjukkan  peta  potensi  data  radiasi  sepanjang  1997  –  2019  di  pulau  Jawa dengan lokasi titik penelitian ditandai oleh simbol huruf “P”. Data radiasi matahari di kawasan PT Pagilaran selama 22 tahun tersebut bernilai 4,66 kWh/m 2 /hari. Ini artinya nilai rata-rata radiasi matahari pada tahun 2019 lebih tinggi daripada nilai rata-rata sepanjang 1997 – 2019, yaitu 5,30 kWh/m 2 /hari.
Gambar 2. Data Radiasi Matahari Matahari pada Kawasan PT Pagilaran Batang 1997-2019 (NASA, 2021)

## 2.2  Observasi Lokasi
Setelah mengetahui potensi data radiasi matahari pada lokasi penelitian, kemudian dilakukan observasi untuk mengetahui kondisi bangunan dan bentuk aktual rooftop. Lokasi penelitian terletak  pada latitude  -7,11126855245  dan  longitude  109,853033844,  Desa  Keteleng, Kecamatan  Blado,  Kabupaten  Batang,  Jawa  Tengah.  Akses  jalan  utama  menuju  ke  PT Pagilaran adalah sebesar 35 km dari ibukota Kabupaten Batang, 45 km dari Kota Pekalongan, dan  115  km  dari  Kota  Semarang.  Pengamatan  pada  lokasi  diperlukan  mengingat  untuk mendesain PLTS harus mempertimbangkan kondisi aktual, seperti efek shading baik dari faktor konstruksi bangunan maupun lingkungan sekitar. Efek shading ini akan berimbas pada nilai radiasi matahari yang akan diterima oleh modul surya, sehingga kinerja PLTS tidak optimal. Gambar  3  memperlihatkan  tampak  aerial  pabrik  teh  PT  Pagilaran  yang  didapatkan  melalui bantuan citra satelit GoogleMaps.
Gambar 3. Tampak Aerial Lokasi Pabrik Teh PT Pagilaran

## 2.3  Simulasi HelioScope
Simulasi pada penelitian ini dibantu oleh HelioScope. HelioScope adalah web-based simulation atau simulasi berbasis web untuk membantu para insinyur atau desainer dalam melakukan perencanaan atau mendesain PLTS (Umar, dkk, 2018) . Dalam mendesain PLTS rooftop PT Pagilaran, terd apat data masukan pada simulasi HelioScope yang harus dipenuhi. Beberapa data masukan pada HelioScope yang menjadi dasar simulasi adalah titik koordinat lokasi PLTS rooftop yang akan dipasang, pemilihan teknologi modul surya dan jenisnya, serta pemilihan jenis  inverter.  Pada  simulasi  penelitian  ini  juga  dilakukan  desain  gambar  PLTS rooftop, pemilihan ukuran string, pemilihan jenis racking dan orientasi modul surya, serta rasio DC/AC atau rasio dari kapasitas photovoltaic array terhadap kapasitas inverter terpasang yang akan berpengaruh  terhadap clipping  loss.  Peletakan  modul  surya  pada  atap  PT  Pagilaran mempertimbangkan luasan atap dan arah kedatangan matahari sehingga didapatkan jumlah modul  surya  yang  optimal  terhadap  segmentasi  luasan  atap.  Beberapa  perhitungan  di HelioScope antara lain adalah perhitungan Inverter Load Ratio, Performance Ratio, nilai Total Solar Resource Fraction, nilai kWh/kWp, serta nilai pemenuhan kebutuhan beban oleh energi listrik yang dihasilkan oleh PLTS rooftop. Sedangkan, beberapa simulasi lainnya seperti rugi-
rugi akibat pengkabelan, ketidakcocokan modul atau mismatch, rugi-rugi akibat refleksi dan efek shading didapatkan dari perkiraan sesuai datasheet yang digunakan.
Persamaan  (1)  menunjukkan  perhitungan Inverter  Load  Ratio  (ILR)  yang  ditentukan  oleh kapasitas DC yang diwakili oleh PV array terhadap kapasitas AC yang diwakili oleh inverter terpasang.
𝐼𝐿𝑅 = 𝐷𝐶 𝑁𝑎𝑚𝑒𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒 𝐴𝐶 𝑁𝑎𝑚𝑒𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒 (1)
Persamaan  (2)  menunjukkan  perhitungan Performance  Ratio  (PR)  atau  rasio  kinerja  yang merupakan persentase dari total potensi energi PV array yang dapat dikonversikan menjadi energi listrik dalam bentuk arus listrik bolak-balik.
𝑃𝑅 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑦 𝑡𝑜 𝐺𝑟𝑖𝑑 (𝑊ℎ) 𝑃𝑂𝐴 𝐼𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑐𝑒 ( 𝑊ℎ 𝑚2 ) × 𝐷𝐶 𝑁𝑎𝑚𝑒𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒 (𝑊) 𝑆𝑇𝐶 (1000 𝑊/𝑚2) (2)
Persamaan (3) menunjukkan perhitungan Total Solar Resource Fraction (TSRF), yaitu jumlah sinar  matahari  terukur  pada  suatu  area  yang  menerimanya  selama  setahun.  TSRF  juga merupakan perbandingan insolation yang ada, termasuk efek shading dan Tilt and Orientation Factor  (TOF)  terhadap  total  insolation  pada  suatu  lokasi  dengan  kemiringan  optimal  dan orientasi optimal yang membuat tidak adanya rugi-rugi bayangan. Nilai TSRF 100% sangat jarang ditemukan karena terdapat pepohonan dan faktor lainnya yang membuat bayangan. Solar Access pada perhitungan TSRF ditunjukkan oleh Persamaan (4).
𝑇𝑆𝑅𝐹 = 𝑇𝑂𝐹 𝑆𝑜𝑙𝑎𝑟 𝐴𝑐𝑐𝑒𝑠𝑠 × 100% (3) 𝑆𝑜𝑙𝑎𝑟 𝐴𝑐𝑐𝑒𝑠𝑠 = 𝑆ℎ𝑎𝑑𝑒𝑑 𝐼𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑃𝑂𝐴 𝐼𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑐𝑒 (4)
Persamaan (5) menunjukkan perhitungan nilai kWh/kWp yang merupakan total energi yang mampu dibangkitkan terhadap kapasitas DC dari PV array dalam setahun.
𝑘𝑊ℎ 𝑘𝑊𝑝 ⁄ = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑦 𝑡𝑜 𝐺𝑟𝑖𝑑 (𝑊ℎ) 𝐷𝐶 𝑁𝑎𝑚𝑒𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒 (𝑊𝑝) (5)

## 2.4  Analisis Hasil Perancangan
Dari hasil simulasi kemudian dilakukan analisis data hasil produksi energi listrik tahunan untuk selanjutnya ditarik kesimpulan. Hasil simulasi telah memuat laporan nilai-nilai efek shading, pengkabelan, efisiensi komponen, ketidakcocokan modul, serta rekomendasi untuk peletakan susunan modul panel surya dan konfigurasinya berdasarkan desain yang telah dibuat. Energi listrik  yang  dapat  dihasilkan  oleh  PLTS rooftop  selanjutnya  dikomparasi  dengan  jumlah konsumsi energi listrik tahunan pada kawasan pabrik PT Pagilaran yang bersumber dari listrik PLN, sehingga didapatkan persentase energi listrik yang mampu disuplai oleh PLTS rooftop. Selain itu, total simulasi rugi-rugi, nilai rasio kinerja, dan nilai TSRF juga disajikan sebagai data pendukung untuk memperkuat perencanaan.

## 3. HASIL SIMULASI DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Sistem PLTS Rooftop PT Pagilaran
Luas kawasan PT Pagilaran adalah 4.700 ha (Aspriadi, dkk, 2019) dengan luas kawasan pabrik tehnya adalah 17.548,31 m 2 . Dari luas area pabrik, luasan atap yang memungkinkan untuk  disimulasikan  menjadi  PLTS rooftop  adalah  sebesar  6.460,2  m 2 .  Berdasarkan  hasil observasi  lokasi,  instalasi  PLTS rooftop  ini  akan  dibagi  menjadi  enam  belas  segmentasi, dikarenakan  oleh  konstruksi  atap  bangunan  yang  tidak  seragam  atau uniform. Enam belas segmentasi atap beserta luasannya, jumlah modul terpasang tiap segmen, kapasitas terpasang tiap segmen, serta tipe mounting modul surya dan orientasinya dapat dilihat pada Tabel 2. Mounting yang digunakan adalah tipe flush mount, yaitu jenis pemasangan modul surya yang cocok  dan  biasa  digunakan  pada  atap  yang  memiliki slope  atau  tingkat  kemiringan (QuickMount PV, 2020) . Segmentasi atap pada  field segment  6 memiliki potensi luasan atap paling besar, 1.648,7 m 2 , sehingga jumlah modul terpasang pada area tersebut berjumlah paling banyak, yaitu 475 modul surya. Sedangkan field segment 15 memiliki potensi luasan atap  paling  kecil,  64,2  m 2 ,  sehingga  hanya  tujuh  modul  surya saja yang  dapat  terpasang. Untuk orientasi modul surya disesuaikan dengan bentuk atap dan arah terhadap kedatangan matahari. Dari enam belas segmentasi atap, hanya dua segmen yang orientasi modul suryanya adalah horizontal, yaitu field segment 13 dan 14.
Tabel 2. Segmentasi Atap untuk PLTS Rooftop Pabrik Teh PT Pagilaran
Segmen Luasan Atap (m 2 )  Jumlah Modul Tipe Mounting dan Orientasi Modul Field Segment 1 255,6 58 Flush Mount – Vertikal Field Segment 2 409,8 82 Flush Mount – Vertikal Field Segment 3 292,4 72 Flush Mount – Vertikal Field Segment 4 418,2 119 Flush Mount – Vertikal Field Segment 5 300,1 80 Flush Mount – Vertikal Field Segment 6 1.648,7 475 Flush Mount – Vertikal Field Segment 7 219,7 45 Flush Mount – Vertikal Field Segment 8 262,8 69 Flush Mount – Vertikal Field Segment 9 509,4 138 Flush Mount – Vertikal Field Segment 10 82,8 14 Flush Mount – Vertikal Field Segment 11 712,2 198 Flush Mount – Vertikal Field Segment 12 176,0 26 Flush Mount – Vertikal Field Segment 13 124,4 13 Flush Mount – Horizontal Field Segment 14 474,2 108 Flush Mount – Horizontal Field Segment 15 64,2 7 Flush Mount – Vertikal Field Segment 16 509,7 124 Flush Mount – Vertikal Total 6.460,2 1.628
Modul surya yang dipilih dalam desain PLTS rooftop PT Pagilaran adalah TSM-PD14 320, Trina Solar dengan spesifikasi dan karakteristik yang dapat dilihat pada Tabel 3. STC adalah standard test  condition  dan  NOCT  merupakan  nominal  operating  cell  temperature.  STC  sendiri merupakan kondisi pengujian pada irradiance 1.000 W/m 2 dan pada kondisi temperatur sel 25 o C dengan toleransi pengukuran 3%. Sedangkan NOCT merupakan kondisi pengujian pada irradiance 800 W/m 2 dengan temperatur lingkungan 20 o C dan kondisi kecepatan angin 1 m/s. Teknologi  yang  digunakan  adalah  Si-Poly  72  sel  multikristalin.  Efisiensi  modul  surya  yang diklaim oleh Trina Solar adalah 16,5%. Efisiensi ini sudah baik dibandingkan modul surya pada umumnya yang berkisar antara 10-15%. Di dalam penelitian Ilyas (Ilyas & Kasim, 2017) ,
efisiensi modul surya yang diintegrasikan dengan reflektor parabola hanya meningkat 1,039 kali daripada efisiensi referensinya saja, yang semula 10,71% menjadi 11,13%.
Tabel 3. Spesifikasi Modul Surya TSM-PD14 320 Electrical Data STC NOCT Peak Power Watts – P Max 320 Wp 237 Wp Maximum Power Voltage – V MPP 37,1 V 34,3 V Maximum Power Current – I MPP 8,63 A 6,92 A Open Circuit Voltage – V OC 45,5 V 42,1 V Short Circuit Current - I SC 9,15 A 7,39 A
Gambar  4  menunjukkan  kurva  karakteristik  tegangan  terhadap  daya  yang  dihasilkan  oleh modul TSM-PD14 320 dan Gambar 5 menunjukkan kurva karakteristik tegangan terhadap arus yang  dihasilkan  oleh modul TSM-PD14  320.  Semakin  besar  nilai irradiance matahari, daya, tegangan, dan arus listrik maksimal juga akan semakin besar.
Gambar 4. Kurva Tegangan terhadap Daya yang Dihasilkan Modul Surya TSM-PD14 320

## Gambar 5. Kurva Tegangan terhadap Arus yang Dihasilkan Modul Surya TSM-PD14 320
Inverter yang dipilih adalah SMA Sunny Tripower 24000TL-US. Spesifikasi inverter dapat dilihat pada Tabel 4. Inverter dengan manufaktur pengembang SMA memiliki produksi energi dengan tingkat efisiensi yang tinggi, fleksibilitas desain yang baik, dan memiliki tingkat kompatibilitas yang tinggi dengan beragam teknologi modul surya (Rizkasari, dkk, 2020) . Berdasarkan datasheet  kurva  efisiensi  CEC  atau  California  Energy  Commission (SMA,  2018) ,  efisiensi inverter  adalah  sebesar  98%,  dengan  efisiensi  maksimumnya  adalah  98,5%.  Nilai  nominal daya  listriknya  adalah  24  kW  dengan  arus  maksimal  sebesar  29  A  dan  nilai  tegangan  DC
masukan maksimal adalah  1 kV. Nilai harmonisa oleh inverter SMA Sunny Tripower 24000TL- US sesuai datasheet adalah sebesar 3%.
Tabel 4. Spesifikasi Inverter SMA Sunny Tripower 24000TL-US
Karakteristik Nilai AC Nominal Power Output 24 kW Maximum DC Input Voltage 1.000 V Minimum DC Voltage / Start Voltage 150 V / 188 V Maximum MPPT Voltage 800 V Minimum MPPT Voltage 150 V Maximum Output Current 29 A Harmonics < 3%

## 3.2 Hasil Simulasi HelioScope
Setelah data masukan lengkap, dilakukan simulasi menggunakan HelioScope. Yang pertama dilakukan adalah memetakan PLTS sesuai segmentasinya yang dapat dilihat pada Gambar 6. Simulasi ini dilakukan dengan mempertimbangkan kondisi aktual, sehingga dapat dilihat pada Gambar 7, tampak 3D desain PLTS rooftop beserta dengan efek shading atau efek bayangan dan orientasi modul surya yang dipilih . Pemilihan orientasi modul surya horizontal atau vertikal dilakukan dengan pertimbangan kondisi bangunan terhadap arah kedatangan matahari dan luasan  atap. Photovoltaic  array  memiliki  arus  jenis  DC,  maka  diperlukan  inverter  untuk mengubah  sumber  DC  menjadi  AC  supaya  dapat  digunakan  oleh  konsumsi  beban  listrik. Perbandingan  DC  terhadap  AC  (ILR)  yang  baik  memiliki  aturan  maksimum  perbandingan sebesar 1,25 dengan tujuan untuk meminimalkan rugi-rugi akibat oversizing photovoltaic array atau dikenal sebagai over-power clipping losses (Folsom Labs, 2016) . Rugi-rugi ini akan terjadi  apabila  perbandingan  antara  DC  terhadap  AC  memiliki  nilai  yang  tinggi.  Memang, apabila  nilai  perbandingan  DC  terhadap  AC  tinggi  tidak  akan  berpengaruh  pada  tingkat irradiance  yang  rendah (Pandey,  dkk,  2019) .  Namun,  mengingat  faktor  efisiensi  dan finansial,  nilai  ILR  akan  dipertimbangkan. Inverter  yang  digunakan  adalah  SMA  Sunny Tripower  24000TL-US  dengan  total  kapasitas  AC nameplate  sebesar  457,1  kW.  Sehingga didapatkan ILR atau perbandingan daya DC terhadap AC sebesar 1,14 dengan total inverter adalah Sembilan belas buah.

## Gambar 6. Pembagian Segmentasi Atap PT Pagilaran dengan HelioScope
Gambar 7. Tampak Pemodelan 3D Penempatan PLTS pada Pabrik Teh PT Pagilaran
Desain PLTS rooftop PT Pagilaran mampu menghasilkan kapasitas photovoltaic array sebesar 521,0 kWp dengan total 1.628 unit modul surya yang terhubung dengan jaringan PLN untuk menyuplai  kebutuhan  beban  listrik  yang  berada  dalam  area  pabrik.  Selanjutnya,  dalam menentukan  jumlah photovoltaic  string  harus  memenuhi  syarat  tegangan  pengoperasian modul surya berdasarkan datasheet, yaitu dalam rentang 150 V hingga 800 V. V MP dan V OC tidak boleh kurang atau melebihi batas minimum dan batas maksimum. String sizing dalam perancangan sistem PLTS PT Pagilaran adalah rentang 14 modul surya hingga 17 modul surya, yang berada dalam batas aman pengoperasian untuk dihubungkan ke dalam inverter. Single- Line-Diagram (SLD) sistem PLTS rooftop PT Pagilaran dapat dilihat pada Gambar 8. Pada SLD tersebut dapat terlihat proses konversi energi matahari menjadi energi listrik dimulai dari 1.628 modul surya yang kemudian terkelompok dalam beberapa string dengan ukuran string antara 14 – 17 yang masih masuk kriteria pengoperasian modul surya sesuai datasheet. Selanjutnya, tiap-tiap string terhubung dengan circuit combiner box yang merupakan tempat proteksi arus DC, hingga akhirnya terkoneksi menuju sembilan belas inverter untuk diubah menjadi listrik AC sebelum menuju beban listrik.
Gambar 8. Desain Single-Line-Diagram Sistem PLTS Rooftop PT Pagilaran
Dari Tabel 5, dapat dilihat bahwa segmen 6 memiliki kapasitas paling besar yaitu 152 kWp dan kapasitas paling kecil berada pada segmen segmen 15 dengan 2,24 kWp. Hal ini linier dengan jumlah modul surya yang terpasang.
Tabel 5. Segmentasi Atap untuk PLTS Rooftop Pabrik Teh PT Pagilaran Segmen Kapasitas Terpasang (kWp) Field Segment 1 18,6 Field Segment 2 26,2 Field Segment 3 23,0 Field Segment 4 38,1 Field Segment 5 25,6 Field Segment 6 152,0 Field Segment 7 14,4 Field Segment 8 22,1 Field Segment 9 44,1 Field Segment 10 4,48 Field Segment 11 63,4 Field Segment 12 8,32 Field Segment 13 4,16 Field Segment 14 34,6 Field Segment 15 2,24 Field Segment 16 39,7 Total 521,0
Simulasi akhir dalam HelioScope adalah hasil laporan perkiraan potensi energi listrik dalam setahun yang dapat dihasilkan oleh sistem PLTS yang dapat dilihat dalam Gambar 9, dimana bulan  Agustus  menjadi  bulan  dengan  produksi  energi  listrik  terbanyak  dan  bulan  Februari menjadi bulan dengan produksi energi listrik paling rendah.
Gambar 9. Hasil Simulasi Produksi Energi Listrik Bulanan PLTS Rooftop PT Pagilaran Grafik pada Gambar 9 dapat dirinci sebagai berikut dalam Tabel 6 GHI adalah Global Horizontal Irradiance atau jumlah total cahaya yang diterima oleh permukaan horizontal ke tanah tiap 1 m 2 , sedangkan POA adalah Plane of Array, yang merupakan kombinasi dari sinar matahari langsung, diffuse irradiance, dan iradiasi yang terpantulkan pada tanah tiap 1 m 2 . Berdasarkan Tabel 6, potensi energi listrik yang dapat dihasilkan dalam setahun adalah sebesar 629.840,80 kWh, sehingga dapat memenuhi kebutuhan beban listrik di pabrik produksi dan pengolahan teh sebesar 95,85%. Produksi energi listrik tertinggi terjadi pada bulan Agustus dengan hasil

## Perencanaan PLTS Rooftop untuk Kawasan Pabrik Teh PT Pagilaran Batang
produksi energi listrik sebesar 65.515,9 kWh dan hasil produksi energi terendah berada pada bulan  Februari  sebesar  42.276,8  kWh.  Nilai irradiance  tertinggi  juga  terjadi  pada  bulan Agustus,  sebesar  163  kWh/m 2 setelah  dikurangi  rugi-rugi  akibat  efek shading.  Selain  itu dilakukan kalkulasi terkait Total Solar Resource Fraction atau TSRF, yaitu perbandingan antara tingkat  produktivitas  dari  desain  aktual  dengan  desain  ideal  pada  lokasi  yang  ditentukan (Doyle, dkk, 2015) . Rerata TSRF pada semua segmen atap adalah 97,7% dengan asumsi POA irradiance yang optimal adalah 1.593,5 kWh/m 2 pada sudut kemiringan 16,2 o dan azimut 5 o .
Tabel 6. Hasil Simulasi Electrical Power Monthly Production PLTS Rooftop PT Pagilaran Bulan GHI (kWh/m 2 ) POA (kWh/m 2 ) Shaded (kWh/m 2 ) Nameplate (kWh) Grid (kWh) Januari 111,2 109,3 109,1 53.695,2 44.098,5 Februari 104,6 103,6 103,4 50.812,3 42.276,8 Maret 113,9 113,8 113,6 55.908,4 46.043,2 April 119,9 120,4 120,2 59.201,6 48.866,4 Mei 137,1 139,0 138,8 68.374,1 55.824,1 Juni 133,8 136,2 136,0 66.867,8 55.245,2 Juli 142,8 145,2 145,1 71.482,9 58.603,4 Agustus 161,4 163,2 163,0 80.490,8 65.515,9 September 151,0 151,1 150,9 74.518,0 60.447,5 Oktober 148,6 147,7 147,5 72.732,2 59.267,3 November 118,8 117,3 117,1 57.705,7 47.293,3 Desember 114,6 113,1 112,9 55.392,3 46.359,2 Total 1.557,7 1559,9 1557,6 767.181,3 629.840,8
Temperatur  lingkungan  selama  satu  tahun  disimulasikan  berkisar  pada  rata-rata  26,6 o C dengan menyadur data dari Weather Dataset TMY (Typical Meteorological Year) pada lokasi PT Pagilaran selama sepuluh tahun terakhir. Data tersebut sudah termasuk di dalam simulasi HelioScope. Kemudian, simulasi rerata temperatur modul surya  selama satu tahun tersebut adalah sebesar 42,5 o C. Estimasi rugi-rugi yang pada simulasi desain sistem PLTS rooftop PT Pagilaran dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Komposisi Rugi-rugi Daya pada PLTS Rooftop PT Pagilaran
Rugi-rugi  daya  terbesar  disebabkan  oleh  temperatur  operasi  modul  surya  sebesar  13%, sedangkan  rugi-rugi  terkecil  disebabkan  oleh  efek shading  yaitu  0,2%  dan  clipping  losses sebesar 0%. Rugi-rugi ini dapat diminimalkan dikarenakan penyesuaian desain PLTS rooftop dengan kondisi aktual bangunan dan lingkungan sekitar, seperti cerobong pabrik, kondisi atap, dan pepohonan. Desain ILR yang telah memenuhi standar Folsom Labs, yaitu kurang dari 1,25 menyebabkan clipping  losses  dapat  terminimalkan.  Sehingga  total  energi  listrik  yang didapatkan  melalui  PLTS rooftop  adalah  sebesar  767.181,3  kWh/tahun  yang  selanjutnya dikurangi dengan total rugi-rugi menjadi 629.840,8 kWh/tahun. Selain itu, dilakukan simulasi performance ratio atau persentase total potensi energi dari PV array yang dapat dikonversikan menjadi energi listrik AC adalah sebesar 77,5% dengan nilai kWh/kWp sebesar 1.209.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  simulasi  yang  telah  dilakukan,  estimasi  total  energi  listrik  yang  dapat dihasilkan selama satu tahun oleh PLTS rooftop PT Pagilaran adalah sebesar 629.840,8 kWh. Angka ini mampu memenuhi kebutuhan beban listrik kawasan pabrik sebesar 95,85%. Hasil simulasi irradiance dan produksi energi listrik terbesar terjadi pada bulan Agustus sebesar 163 kWh/m 2 dan  65.515,9  kWh.  Rugi-rugi  terbesar  pada  sistem  PLTS rooftop  PT  Pagilaran disebabkan  oleh  temperatur  operasi  modul  surya  sebesar  13%. Clipping  losses  dapat diminimalkan dengan menggunakan ILR sebesar 1,14. Nilai kWh/kWp atau total energi yang mampu dibangkitkan terhadap kapasitas PV array dalam setahun didapatkan sebesar 1.209. Hasil simulasi menunjukkan rasio kinerja adalah sebesar 77,5%. Nilai TSRF didapatkan 97,7% dengan asumsi POA irradiance optimal. Saran untuk penelitian lanjutan adalah peminimalan potensi total rugi-rugi, sehingga rasio kinerja menjadi lebih baik. Selain itu, dapat dilakukan penelitian lanjutan lainnya dengan mempertimbangkan analisis tekno-ekonomi sebagai bahan studi kelayakan pemasangan PLTS rooftop apabila ditinjau dari segi investasi dan finansial.

## DAFTAR RUJUKAN
Ariani, W. D., & Winardi, B. (2014). Analisis Kapasitas dan Biaya Pembangkit Listrik Tenaga Surya  (PLTS)  Komunal  Desa  Kaliwungu,  Kabupaten  Banjarnegara. Transient,  3(2),
158–165.
Arinaldo,  D.,  Mursanti,  E.,  &  Tumiwa, F.  (2019).  Implikasi  Paris  Agreement  terhadap  Masa Depan  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  (PLTU)  Batubara  di  Indonesia. IESR: Accelerating Low-Carbon Energy Transtion, 12.
Aspriadi,  F.,  Sulaiman,  M.,  &  Wilopo,  W.  (2019).  Perancangan  Energi  Pembangkit  Listrik Tenaga Mikrohidro di Kawasan Perkebunan Teh PT. Pagilaran Batang, Jawa Tengah. Jurnal Otomasi, Kontrol, dan Instrumentasi, 11, 13.
Dewan Energi Nasional. (2020). Buku Bauran Energi Nasional 2020. Sekretariat Jenderal DEN.
Doyle, C., Truitt, A., Inda, D., Lawrence, R., Lockhart, R., & Golden, M. (2015). SAPC Best Practices in PV System Installation. National Renewable Energy Laboratory (NREL), 36.
Folsom Labs. (2016). A Deep-Dive into the Top Three PV Design Optimization  Trends: SPI
Grana Design Optimization by Folsom.
Hernández-Callejo,  L.,  Gallardo-Saavedra,  S.,  &  Alonso-Gómez,  V.  (2019).  A  Review  of
Photovoltaic Systems: Design, Operation and Maintenance. Solar Energy, 188, 426– 440. https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.06.017
Ilyas, S., & Kasim, I. (2017). Peningkatan Efisiensi Pembangkit Listrik Tenaga Surya dengan Reflektor Parabola. JETri, 14, 67–80.
NASA , National Aeronautics and Space Administration. (2021, May 3). Power | Data Access Viewer. Retrieved from www.power.larc.nasa.gov/data-access-viewer
Pandey, S., Kumar, R., & Panwar, K. (2019). Calculation of Inverter Power Clipping Loss due to PV Array Oversizing. International Journal of Electrical Engineering and Technology, 10(4). https://doi.org/10.34218/IJEET.10.4.2019.005
QuickMount PV. (2020). Rail Mounting System: Installation Manual. QRail System Rev. 7.
Rizkasari, D., Wilopo, W., & Ridwan, M. K. (2020). Potensi Pemanfaatan Atap Gedung untuk PLTS di Kantor Dinas Pekerjaan Umum, Perumahan dan Energi Sumber Daya Mineral (PUP-ESDM), Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta. Journal of Approriate Technology for Community Services, 1(2), 104–112. https://doi.org/10.20885/jattec.vol1.iss2.art7
SMA. (2018). Sunny Tripower: The Ultimate Solution for Decentralized PV Plant 12000TL-US /
15000TL-US / 20000TL-US / 24000TL-US / 30000TL-US. SMA Solar Technology AG, 2. Umar, N., Bora, B., Banerjee, C., & Panwar, B. S. (2018). Comparison of Different PV Power Simulation Softwares: Case Study on Performance Analysis of 1 MW Grid-Connected PV Solar Power Plant. International Journal of Engineering Science Invention (IJESI), 7(7), 14.
Wicaksena, A. G., & Winardi, B. (2017). Analisis Pengaruh Perubahan Temperatur dan Irradiasi pada Tegangan, Arus, dan Daya Keluaran PLTS Terhubung Grid 380 V. Transient, 6(2), 202–208.
Wijoyo, Y. S., & Halim, A. F. (2018). Analisis Pemasangan Rooftop Photovoltaic System pada Sistem Elektrikal Bangunan. CITEE 2018, 6.
Winardi,  B.,  Nugroho,  A.,  &  Dolphina,  E.  (2019).  Perencanaan  Dan  Analisis  Ekonomi Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Terpusat Untuk Desa Mandiri. Jurnal Tekno, 16(2), 1–11. https://doi.org/10.33557/jtekno.v16i1.603
Yakin, K., & Rajagukguk, A. (2020). Desain Pembangkit Listrik Tenaga Surya Tipe Rooftop on Grid—Sistem  pada  Gedung  Laboratorium  Teknik  Elektro  Universitas  Riau. Jom FTEKNIK, 7, 11.