Jurnal: Elektrika Borneo (JEB)                                                                                                                                p-ISSN: 2443-0986 Vol. 9, No. 2, Oktober 2023, hlm. 44 - 48                                                                                                             e-ISSN 2685-001X

## PERANCANGAN PLTS ATAP ON-GRID RUMAH TINGGAL DI KOTA MAGELANG DENGAN KAPASITAS 0,846 kWP
Andriyatna Agung Kurniawan 1 , Ibrahim Nawawi 2 , Bagus Fatkhurrozi 3
1,2,3 Universitas Tidar, Magelang, Jawa Tengah, Indonesia
1 andriyatna@untidar.ac.id
2 ibrahim_nw@untidar.ac.id
3 bagusf@untidar.ac.id
Abstract— Rooftop Solar Power Plants (PLTS) can be used as a clean energy solution. This is in line with the government's commitment  to  achieving  net zero  emissions.  The PLTS  Roof designed in this research uses a residential roof with an effective area of 3,845m2. The installed rooftop PLTS capacity is 0.846 kWP using monocrystalline solar panels. The electrical energy that this PLTS Rooftop can produce in 1 year is 1,289.69 kWH. The initial investment value obtained is IDR 14,765,000,- with annual  maintenance  costs  of  IDR  147,650,-.  The  designed Rooftop  PLTS  has  a  payback  period  of  8  years  and  has  the potential to reduce carbon gas emissions by as much as 2.33 Kg CO2 per day..
Keywords — PLTS, solar panels, monocrystalline, emissions.
I ntisari—Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Atap dapat dijadikan sebagai salah satu solusi energi bersih.  Hal ini sejalan dengan komitmen pemerintah untuk menuju  net zero emission. PLTS Atap yang dirancang pada penelitian ini menggunakan  atap  rumah  tinggal  dengan  luasan  efektif 3,845m 2 . Kapasitas PLTS Atap yang terpasang adalah 0,846 kWP dengan menggunakan panel surya jenis monocrystalline.  Energi listrik yang mampu  dihasilkan  oleh PLTS Atap ini dalam 1 tahun adalah sebesar 1.289,69 kWH. Nilai  investasi  awal  yang  diperolah  adalah  sebesar  Rp 14.765.000,-  dengan  biaya  perawatan  pertahun  sebesar  Rp 147.650,-. PLTS Atap yang dirancang memiliki nilai payback period selama 8 tahun dan berpotensi mengurangi emisi gas karbon sebanyak 2,33 Kg CO 2 perhari.
Kata Kunci—PLTS, panel surya, monocrystalline, emisi.

## I. PENDAHULUAN
Pengembangan  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Ssurya (PLTS)  Atap  merupakan  program  strategis  bagi Kementerian  ESDM,  tidak  hanya  dari  sisi  energi,  tetapi ingin  juga  menjadi  penggerak  dari  sisi  ekonomi.  Kami sedang  menyiapkan  ekosistem  supaya  rantai  pasok  dan pemanfaatannya  terjadi  di  dalam  negeri[1].  Program tersebut  juga  didukung  dengan  posisi  Indonesia  yang berada  di  garis  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/m2  /hari [2]. Potensi tersebut setara dengan 207.898 MW [2]
PLTS  terbagi  menjadi  dua  sistem  berdasarkan teknologi  yang  digunakan,  yaitu  standalone  dan  on-grid [3].  Standalone  secara  harfiah  diartikan  dapat  berdiri sendiri  juga  bisa  disebut  off-grid  atau  tidak  tersambung pada jaringan PLN. PLTS off-grid  sering  dirancang pada
daerah yang terisolasi, pedalaman, atau pulau-pulau yang belum  dijangkau  oleh  jaringan  listrik  PLN.  Sedangkan PLTS  on-grid  adalah  sistem  PLTS  yang  tersambung dengan jaringan PLN.

## II. LANDASAN TEORI
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS)  adalah pembangkit  listrik  yang  menghasilkan  energi  listrik  dari energi  matahari  melalui  proses  fotovoltaik.  Listrik  yang dihasilkan oleh PLTS memiliki arus searah atau DC (direct current).  System  pembangkit  listrik  yang  ada  saat  ini tergolong  menjadi tiga jenis, yaitu On Grid  System , Off Grid System , dan Hybrid System [4].

## A. PLTS On-Grid
PLTS On-grid merupakan  PLTS  yang  skema rangkaiannya  tersambung  dengan  rangkaian  listrik  PLN. Sistem ini dianggap ramah lingkungan karena bebas emisi. Sistem ini juga menjadi salah satu solusi energi bersih bagi masyarakat perkotaan baik perkantoran maupun perumahan  yang  sekaligus  bertujuan  mengurangi  tagihan rekening listrik dari PLN.
Skema  rangkaian  PLTS  On-Grid  dapat  dilihat  pada Gambar 1.
Gambar 1. Skema Rangkaian PLTS On-Grid (sumber: ESDM&USAID)

## B. PLTS Off-Grid
PLTS Off-grid atau stand-alone merupakan pembangkit listrik tenaga surya yang berdiri sendiri. PLTS ini  beroperasi  secara  mandiri  tidak  terhubung  dengan jaringan  PLN.  PLTS Off-grid hanya  bisa  disuplai  oleh panel surya tanpa ada bantuan dari pembangkit listrik jenis lainnya.  Sumber  energi  PLTS Off-grid tergantung  hanya dari radiasi yang dihasilkan oleh matahari seutuhnya.
Skema  rangkaian  PLTS Off-Grid dapat  dilihat  pada Gambar2.
Gambar 2. Skema Rangkaian PLTS Off-Grid (sumber: ESDM&USAID)

## C. PLTS Atap
PLTS atap merupakan jenis pembangkit tenaga listrik yang  menggunakan  modul  fotovoltaik  yang  dipasang  di atap,  dinding  maupun  bagian  lain  dari  bangunan  yang berlangganan PLN  [5].  PLTS Atap memanfaatkan luasan atap, dinding maupun bagian lain dari  sebuah bangunan.
Sistem kerja PLTS atap dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Sistem Kerja PLTS Atap. (sumber: ESDM & USAID)
D. Faktor Pengaruh Kinerja PLTS Kinerja PLTS dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain :
1. Radiasi Besar  kecilnya  radiasi  matahari  berpengaruh terhadap  variasi  tegangan  dan  arus.  Karakteristik besarnya  variasi  tegangan  dan  arus  terhadap  nilai radiasi matahari dapat di lihat pada Gambar 4 [6].
Gambar 4. Karakteristik Variasi Radiasi Terhadap Tegangan dan Arus (Sumber:ESDM & USAID)
2. Sudut Kemiringan Panel Surya
Pengaturan  sudut  kemiringan  panel  surya  dapat memaksimalkan penerimaan radiasi matahari ke panel langsung.  Panel  surya  yang  terpasang  dikhatulistiwa
(lintang= 00) dengan posisi  mendatar (tilt angel= 00), dapat menghasilkan energi maksimum [7].

## 3. Oriantasi Panel Surya
Orientasi  array  panel  surya  terhadap  matahari penting  dilakukan,  agar  array  panel  surya  bisa maksimal menghasilkan energi. Pada lokasi pemasangan yang terletak dibelahan bumi utara maka panel  surya  sebaiknya  diorientasikan  ke  arah  selatan. Begitu sebaliknya untuk lokasi yang terletak di belahan bumi selatan maka modul surya diorientasikan ke arah utara [7].

## 4. Temperatur
Sel surya bekerja secara maksimal saat temperatur sela ada di suhu 25 0 C. kenaikan temperatur yang lebih tinggi  pada  sel  surya  akan  mempengaruhi  tegangan keluaran  (Voc)  menjadi  lemah.  Setiap  kenaikan temperatur  sel  surya  10 0 C  dari  25 0 C  berimbas  pada penurunan 0.4% dari total tenaga yang dihasilkan atau melemah  dua  kali  lipat  untuk  temperatur  sel  yang mengalami kenaikan per 10 0 C [8].
E. Komponen PLTS Atap Komponen  utama  PLTS  atap  meliputi  panel  surya, inverter,  kWh  meter  ekspor  impor,  jaringan  distribusi listrik PLN dan beban atau peralatan listrik.
1. Panel Surya
Ada  tiga  jenis  panel  surya  yang  dapat  digunakan dalam  PLTS  atap  yaitu  panel  surya  monocrystalline, pollycristalline  dan  thin  film.  Dari  ketiga  jenis  panel surya tersebut, jenis monocrystalline memiliki efisiensi yang paling baik. Pada perancangan ini akan digunakan jenis panel surya monocrystalline . 2. Inverter
Inverter  merupakan  komponen  penting  yang fungsinya  merubah  arus  searah  (DC)  hasil  dari  panel surya  menjadi  arus  bolak-balik  (AC).  Adapun  jenis- jenis  inverter  yang  dapat  digunakan  di  PLTS  atap antara  lain  inverter  mandiri  (off-Grid),  inverter On- Grid ,  inverter  baterai, microinverter ,  dan string- inverter .  Pemilihan  jenis  inverter  disesuaikan  dengan jenis instalasi PLTS yang dirancang y aitu On-Grid . 3. Beban Listrik
Beban listrik  merupakan komponen atau alat yang mengkonsumsi  energi  listrik  yang  dihasilkan  oleh PLTS  maupun  bersumber  dari  PLN.  Pada  studi  kasus rumah tinggal, beban listrik yang membutuhkan energi listrik adalah alat-alat elektronik rumah tangga.

## III. METODE PENELITIAN
Berdasar  diagram  di  atas  dapat  dituliskan  Langkah- langkah perancangan PLTS Atap sebagai berikut : Paragraf harus teratur.
A. Menghitung Luas Atap dan energi Siang Hari
B. Menghitung  Kapasitas  Optimal  sistem  dan  Daya Puncak Sistem
C. Memilih Panel Surya dan Inverter
D. Menentukan Arah Hadap dan Kemiringan Panel
E. Menghitung  Rencana  Anggaran  Biaya  dan  Biaya Perawatan
F. Menentukan Payback Period
G. Menghitung Potensi Pengurangan Emisi Gas Karbon
Gambar 5. Alur Penelitian.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Menghitung Luas Atap Dan Energi Siang Hari
Luasan atap dapat dihitung menggunakan aplikasi [5]. Lokasi  yang  digunakan  penghitungan  luas  atap  adalah salah  satu  rumah  di  Kelurahan  Keramat  Selatan, Kecamatan  Magelang  Utara,  Kota  Magelang.  Gambar  6. menunjukkan  area  penghitungan  luas    atap  yang  dapat digunakan untuk PLTS Atap.
Gambar 6. Lokasi Penghitungan Luas Atap.
Berdasar penghitungan luas atap pada aplikasi didapat luasan  47,20  m 2 .  Hasil  penghitungan  luas  atap  dapat  di lihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Hasil penghitungan luas atap.
Energi  harian  siang  yang  dihitung  adalah  jumlah konsumsi energi listrik dalam waktu siang hari dari rumah tinggal yang nantinya akan dipasang PLTS Atap.
Tabel I Beben Listrik Rata-rata Siang Hari.
N o . P era la ta n J um la h D a y a Terpa sa n g (w a tt) J a m Terpa sa n g si a n g Ha ri (ja m ) Ko ns um si D a y a (Wh)
a b c d (axbxc) 1 Mesin cuci 1 185 0,5 92,5 2 Kulkas 1 70 12 840 3 Magic Com 1 Cook 400 Warm 70 1 11 400 770 4 Kipas Angin 1 60 6 360 5 Lampu LED 2 5 12 120 6 Charger HP 1 25 3 75 TOTAL  2.657,5
Dari Tabel I dapat dihitung jumlah daya rata-rata harian siang  adalah  sebesar  2,6575  kWH  antara  06.00  –  18.00. Nilai  radiasi  matahari  dapat  dihitung  menggunakan aplikasi: https://globalsolaratlas.info.
Gambar 7. Nilai radiasi berdasar hasil penarikan data pada https://globalsolaratlas.info.
Pada Gambar 7. Dapat diambil nilai global horizontal irradiation sebesar  4,875kWH/m 2 perhari, global  tilted irradiation sebesar  4,950kWH/m 2 perhari,  dan PV-Out sebesar 3,926kWH/m 2 perhari.
B. Menghitung Kapasitas Optimal Sistem dan Daya Puncak Sistem
Kapasitas  optimal  system  PLTS  Atap  dapat  dihitung dari  data  rata-rata  energi  harian  siang  dan  nilai PV-Out yang diperoleh dari aplikasi.
Kapasitas = rata−rata Energi Harian Siang
PV Out Harian (1)
Dari persamaan di atas diperoleh nilai Kapasitas (kWp) = 676,897 Wp.
Daya puncak sistem dapat dihitung dengan persamaan:
Daya  Puncak  sistem  =  kapasitas  Optimal  + Kapasitas       Optimal x rugi-rugi sistem(%) (2)
Rugi-rugi  sistem  yang  dapat  dijadikan  acuan  hitung sebesar 15% s.d 25%. Rugi-rugi ini berasal dari akumulasi temperature loss, shading loss, inverter loss, PV tolerance dan cable  loss .  Berdasar  persamaan  (2)  dapat  diperoleh daya puncak PLTS sebesar 846,121 Wp atau setara dengan 0,846 kWp.
C. Memilih Panel Surya dan Inverter
Panel surya yang digunakan dalam perancangan adalah ICASolar  ICA100-36M  100Wp Monocrystalline dengan efisiensi 22% [9]. Luas area efektif daoat dihitung dengan persamaan:
Area(m 2 ) = Daya Puncak Sistem
Efisiensi Modul Surya
(3)
Dari persamaan (3) di atas diperoleh luas area aktif sebesar = 3,845 m 2 .
Jumlah panel surya yang dibutuhkan dapat dihitung dengan persamaan:
Jumlah Modul = Daya Puncak Sistem PLTS Atap
Daya output (kapasitas) per modul (4)
Dari persamaan di atas diperoleh jumlah panel sebanyak 8,46 buah dibulatkan menjadi 9 buah panel surya.
Besar  kapasitas  inverter  yang  digunakan  dibatasi dengan  maksimal  sebesar  daya  tersambung  PLN.  Rumah tinggal  yang  digunakan  untuk  perancangan  terpasang dengan daya PLN 900VA sehingga kapasitas Inverter yang dapat digunakan adalah maksimal 900 Watt. Inverter yang dipilih  untuk  digunakan  pada  perancangan  adalah  Solis Mini  (700-3600)-4G.  Inverter  ini  dapat  disesuaikan besaran kapasitas dari 700 Watt sampai 3.600 Watt.
D. Menentukan Arah Hadap dan Sudut Kemiringan Panel Surya Lokasi rencana pemasangan PLTS Atap ada di 7,5 0 LS yang  berarti  posisi  berada  di  Selatan  garis  Khatulistiwa dengan besaran sudut azimuth 0 0 . Derajat kemiringan atap adalah 15 0 sehingga derajat kemiringan panel surya dapat ditentukan sebesar 15 0 -7,5 0 = 7,5 0 dari atap dan menghadap ke utara.
E. Menghitung  Rencana  Anggaran  Belanja  dan  Biaya Perawatan PLTS
Rencana  Anggaran  Biaya  PLTS  Atap  dapat  dilihat  pada Tabel 2.
Tabel II
Rencana anggaran Biaya (RAB) PLTS Atap.
N o Uraian Pekerjaan Vol Satuan Harga Jumlah Harga A Komponen Utama 1  Sistem Modul Surya dan Mounting N o Uraian Pekerjaan Vol Satuan Harga Jumlah Harga Panel surya ICASolar ICA100- 36M 100Wp Monocrysta lline 5 Pcs 950.000 4.750.000 Array mounting dan support 1 Ls 1.150.000 1.150.000 2  Inverter & Controller Inverter Solis- Mini(700- 3600)-4G 1 Pcs 4.825.000 4.825.000 Combiner BOX 1 Pcs 1.395.000 1.395.000 B Komponen Pelengkap 1  Distribusi daya dan Grounding Kabel Power 12 AWG 12 m 20.000 240.000 Kabel NYA 25 m 10.000 250.000 Aksesoris 1 pax 125.000 125.000 Grounding Sistem 1 LS 350.000 350.000 2  Peralatan Kerja dan Keselamata n Kerja Helm 2 pcs 60.000 120.000 Sepatu 2 psg 345.000 690.000 Sarung Tangan 2 psg 20.000 40.000 Body Harnes 2 pcs 240.000 480.000 C Jasa Pekerjaan Tukang 2 OH 100.000 200.000 Pekerja 2 OH 75.000 150.000 TOTAL A+B+C 14.765.000
Dari perhitungan RAB diatas diperoleh Investasi Awal sebesar  RP  14.765.000,-.  Biaya  perawatan  PLTS  atap dalam  1  tahun  ditetapkan  sebesar  1%  dari  total  Investasi awal sebesar Rp 147.650,-.
F. Payback Period Penghitungan  payback  period  dilakukan  dengan menggunakan data energiproduksi PLTS atap tahunan dan Energi siang hari.
Menghitung energi siang pertahun PLTS atap
Energi Siang pertahun = Kapasitas Panel Surya x jumlah Panel x iradiasi (5)
Dari persamaan diatas diperoleh nilai energi siang pertahun sebesar 1.289,691 kWH.
Menghitung rupiah energi tahunan diperoleh dari persamaan:

## Nilai Rupiah Energi pertahun =
Energi Siang pertahun x TDL (6)
Dari  persamaan  di  atas  diperoleh  nilai  rupiah  energi pertahun sebesar Rp 1.863.216,59.
Payback period dapat dihitung dengan persamaan:
Payback Period = Nilai Investasi Awal Nilai Rupiah Daya/tahun
(7)
Dari  persamaan  di  atas  diperoleh  jangka  waktu pengembalian investasi dalam kurun waktu 7,92 tahun atau jika dibulatkan menjadi 8 tahun.
G. Potensi Pengurangan Emisi Karbon Untuk menghitung  potensi  pengurangan emisi  karbon dioksida dapat menggunakan persamaan [10]:

## Emisi  CO2 = EF x konsumsi listrik x GWP (8)
Dari persamaan di atas diperoleh potensi pengurangan emisi karbon dioksida sebesar 2,33 Kg CO 2 perhari.

## V. KESIMPULAN
Pada penelitian ini diperoleh perancangan Pembangkit Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS)  Atap On-Grid dengan kapasitas daya  0,846 kWp  pada bangunan rumah tinggal. Perancangan  PLTS  Atap  sesuai  dengan  Panduan Perencanaan  dan  Pemanfaatan  PLTS  Atap  di  Indonesia Tahun  2020  yang  dibuat  oleh  kementerian  ESDM bekerjasama dengan USAID. Kesimpulan yang diperoleh dari perancangan ini adalah sebagi berikut:
1. Kapasitas daya PLTS Atap sebesar 0,846 kWp.
2. Panel surya yang digunakan adalah ICASolar ICA100- 36M  100Wp Monocrystalline dengan  jumlah  9  buah panel.
3. Nilai investasi awal dari PLTS Atap adalah sebesar Rp 14.765.000,- dengan biaya perawatan pertahun sebesar Rp 147.650,-
4. Potensi  pengurangan  emisi  karbon  dioksida  diperoleh pada angka 2,33 Kg CO 2 perhari.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima  kasih  kami  haturkan  sebesar-besarnya  kepada Allah SWT, tim reviewer, serta kepada Bapak-Ibu Dosen
Jurusan  Teknik  Elektro  Universitas  Tidar  yang  telah memberikan dukungan atas pembuatan artikel ini.

## REFERENSI
[1] (2023)  Website  Direktorat  Jenderal  Energi  Baru, Terbarukan  dan  Konservasi  Energi  [online].  Available: https://ebtke.esdm.go.id/post/2023/01/12/3397/wujud.kom itmen.energi.bersih.industri.jababeka.gunakan.plts.atap.da n.bentuk.net.zero.forum
[2] Dewan  Energi  Nasional, Buku  Bauran  Energi  Nasional 2020. Jakarta: Dewan energi Nasional Indonesia.2020.
[3] M. K. Rizkasari, D., Wilopo, W., & Ridwan, 2020. “Potensi Pemanfaatan  Atap  Gedung  untuk  PLTS  di  Kantor  Dinas Pekerjaan  Umum,  Perumahan  dan  Energi  Sumber  Daya Mineral (PUP-ESDM), Provinsi Daerah Istimewa
Yogyakarta,”  J.  Approriate  Technol.  Community  Serv., vol. 1(2), pp. 104–112, 2019, doi: https://doi.org/10.20885/jattec.vol1.iss2.art7.
[4] Surya. 2015. Cara Kerja Panel Surya dalam Menghasilkan Listrik.Available:https://gosurya.co.id/cara-kerja- panelsurya-dalam-menghasilkan-listrik/.
[5] ESDM. 2018. Peraturan Menteri ESDM. Jakarta: Peraturan Menteri ESDM No 49 Tahun 2018.
[6] ESDM,  USAID.  Panduan  Perencanaan  dan  Pemanfaatan PLTS Atap di Indonesia. Jakarta: Kementerian ESDM,2020.
[7] M. Hanif, “Studying Power Output of PV Solar Panels at Different  Temperatures  and  Tilt  Angel,”  Khyber pakhtunkhwa Agric. Univ. Pakistan, 2012.
[8] Regen Power, Solar Photovoltaic Power System Handbook Grid Connected. 2011.
[9] “Solis-Mini(700-3600)-4G  data  sheet”.  Solis.  Ginlong. China.
[10] H.  wukandari,  “Kajian  Emisi  Co  2  Berdasarkan Penggunaan  Energi  Rumah  Tangga  Sebagai  Penyebab Pemanasan Global (Studi Kasus Perumahan Sebantengan, Gedang  Asri,  Susukan  RW  07  Kab.  Semarang),”  Pros. Semin.  Nas.  Pengelolaan  Sumberd.  Alam  dan  Lingkung. 201, pp. 434–440, 2013.