7

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 State Of The Art Review On The Application Of Solar Power System

Perencanaan Sistem Hybrid Solar Cell Sebagai Catu Daya Instalasi

Pengolah Air Limbah Kawasan Pemecutan Kaja Denpasar, dilakukan oleh I

Wayan Renata (Renata, 2011). Penelitian ini menganalisis perencanaan

pembangkitan sistem hybrid Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan PLN sebagai

catu daya pompa limbah pada Instalasi Pengolah Air Limbah (IPAL) dan

menghitung biaya perencanaan serta kajian investasi sistem dengan metode

deskriftif. Dari hasil analisis yang dilakukan, beban harian yang harus disuplai

oleh sistem hybrid Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan PLN adalah sebesar 30

kWh. Berpatokan pada beban harian tersebut, maka komponen penyusun sistem

PLTS yang diperlukan yaitu 40 unit panel surya SW220 mono, 34 unit baterai

UB-8D sealed AGM 250 Ah, 6 unit charge controller Xantrex C60, dan 2 unit

hybrid inverter XW4024-230-50. Biaya investasi sistem adalah sebesar Rp

595.538.744,00 dan kajian investasi dengan menggunakan metode Benefit Cost

Ratio untuk periode waktu selama 25 tahun menunjukkan hasil - 0,4.

Studi Pemanfaatan PLTS Hybrid Dengan PLN Di Vila Adleson Ubud

dilakukan oleh I Nengah Jati (Jati, 2011). Penelitian ini meneliti mengenai unjuk

kerja PLTS di vila Adleson yang berkapasitas 1,56 kwp yang hybrid dengan PLN.

Rata-rata energi yang dihasilkan adalah 3,37 kWh/hari atau 1.230 kWh/tahun.

Total energi yang dimanfaatkan oleh beban pada sistem hybrid PLTS dengan PLN

8

sebanyak 70 persen dari PLTS dan 30 persen dari PLN. Energi yang dihasilkan

oleh PLTS sangat tergantung terhadap cuaca dan tidak terpengaruh oleh profil

beban. Pengembalian investasi dalam penelitian ini terjadi di tahun ke 25. Energi

yang dihasilkan per tahun yaitu 1.230 kWh/tahun dan nilai investasi awal Rp

276.156.500 sehingga diperoleh harga energi listrik Rp 26.650 per kWh. Harga

energi listrik dari PLTS yang tinggi disebabkan nilai investasi awal yang tinggi

dan energi yang dihasilkan tidak maksimal.

Studi Komparatif 2 Model Pembangkit Listrik Sistem Hybrid PLTS Dan

PLN/Genset dilakukan oleh Indra Jaya Mansyur (Mansyur, 2012). Penelitian ini

meneliti konfigurasi bentuk sistem hybrid model seri dan model paralel. Kinerja

dari kedua model pada prinsipnya memiliki keandalan yang sama dalam

mempertahankan kontinuitas suplai daya ke beban, namun dari kesederhanaan

sistem peralatan, model seri lebih sederhana dari model paralel. Jika dilihat dari

kesiapan PLTS dalam menyuplai daya ke beban, maka model parallel jauh lebih

baik dibanding model seri. Ditinjau dari sisi investasi maka model paralel jauh

lebih mahal dibanding model seri.

Configuration Hybrid Solar System (PV), Wind Turbine, And Diesel

dilakukan oleh Yogianto. A (Yogianto, 2012). Penelitian ini menunjukan

penggunaan energi terbarukan dalam pembangkitan energi listrik mulai

dikembangkan dan terus ditambah kapasitasnya dengan cara diparalel dengan

diesel atau pemabngkit konvensional yang ada. Kombinasi tenaga surya atau

photovoltaik ( PV ) dan diesel generator hybrid adalah yang paling banyak

dipasang. Kombinasi lainnya adalah dengan turbin angin yang relatif terbatas di

9

beberapa lokasi. Konfigurasi kombinasi yang tidak tepat akan menyebabkan

sistem operasi menjadi tidak optimal.

Studi Pemanfaatan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Sebagai Catu Daya

Tambahan Pada Industri Perhotelan Di Nusa Lembongan Bali dilakukan oleh I

Dewa Ayu Sri Santiari (Santiari, 2011). Penelitian ini menunjukan sistem PLTS

yang akan dikembangkan untuk mensuplai energi listrik hotel yang direncanakan

sebesar 30 persen, adalah sistem PLTS yang hybrid dengan suplai listrik PLN.

Besar daya PLTS yang akan dibangkitkan untuk menyuplai energi listrik hotel

yang direncanakan tersebut adalah 21,6 kWp, yang dihasilkan dari modul surya

sebanyak 144 modul dengan kapasitas satu modul surya adalah 150Wp. Alternatif

strategi dari analisis SWOT menunjukkan bahwa penetapan regulasi dari

pemerintah sangat berperan dalam pemanfaatan PLTS sebagai catu daya

tambahan, layak untuk dikembangkan pada industri perhotelan di Nusa

Lembongan khususnya pada hotel Bali Hai Tide Huts.

Perancangan Photovoltaic Stand Alone Sebagai Catu Daya Pada Base

Transceiver Station Telekomunikasi Di Pulau Nusa Penida dilakukan oleh I Putu

Eka Indrawan (Indrawan, 2013). Penelitian ini menunjukan besarnya daya PV

yang dibangkitkan untuk mensuplai energi listrik di BTS adalah 17 kWp, yang

dihasilkan dari modul PV sebanyak 84 modul dengan kapasitas modul PV adalah

200 Wp dan kapasitas baterai yang akan digunakan adalah 7.100 Ah dengan total

baterai 30. Analisis kelayakan investasi PV tanpa baterai dan PV dengan baterai

yang dilakukan dengan menggunakan NPV, PI dan DPP menunjukkan hasil

bahwa investasi PV layak untuk dilaksanakan. Untuk nilai NPV dan PI didapatkan

10

kedua hasil investasi (> 0). Sedangkan untuk DPP didapatkan kedua hasil

investasi dihasilkan lebih kecil dari periode umur proyek yang sudah ditetapkan,

yaitu selama 25 tahun.

Kajian Pemanfaatan Stand Alone Photovoltaic System Untuk Penerangan

Jalan Umum Di Pulau Nusa Penida dilakukan oleh I Wayan Yudi Martha Wiguna

(Wiguna, 2012). Penelitian ini menunjukan analisa teknis dan biaya untuk

mengetahui kelayakan Sistem PJU-TS tersebut. Pada analisa teknis dilakukan

pengukuran output tegangan dan arus dari PV Panel ke Charger Controller, dari

Charger Controller ke baterai dan ke beban. Analisa teknis menghasilkan bahwa

penyebab kerusakan baterai karena kapasitas pembangkitan tidak sebanding

dengan kebutuhan kapasitas beban PJU-TS. Dengan kapasitas baterai yang kecil

akan menyebabkan kerusakan pada baterai. Selain itu karena usia baterai yang

sudah lama. Analisa biaya dilakukan dengan 3 skenario dengan tingkat IRR yang

ingin dicapai sebesar 10, 11, dan 12 %. Dihasilkan harga jual yang pantas untuk

energi listrik PJU-TS Nusa Penida berkisar antara Rp 29.194,00 s/d Rp 31.585,00

per kWh.

Pembangkit Listrik Tenaga Surya Skala Rumah Tangga Urban Dan

Ketersediaannya Di Indonesia dilakukan oleh Nyoman S. Kumara (Kumara,

2010). Penelitian ini memaparkan perkembangan pembangkitan listrik tenaga

surya nasional. Bahwa untuk meningkatkan kontribusi listrik surya dalam bauran

energi nasional perlu dilakukan upaya-upaya untuk memperluas penggunaan

pembangkit listrik tenaga surya di masyarakat khususnya masyarakat urban dan

tetap menjalankan program program kelistrikan wilayah terpencil dengan SHS.

11

Salah satu kendala lambatnya kemajuan PLTS adalah panel surya yang

merupakan komponen utama dari PLTS masih diimpor. Sementara komponen-

komponen PLTS yang lain sudah tersedia secara luas di Indonesia.

2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) adalah pembangkit yang

mengkonversikan energi foton dari surya menjadi energi listrik. Konversi ini

terjadi pada panel surya yang terdiri dari sel-sel photovoltaik. Sel-sel ini terdiri

dari lapisan-lapisan tipis dari silikon (Si) murni dan bahan semi konduktor

lainnnya (Kadir, 2010).

PLTS memanfaatkan energi surya langsung untuk menghasilkan listrik DC

(Direct Current), yang kemudian dapat diubah menjadi listrik AC (Alternative

Current) apabila diperlukan, dengan bantuan inverter. PLTS pada umumnya

merupakan pembangkit daya listrik yang dapat dirancang untuk memenuhi

kebutuhan listrik dari yang berskala kecil sampai dengan yang besar, baik secara

mandiri ataupun Grid Connected system seperti terlihat pada Gambar 2.1

12

Gambar 2.1 PLTS Stand Alone dan Grid Connected system Sumber: www.slideshare.net, 2010

2.2.1 Sel Surya

Sel surya atau fotovoltaik dapat berupa alat semikonduktor penghantar

aliran listrik yang dapat secara langsung mengubah energi surya menjadi bentuk

tenaga listrik secara efisien. Efek fotovoltaik ini ditemukan oleh Becquerel pada

tahun 1839, dimana Becquerel mendeteksi adanya tegangan foto ketika sinar

matahari mengenai elektroda pada larutan elektrolit. Alat ini digunakan secara

individual sebagai alat pendeteksi cahaya pada kamera maupun digabung seri

maupun paralel untuk memperoleh suatu harga tegangan listrik yang dikehendaki

sebagai pusat penghasil tenaga listrik dengan bahan dasar silicon (Hery, 2012).

13

2.2.2 Prinsip Kerja Sel Surya

Prinsip kerja sel surya silikon adalah berdasarkan konsep semikonduktor

p-n junction. Sel terdiri dari lapisan semikonduktor doping-n dan doping-p yang

membentuk p-n junction, lapisan antirefleksi, dan substrat logam sebagai tempat

mengalirnya arus dari lapisan tipe-n (elektron)dan tipe-p (hole) (Hery, 2012).

Semikonduktor tipe-n didapat dengan mendoping silikon dengan unsur

dari golongan V sehingga terdapat kelebihan elektron valensi dibanding atom

sekitar. Pada sisi lain semikonduktor tipe-p didapat dengan doping oleh golongan

III sehingga elektron valensinya defisit satu dibanding atom sekitar. Ketika dua

tipe material tersebut mengalami kontak maka kelebihan elektron dari tipe-n

berdifusi pada tipe-p. Sehingga area doping-n akan bermuatan positif sedangkan

area doping-p akan bermuatan negatif. Medan elektrik yang terjadi pada keduanya

mendorong elektron kembali ke daerah-n dan hole ke daerah-p. Pada proses ini

telah terbentuk p-n junction. Dengan menambahkan kontak logam pada area p dan

n maka telah terbentuk dioda.

Gambar 2.2. Cara kerja sel surya silicon Sumber : Hery, 2012

14

Ketika junction disinari, photon yang mempunyai energi sama atau lebih besar

dari lebar pita energi material tersebut akan menyebabkan eksitasi elektron dari

pita valensi ke pita konduksi dan akan meninggalkan hole pada pita valensi.

Elektron dan hold ini dapat bergerak dalam material sehingga manghasilkan

pasangan elektron-hole. Apabila ditempatkan hambatan pada terminal sel surya,

maka elektron dari area-n akan kembali ke area-p sehingga menyebabkan

perbedaan potensial dan arus akan mengalir. Skema cara kerja sel surya dapat

dilihat dari gambar 2.2.

2.2.3 Karakteristik Sel Surya

Total pengeluaran listrik (wattage) dari sel surya adalah sebanding dengan

tegangan operasi dikalikan dengan arus operasi. Sel surya dapat menghasilkan

arus dan tegangan yang berbeda-beda. Hal ini tentu berbeda dengan baterai yang

menghasilkan arus dari tegangan yang relatif konstan (Nugraha, 2013).

Tegangan dan arus keluaran yang dihasilkan ketika sel surya memperoleh

cahaya matahari merupakan suatu karakteristik yang dapat disajikan dalam bentuk

kurva I- V, seperti pada Gambar 2.3. Kurva ini menunjukan bahwa pada saat arus

dan tegangan berada pada titik kerja maksimal (Maximum Power Point), maka

akan menghasilkan daya keluaran maksimum (PMPP). Dimana tegangan di MPP

(VMPP), lebih kecil dari tegangan rangkaian terbuka (VOC) dan arus saat MPP

(IMPP), lebih rendah dari arus short circuit (ISC) (Nugraha. A, 2013).

1. Short Circuit Current (ISC) : Terjadi pada suatu titik dimana

tegangannya adalah nol, sehingga pada

saat ini daya keluaran adalah nol.

15

2. Open Circuit Voltage (VOC) : Terjadi pada suatu titik dimana arusnya

adalah nol, sehingga pada saat ini daya

keluaran adalah nol.

3. Maximum Power Point (MPP) : Adalah titik daya output maksimum yang

sering dinyatakan sebagai “knee” dari

kurva I – V.

Gambar 2.3. Kurva I – V Sumber: Hery, 2012

Faktor dari pengoperasian Sel Surya agar didapatkan nilai yang maksimum sangat

tergantung beberapa faktor yaitu (Jatmiko, 2011):

1. Temperatur

Suatu panel surya dapat beroperasi secara maksimum jika temperatur yang

diterimanya tetap normal, yaitu pada temperatur 25oC. Kenaikan temperatur

lebih tinggi dari temperatur normal pada panel surya akan melemahkan

tegangan (VOC) yang dihasilkan. Setiap kenaikan temperatur panel surya 1oC

(dari 25oC), akan mengakibatkan besarnya daya yang dihasilkan berkurang

0,5%. Pengaruh temperatur terhadap panel surya dapat dilihat pada Gambar

2.4.

16

Gambar 2.4 Pengaruh Temperatur Terhadap Panel Surya Sumber: Nugraha, 2013

2. Intensitas cahaya matahari

Gambar 2.5 Pengaruh Intensitas Radiasi Terhadap Panel Surya Sumber: Nugraha, 2013

Pada Gambar 2.5, dapat dilihat hubungan antara intensitas cahaya matahari

terhadap tegangan yang dihasilkan panel surya. Intensitas cahaya matahari

akan berpengaruh pada daya keluaran panel surya. Semakin rendah intensitas

cahaya yang diterima oleh panel surya maka arus (ISC) akan semakin rendah.

Hal ini membuat Maxsimum Power Point berada pada titik yang semakin

rendah.

17

3. Orientasi panel surya

Orientasi dari rangkaian panel surya terhadap matahari merupakan suatu hal

yang penting, agar panel surya dapat menghasilkan energi maksimum. Untuk

lokasi yang terletak di belahan Bumi Utara maka panel surya diorientasikan ke

Selatan, begitu juga sebaliknya, untuk lokasi yang terletak di belahan Bumi

bagisan Selatan maka panel surya diorientasikan ke Utara.

4. Sudut kemiringan panel surya

Sudut kemiringan memiliki dampak yang besar terhadap radiasi matahari di

permukaan panel surya. Untuk sudut kemiringan tetap, daya maksimum selama

satu tahun akan didapatkan ketika sudut kemiringan panel surya sama dengan

lintang lokasi. Misalnya panel surya yang terpasang di khatulistiwa (lintang 0o)

yang diletakan mendatar (tilt angle 0o), akan menghasilkan energi maksimum.

Pengaruh sudut kemiringan terhadap panel surya dapat dilihat pada Gambar

2.6.

Gambar 2.6 Pengaruh Sudut Kemiringan Terhadap Panel Surya Sumber: Nugraha, 2013

18

5. Kecepatan angin bertiup

Kecepatan angin bertiup disekitar lokasi panel surya akan sangat membantu

terhadap pendinginan temperatur permukaan sel surya sehingga temperatur

dapat terjaga dikisaran 25oC.

6. Keadaan atmosfer bumi

Keadaan atmosfer bumi, seperti: berawan, mendung, berdebu, berasap, beruap,

kabut dan polusi, akan sangat menentukan hasil maksimum arus listrik dari sel

surya.

2.2.4 Komponen-komponen Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Sistem pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) mempunyai bebera

komponen diantaranya adalah Solar module (module photovoltaics), Baterai,

Change Controller (Regulator), Inverter, Kabel Instalasi (Hasan, 2012).

1. Solar module (module photovoltaics)

Seperti yang sudah dibahas diatas sel surya atau sel photovoltaic merupakan

suatu alat yang dapat mangubah energi radiasi matahari secara langsung

menjadi energi listrik. Pada dasarnya sel tersebut berjenis diode yang tersusun

atas P-N junction. Sel surya photovoltaic yang dibuat dari bahan semi

konduktor yang diproses sedemikian rupa, yang dapat menghasilkan listrik

arus searah (DC). Dalam penggunaannya, sel-sel surya itu dihubungkan satu

sama lain, sejajar atau seri, tergantung dari penggunaannya, guna

menghasilkan daya dengan kombinasi tegangan dan arus yang dikehendaki.

Pada umumnya solar module tidak membutuhkan pemeliharan

yang rutin seperti genset. Genset umumnya diharuskan untuk dihidupkan satu

19

kali seminggu, pemeriksaan oli, pemeriksaan batere, dll. Pemeliharaan solar

module:

1. Dibersihkan berkala untuk tidak mengurangi penyerapan intensitas

matahari.

2. Mengatur letak dari solar module supaya mendapatkan sinar matahari

langsung dan tidak terhalangi objek (pohon, jemuran, bangunan, dll)

Gambar 2.7. Modul sel surya (modul photovoltaics) Sumber : http://kualatungka.olx.co.id/ PLTS ramah lingkungan

2. Baterai

Baterai adalah alat yang menyimpan daya yang dihasilkan oleh panel surya

yang tidak segera digunakan oleh beban. Daya yang disimpan dapat

digunakan saat periode radiasi matahari rendah atau pada malam hari.

Komponen baterai kadang-kadang dinamakan akumulator (accumulator).

Baterai menyimpan listrik dalam bentuk daya kimia. Baterai yang paling

biasa digunakan dalam aplikasi surya adalah baterai yang bebas pemeliharaan

20

bertimbal asam (maintenance-free lead-acid batteries), yang juga dinamakan

baterai recombinant atau VRLA (klep pengatur asam timbal atau valve

regulated lead acid).

Baterai memenuhi dua tujuan penting dalam sistem fotovoltaik,

yaitu untuk memberikan daya listrik kepada sistem ketika daya tidak

disediakan oleh array panel-panel surya, dan untuk menyimpan kelebihan

daya yang ditimbulkan oleh panel-panel setiap kali daya itu melebihi beban.

Baterai tersebut mengalami proses siklis menyimpan dan mengeluarkan,

tergantung pada ada atau tidak adanya sinar matahari. Selama waktu adanya

matahari, array panel menghasilkan daya listrik. Daya yang tidak digunakan

dengan segera dipergunakan untuk mengisi baterai. Selama waktu tidak

adanya matahari, permintaan daya listrik disediakan oleh baterai, yang oleh

karena itu akan mengeluarkannya.

Gambar 2.8. Baterai dan elemen-elemennya Sumber : Hasan, 2012.

3. Change Controller (Regulator)

Charge Controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk

mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan diambil dari baterai ke beban.

21

Solar charge controller mengatur overcharging (kelebihan pengisian - karena

batere sudah 'penuh') dan kelebihan voltase dari solar module. Kelebihan

voltase dan pengisian akan mengurangi umur baterai. Charge controller

menerapkan teknologi Pulse width modulation (PWM) untuk mengatur fungsi

pengisian baterai dan pembebasan arus dari baterai ke beban. Solar module

12 Volt umumnya memiliki tegangan output 16 - 21 Volt. Jadi tanpa solar

charge controller, baterai akan rusak oleh over-charging dan ketidakstabilan

tegangan. Baterai umumnya di-charge pada tegangan 14 - 14.7 Volt.

Gambar 2.9 Contoh regulator baterai yang ada di pasaran Sumber : Hasan, 2012.

Beberapa fungsi detail dari solar charge controller adalah sebagai berikut:

1. Mengatur Mengatur arus untuk pengisian ke baterai, menghindari

overcharging, dan overvoltage.

2. Arus yang dibebaskan/ diambil dari baterai agar baterai tidak 'full

discharge', dan overloading.

3. Monitoring temperatur baterai

22

Untuk membeli solar charge controller yang harus diperhatikan adalah:

1. Voltage 12 Volt DC / 24 Volt DC

2. Kemampuan (dalam arus searah) dari controller. Misalnya 5 Ampere, 6

Ampere, 10 Ampere, dsb.

3. Full charge dan low voltage cut

4. Inverter

Inverter adalah perangkat elektrik yang digunakan untuk mengubah

arus listrik searah (DC) menjadi arus listrik bolak balik (AC). Inverter

mengkonversi DC dari perangkat seperti baterai, panel surya/ solar cell

menjadi AC. Penggunaan inverter dari dalam Pembangkit Listrik Tenaga

Surya (PLTS) adalah untuk perangkat yang menggunakan AC

(AlternatingCurrent).

Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan inverter:

1. Kapasitas beban dalam Watt, usahakan memilih inverter yang beban

kerjanya mendekati dengan beban yang hendak kita gunakan agar

effisiensi kerjanya maksimal

2. Input DC 12 Volt atau 24 Volt

3. Sinewave ataupun square wave outuput AC

23

Gambar 2.10. Inverter Sumber : Hasan, 2012.

5. Kabel Instalasi

Kabel yang digunakan untuk instalasi PV adalah kabel khusus yang

dapat mengurangi loss (kehilangan) daya, pemanasan pada kabel, dan

kerusakan pada perangkat. Spesifikasi kabel yang cocok dapat mengurangi

loss.

2.3 Data Insolasi Matahari di Bali

Tabel 2.1 adalah data radiasi matahari untuk wilayah Bali selama periode

2008 sampai dengan 2012.

24

Tabel 2.1 Data Insolasi Matahari di Bali (kWh/m2/day)

Bulan 2008 2009 2010 2011 2012

Januari 5,57 5,29 5,39 4,90 4,48

Februari 5,04 5,10 5,82 5,16 5,39

Maret 4,99 5,74 5,85 5,17 4,81

April 5,52 5,48 4,90 4,82 5,77

Mei 4,97 4,9 4,35 4,78 4,69

Juni 4,90 5,1 4,48 4,89 4,93

Juli 5,07 4,83 4,71 5,11 4,70

Agustus 5,09 5,71 5,43 5,59 5,54

September 6,22 5,85 5,46 6,23 6,26

Oktober 6,23 6,29 5,50 6,30 6,70

November 5,41 6,68 5,82 5,50 6,31

Desember 5,02 5,88 4,48 4,97 5,19

Rata-rata 5,34 5,57 5,18 5,29 5,40

Sumber: Nasa, 2012.

Pada dasarnya insolasi matahari adalah radiasi rata-rata matahari terhadap

permukaan bumi yang terintegrasi terhadap waktu. Sehingga dapat dinyatakan

bahwa isolasi matahari adalah jumlah energi matahari yang diterima pada suatu

lokasi tertentu, yang biasanya dinyatakan dalam satuan kilowatthours per meter

persegi per hari (kWh/m2/day).

2.4 Daya dan Efesiensi Solar Cell

Sebelum mengetahui berapa nilai daya sesaat yang dihasilkan kita harus

mengetahui daya yang dihasilkan (daya output), daya tersebut adalah perkalian

antara intensitas radiasi matahari yang diterima dengan luas area PV module

dengan persamaan sebagai berikut (Anditha, 2012):

Daya yang dapat diperoleh dari konversi sinar matahari secara umum

dirumus kan sebagai berikut:

𝑃𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 = I x A (watt) ………………………………………………. ( 2.1 )

25

dengan:

I = intensitas radiasi matahari (kWh/𝑚2/day)

A= luas permukaan PV module (𝑚2)

Daya keluaran yang dikeluarkan sel fotovoltaik dengan rumus :

𝑃𝑜𝑢𝑡 = I x A x 𝜂 (watt) ..…………………………………….………. ( 2.2 )

dengan :

𝜂 = efisiensi sel fotovoltaik (%)

Besarnya energi radiasi matahari yang dapat diserap oleh sel fotovoltaik :

𝐸𝑠𝑒𝑙 = 𝑃𝑜𝑢𝑡 x t (watt/hour) …..………………………………………. ( 2.3 )

dengan :

𝑃𝑜𝑢𝑡 = daya keluaran sel fotovoltaik (watt)

t = lamanya penyinaran efektif rata-rata matahari yang mengenai

permukaan

Efesiensi yang terjadi pada sel fotovoltaik adalah merupakan perbandingan

dari daya output yang dapat dibandingkan oleh sel surya dengan daya yang

diperoleh dari konversi sinar matahari sebagai daya input, dapat ditentukan

dengan :

𝜂 = 𝑃𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡

𝐼.𝐴 ……………………………………………. ( 2.4 )

𝜂 = 𝑃𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 ..……………………….………….………. ( 2.5 )

dengan :

𝑃𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢 𝑡 = daya output sel fotovoltaik (watt)

𝑃𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 = daya yang diperoleh dari konveri radiasi sinar matahari (watt)

26

Daya listrik produksi PLTS didapatkan dari hasil perhitungan antara

tegangan (Vdc) dan arus (Idc) hasil pengukuran pada PLTS. Perhitungan daya

listrik dapat dilihat pada Rumus 2.6 (Nugraha, 2013).

P = Vdc x Idc .................................................................................... (2.6)

Dimana:

P = Daya listrik yang dihasilkan PLTS (Watt)

Vdc = Tegangan keluaran PLTS pada saat pengukuran (V)

Idc = Arus keluaran PLTS pada saat pengukuran (Ampere)

Hasil energi listrik yang dihasilkan PLTS didapatkan dari hasil perhitungan

dengan mencari luasan di bawah grafik, seperti terlihat pada Gambar 3.1.

Persamaan untuk perhitungan energi listrik berdasarkan luasan di bawah grafik

dapat dilihat pada Rumus 3.3 (Nugraha, 2013).

y

xo a b

y = f(x)

Gambar 2.11 Luas di Bawah Kurva Sumber: Nugraha, 2013

A = dxy a

b ..................................................................................... (2.7)

Dimana:

A = Luasan di bawah grafik (Wh)

27

Hasil energi listrik yang dihasilkan PLTS selanjutnya digunakan untuk

menghitung persentase energi listrik PLTS terhadap kebutuhan energi listrik

dengan menggunakan rumus:

Energi Listrik (%) = 100%x IPALListrik Energi

PLTSListrik Energi........... (2.8)

Dimana:

Energi Listrik PLTS = Energi listrik yang dihasilkan PLTS (Wh)

Energi Listrik IPAL = Energi listrik yang diperlukan IPAL (Wh)

2.5 Manajemen Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Para ahli telah banyak mengemukakan pendapatnya mengenai definisi atau

pengertian manajemen. Beberapa diantaranya merumuskan manajemen sebagai

berikut (Halim.M, 1987):

1. Stoner & Walken: manajemen adalah proses merencanakan,

mengorganiosasikan, memimpin, mengendalikan usaha-usaha anggota

organisasi dan proses penggunaan sumber daya organisasi untuk mencapai

tujuan-tujuan organisasi yang sudah ditetapkan.

2. Terry: manajemen adalah proses tertentu yang terdiri dari kegiaatan

merencanakan, mengorganisasikan, menggerakkan sumber daya manusia

dan sumberdaya lain untuk mencapai tujuan yang telah ditetapkan.

Banyak definisi atau pengertian yang diberikan oleh para ahli mengenai

manajemen, namun dari sekian banyak definisi tersebut dapat dikatakan bahwa

permasalahan manajemen berkaitan dengan usaha untuk memelihara kerjasama

28

sekelompok orang dalam satu kesatuan serta usaha memanfaatkan sumber daya

yang lain untuk mencapai tujuan-tujuan tertentu yang telah ditetapkan

sebelumnya.

2.5.1 Manajemen Pengelolaan PLTS

Manajemen pengelolaan PLTS melalui partisipasi masyarakat merupakan

salah satu upaya untuk memberdayakan potensi masyarakat dalam merencanakan

pembangunan yang berkaitan dengan potensi sumber daya lokal berdasarkan

kajian musyawarah yaitu peningkatan aspirasi berupa keinginan dan kebutuhan

nyata yang ada dalam masyarakat, peningkatan motivasi dan peran-serta

kelompok masyarakat dalam proses pembangunan, dan peningkatan rasa-memiliki

pada kelompok masyarakat terhadap program kegiatan yang telah disusun.

Adapun metode perencanaan partisipatif dalam pembangunan masyarakat yang

terdiri dari beberapa metode yaitu (Saharia. 2003):

a. Metode Participatory Rural Appraisal (PRA)

b. Metode Kaji-Tindak Partisipatif (KTP)

c. Metode Participatory Research Development (PRD)

d. Metode Rapid Rural Appraisal (RRA)

e. Metode Participatory Action Research (PAR)

f. Metode Pemahaman Partisipatif Kondisi Pedesaan (PPKP)

g. Metode Participatory Learning Methods (PLM)

h. Metode Metodologi Participatory Assessment (MPA)

Pada prinsipnya semua metode mempunyai tujuan yang sama dalam manajemen

pengelolaan guna memajukan suatu organisasi. Salah satu metode yang dapat

29

digunakan untuk pembentukan lembaga pengelola pembangkit energi terbarukan

adalah Participatory Action Research (PAR)(Sampeallo, 2006).

Metode ini lebih menekankan pada partisipasi komunitas dalam

menyelesaikan suatu masalah dengan berdasarkan pada kondisi sosial setempat.

Dalam metode PAR ada empat langkah yang harus diterapkan dalam

menyelesaikan suatu masalah, yaitu :

1. Identifikasi masalah (Problem Identification)

2. Pengumpulan informasi (Information Collection)

3. Aksi (Action)

4. Evaluasi (Evaluation)

Diagram metode PAR ditunjukan pada gamabar 2.12.

Gambar 2.12. Diagram metode PAR Sumber : Sampeallo, 2006

Dalam menjalankan manajemen pengelolaan tentunya tidak dapat dilakukan oleh

satu orang, dimana hal tersebut harus dilakukan oleh dua atau lebih orang.

Sekelompok orang atau masyarakat yang berkerja bersama-sama untuk mencapai

tujuan bersama disebut organisasi. Dalam hal ini dapat disimpulkan untuk

menjalankan suatu manajemen diperlukan suatu organisasi.

30

Berdasarkan strukturnya, bentuk organisasi dapat dibedakan sebagai

berikut (Halim.M, 1987):

1. Organisasi garis: organisasi garis merupakan bentuk organisasi tertua dan

paling sederhana. Organisasi dengan jumlah karyawan sedikit dan pemiliknya

merupakan pimpinan tertinggi di dalam organisasi yang mempunyai

hubungan langsung dengan bawahannya. Bagian-bagian utama dalam

organisasi ini langsung berada dibawah seorang pemimpin serta pemberi

wewenang dan tanggung jawab bergerak vertikal kebawah dengan

pendelegasian yang tegas.

Kebaikan-kebaikan organisasi garis adalah:

a. Bentuk organisasi sederhana sehingga mudah dipahami dan dilaksanakan

b. Pembagian tugas serta tanggung jawab dan kekuasaan cukup jelas

c. Adanya kesatuan dalam perintah dan pelaksanaan perintah sehingga

mempermudah pemeliharaan disiplin dan tanggung jawab

d. Pengambilan keputusan dapat dilaksanakan secara cepat karena

komunikasi cukup mudah

Sedangkan kekurangan-kekurangannya adalah:

a. Bentuk organisasi ini tidak fleksibel

b. Kemungkinan pemimpin untuk bertindak otokratis besar

c. Ketergantungan pada seseorang cukup besar sehingga mudah terjadi

kekacauan bila seseorang dalam garis organisasi “hilang”

Bentuk struktur organisasi garis dapat ditunjukan pada gambar 2.13.

31

Gambar 2.13. Struktur organisasi garis Sumber : Halim.M, 1987

2. Organisasi garis dan staf: dalam organisasi ini ada dua kelompok orang-orang

yang berpengaruh dalam menjalankan organisasi ini yaitu orang yang

melaksanakan tugas pokok organisasi dalam rangka pencapaian tujuan yang

digambarkan dengan garis atau lini dan orang yang melakukan tugasnya

berdasarkan keahlian yang dimilikinya, orang ini berfungsi hanya untuk

memberikan saran-saran kepada unit operasional. Orang-orang tersebut

disebut staf.

Kebaikan-kebaikan organisasi garis dan staf adalah:

a. Adanya pembagian tugas yang jelas antara orang yang melaksanakan

tugas pokok dan penunjang

b. Keputusan yang diambil biasanya sudah dipertimbangkan dengan matang

oleh segenap orang yang terdapat dalam organisasi.

c. Adanya kemampuan dan bakat yang berbeda-beda dari anggota

organisasi memungkinkan dikembangkannya spesialisasi keahlian

32

d. Adanya ahli-ahli dalam staf akan menghasilkan mutupekerjaan yang

lebih baik

e. Disiplin para anggota tinggi kerena tugas yang dilaksanakan oleh

seseorang sesuai dengan bakat keahlian, pendidikan dan pengalamannya

Sedangkan kekurangan organisasi ini adalah:

a. Bagi para pelaksana operasional perbedaan antara perintah dan saran

tidak selalu jelas

b. Saran serta nasihat dari staf mungkin kurang tepat atau sulit

dilaksanakan, karena kurang adanya tanggung jawab terhadap pekerjaan

c. Pejabat garis cenderung untuk mengabaikan gagasan dari staf sehingga

gagasan tersebut dapat tidak berguna

d. Timbulnya kekacauan bila tugas-tugas tidak dirumuskan dengan jelas

Bentuk struktur organisasi garis dan staf ditunjukan pada gambar 2.14.

Gambar 2.14. Struktur organisasi garis dan staf Sumber : Halim.M, 1987

3. Organisasi fungsional: organisai ini merupakan suatu organisasi yang

mendasarkan pembagian tugasnya serta kegiatannya pada spesialisasi yang

dimiliki oleh pejabat-pejabatnya. Dalam organisasi ini seorang bawahan dapat

33

menerima baberapa instruksi dari beberapa pejabat serta harus

mempertangguangjawabkannya pada masing-masing pejabat yang

bersangkutan.

Kebaikan-kebaikan organisasi fungsional adalah:

a. Adanya spesialisasi menyebabkan perencanaan tugas dapat dilakukan

dengan baik

b. Spesialisasi karyawan dapat dilakukan secara maksimal

c. Koordinasi antara orang-orang dalam satu fungsi mudah dilaksankan atau

dijalankan

d. Pekerjaan mental dapat dipisahkan dari pekerjaan fisik

Sedangkan kekurangan-kekurangan organisasi fungsional adalah:

a. Tanggung jawab terbagi-bag, sehingga jika terjadi suatu masalah tidak

jelas siapa yang harus bertanggungjawab penuh

b. Ditinjau dari segi karyawan,banyak atasan akan membingungkan

c. Terjadinya saling meningkatkan fungsi masing-masing

menyebabkankoordinasi yang bersifat menyeluruh susah dijalankan

d. Pertukaran pekerjaan susah dilakukan karena anggota organisasi terlalu

menspesialisasikandiri dalam satu bidang keahliannya.

Bentuk struktur organisasi fungsional ditunjukan pada gambar 2.15.

34

Gambar 2.15. Struktur organisasi fungsional Sumber : Halim.M, 1987

4. Organisasi Komite/Panitia: organisasi komite adalah suatu badan yang terdiri

dari sekumpulan orang yang diberi kekuasaan tertentu dan dengan berunding

mereka dapat membuat keputusan bersama-sama. Dengan adanya komite,

diharapkan akan dapat menghilangkan iri hati atau pertentangan diantara

anggota kelompok dan dapat dihindari hambatan-hambatan yang timpil akibat

adanya perintah-perintah yang simpang siur antara pimpinan yang setingkat.

Komite dapat dibagi atas empat macam yaitu:

a. Komite yang mempunyai kekuasaan penuh untuk bertindak (biasanya

terdapat pada tingkatan institusional)

b. Komite yang tidak mempunyai kekuasaan, tetapi mempunyai hak untuk

menolak (hak veto)

c. Komite penasehat

d. Komite pendidikan yang merupakan kelompok diskusi

35

2.5.2 Manajemen Perawatan PLTS

Perawatan/pemeliharaan adalah suatu kombinasi dari berbagai tindakan

yang dilakukan untuk menjaga suatu peralatan dalam kondisi siap pakai atau

memperbaikinya sampai kondisi yang bisa diterima (Rimpung, 2007).

Secara umum manajemen perawatan dapat dibagi menjadi 2 (dua) jenis

manajemen perawatan yaitu:

a. Perawatan darurat (Emergency Maintenance)

Kegitan perawatan harus segera dilakukan setelah terjadi kegagalan fungsi

atau kerusakan yang mendadak.

b. Perawatan terncana (Plened Maintenance)

Kegiatan perawatan yang diatur dengan baik, dilaksanakan dengan

prapemikiran, pencatatan dan dikendalikan, biasanya berdasarkan “time

base” ataupun “condition base”. Berdasarkan jenis manajemen

perawatannya, perawatan terencana terdiri dari beberapa jenis perawatan

yaitu:

a. Perawatan pencegahan (Preventif Maintenance): perawatan yang

dilakukan untuk menghindari gagalnya kemapuan plant atau mesin

(under achievement).

b. Perawatan korektif (Correctif Maintenance): perawatan yang

dilakukan untuk mengembalikan fungsi plant atau mesin pada standar

yang diperlukan.

36

c. Perawatan sambil bekerja (Running Maintenance): perawatan yang

dilakukan sambil plant atau mesin tersebut tetap bekerja atau

beroperasi.

d. Perawatan berhenti kerja (Shot Down Maintenance): perawatan yang

dilakukan pada waktu plant atau mesin berhenti bekerja.

e. Perawatan bongkar (Break Down Maintenance): perawatan yang

dilakukan setelah plantatau mesin gagal berfungsi sesuai dengan

standar tetapi telah direncanakan terlebih dahulu.

Manajemen perawatan yang dapat dilakukan pada komponen-komponen

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) adalah sebagai berikut (PT.SEI, 2012):

1. Perawatan Modul Surya

Agar performa modul surya dapat bekerja secara optimal, manajemen

perawatan yang dapat dilakukan ialah:

a. Membersihkan permukaan modul surya menggunakan kain yang

dibasahi dengan air atau juga dapat menggunakan spon yang halus

dan ringan untuk membersihkan mosul surya dari kotoran dan

debu.

b. Memeriksa koneksi elektrik dan mekanik modul surya minimal 6

bulan sekali untuk memastikan kebersihan, keamanandan tidak

rusak.

c. Memastikan orang melakukan perwatan atau perbaikan adalah

orang yang ahli dibidangnya apabila terjadi kerusakan sistem.

37

2. Perawatan Change Controller

Perawatan Change Controller dilakukan dengan melakukan pembersihan

peratan secara berkala dan mengecek korosi peralatan karena akan

menghambat pendinganan peralatan

3. Perawatan Inverter

Perawatan yang dapat dilakukan untuk mengoptimalkan kerja inverter

adalah:

a. Melakukan pemindahan data yang tersimpan pada inverter setiap 1

(satu) bulan sekali

b. Melakukan perawatan umum setiap 6 (enam) bulan yang terdiri

dari memeriksa visual setiap kerusakan, pemeriksaan suara

abnormal, dan pemeriksaan setiap parameter dari operasi inverter

c. Melakukan perawatan koneksi setiap 6 bulan yang terdiri dari

pemeriksaan apakah ada kabel yang longgar dan melakukan

pemeriksaan apakah ada kabel yang terluka terutama yang kontak

langsung dengan logam.

d. Melakukan perawatan pada kipas inverter dengan melakukan

pembersihan kipas pada inverter setiap 1 tahun sekali, mengecek

suara abnormal dari kipas dan melakukan penggantian apabila

diperlukan.

e. Melakukan perawatan terhadap pengaman inverter yaitu LCD stop

dan emergency stop dengan melakukan pengecekan setiap 1 tahun.

38

4. Perawatan Tranformator

Untuk PLTS terinterkoneksi jaringan dilakukan perawatan berkala pada

transformator yang terdiri dari:

a. Pemeliharaan Berkala Satu Tahun

Dalam pemeliharaan berkala satu tahun dilakukan pemeriksaan

luar dengan memeriksa sambungan konduktor pada terminal-

terminal pentanahan dan jangan sampai ada rembesan bocoran

minyak, dilajutkan dengan melakukan Pengukuran tingkat isolasi

minyak (tegangan tembus) dan dilanjutkan dengan Bersihkanlah

isolator ternrinal dengan kain pembersih yang kering, tergantung

dari keadaan debu, kalau dalam keadaan masih basah

pergunakanlah trichorethylene.

b. Pemeliharaan Berkala Empat Tahun

Pemeliharaan berkala empat tahun sama dengan pemeliharaan tiap

tahun namun ditambah dengan pengukuran kadar asam minyak

yang dilakukan dalam laboratorium kimia dan pengecatan yang

dapat dilakukan pada bagian-bagian yang luntur atau pengecatan

kembali secara total.

2.6 Aspek Ekonomi Terhadap PLTS

Pembangkit listrik tenaga surya dan pembangkit listrik umumnya

mempunyai 3 lingkup besar pertimbangan aspek ekonomi,yaitu: (i) biaya investasi

39

awal; (ii) biaya operasional; (iii) biaya perawatan pembangkit. Sifat ekonomis

sebuah sistem pembangkit listrik dapat dilihat dari harga jual listrik untuk setiap

kWh (Jati, 2011).

2.6.1 Biaya Siklus Hidup (Life Cycle Cost)

Biaya siklus hidup suatu sistem adalah semua biaya yang dikeluarkan oleh

suatu sistem, selama kehidupannya. Pada sistem PLTS, biaya siklus hidup (LCC)

ditentukan oleh nilai sekarang dari biaya total sistem PLTS yang terdiri dari biaya

investasi awal, biaya jangka panjang untuk pemeliharaan dan operasional serta

biaya penggantian baterai (Foster, 2010; Santiari, 2011). Biaya siklus hidup

(LCC) diperhitungkan dengan rumus sebagai berikut :

LCC = C + MPW + RPW ............................................................................... (2.9)

Dimana :

LCC = Biaya siklus hidup (Life Cycle Cost).

C = Biaya investasi awal adalah biaya awal yang dikeluarkan untuk

pembelian komponen-komponen PLTS, biaya instalasi dan biaya

lainnya misalnya biaya untuk rak penyangga.

MPW = Biaya nilai sekarang untuk total biaya pemeliharaan selama n tahun

atau selama umur proyek.

RPW = Biaya nilai sekarang untuk biaya penggantian yang harus

dikeluarkan selama umur proyek. Contohnya adalah biaya untuk

penggantian baterai.

40

Nilai sekarang biaya tahunan yang akan dikeluarkan beberapa waktu

mendatang (selama umur proyek) dengan jumlah pengeluaran yang tetap, dihitung

dengan rumus sebagai berikut:

𝑃 = 𝐴 1+𝑖 𝑛−1

𝑖 1+𝑖 𝑛 ............................................................................................. (2.10)

Dimana :

P = Nilai sekarang biaya tahunan selama umur proyek.

A = Biaya tahunan.

i = Tingkat diskonto.

n = Umur proyek.

Biaya pemeliharaan dan operasional per tahun untuk PLTS umumnya

diperhitungkan sebesar 1-2% dari total biaya investasi awal (Lazou dan

Papatsor, 2000; Abdel-Gani, 2008; Santiari, 2011).

2.6.2 Biaya Energi PLTS

Biaya energi merupakan perbandingan antara biaya total per tahun dari

sistem dengan energi yang dihasilkannya selama periode yang sama (Jati, 2011).

Biaya energi mencakup dua jenis biaya, yaitu:

1. Biaya tetap, yang terdiri dari biaya komponen-komponen dan instalasi.

2. Biaya variabel, yang terdiri dari biaya operasi dan pemeliharaan.

Dilihat dari sisi ekonomi, biaya energi PLTS berbeda dengan biaya energi untuk

pembangkit konvensional. Hal ini karena biaya energi PLTS, dipengaruhi oleh

biaya-biaya seperti:

1. Biaya awal (biaya modal) yang tinggi.

2. Biaya pemeliharaan dan operasional rendah.

41

3. Biaya penggantian rendah (terutama hanya untuk baterai).

Perumusan biaya energi adalah sebagai berikut(Foster, 2010; Santiari, 2011):

𝐶𝑂𝐸 = 𝐿𝐶𝐶𝑥 𝐶𝑅𝐹

𝐴𝐾𝑊𝐻 ........................................................................................... (2.11)

Dimana :

COE = Cost of Energi / Biaya Energi ( $/kWh).

LCC = Biaya siklus hidup (Life Cycle Cost).

CRF = Faktor pemulihan modal, berdasarkan pada discount rate (i).

Dimana: 𝐶𝑅𝐹 =𝑖 1+𝑖 𝑛

1+𝑖 𝑛−1 , dengan n adalah periode (umur) proyek.

AKWH = Energi yang dibangkitkan tahunan (kWh/year).

2.6.3 Waktu Pengembalian Investasi ( Payback period)

Payback Period adalah periode lamanya waktu yang dibutuhkan untuk

mengembalikan nilai investasi melalui penerimaan-penerimaan yang dihasilkan

oleh proyek (investasi). Sedangkan Discounted Payback Period adalah periode

pengembalian yang didiskonkan. Discounted Payback Period (DPP) dapat dicari

dengan menghitung berapa tahun kas bersih nilai sekarang (NPV) kumulatif akan

sama dengan investasi awal. DPP dirumuskan sebagai berikut (Ardalan. K, 2012):

𝐷𝑃𝑃 = 𝑌𝑒𝑎𝑟 𝑏𝑒𝑓𝑜𝑟𝑒 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑣𝑒𝑟𝑦 + 𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑚𝑒𝑛𝑡 𝐶𝑜𝑠𝑡

𝑁𝑃𝑉 𝐾𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑓 ....................................... (2.12)

Dimana :

Year before recovery = Jumlah tahun sebelum tahun pengembalian final

Investment Cost = Biaya investasi awal.

NPV Kumulatif = Jumlah kas bersih nilai sekarang per tahun

42

𝑁𝑃𝑉 = 𝑁𝐶𝐹𝑡

(1+𝑖)𝑡𝑛𝑡=1 − 𝐼𝐼 ............................................................................... (2.13)

Dimana :

NCFt = Net Cash Flow periode tahun ke-1 sampai tahun ke-n.

II = Initial Investment ( Investasi awal).

i = Discount factor.

n = Umur investasi.

Semakin pendek payback period dari periode yang disyaratkan perusahaan maka

proyek investasi tersebut makin bagus dan dapat diterima.