Jurnal: Elektrika Borneo (JEB) Vol.
No.
Oktober 2025, hlm.
p-ISSN: 2443-0986
EVALUASI TEKNIS SISTEM FOTOVOLTAIK HIBRIDA OFF-GRID
UNTUK SUBSTITUSI DAYA PEMAKAIAN SENDIRI PADA INSTALASI
WTP PLTU MALINAU
Muhammad Arif 1.
Eri Prabowo 2.
Muh.
Firdan Nurdin 3 Institut Teknologi PLN.
Jakarta.
Indonesia Universitas Borneo Tarakan.
Tarakan.
Indonesia 1m_arif2310039@itpln.
prabowo@itpln.
3firdan@borneo.
pencahayaan, yang secara kumulatif dapat menyumbang antara 7% hingga 10% dari total energi yang dihasilkan.
Pada fasilitas yang beroperasi di wilayah terpencil atau yang sudah berusia lama, proporsi ini bahkan dapat lebih tinggi .
Salah satu contoh nyata terdapat di PLTU Malinau.
Kalimantan Utara, di mana instalasi pengolahan air (WTP) diketahui mengonsumsi hampir 12% dari total pemakaian sendiri, terutama disebabkan oleh operasi pompa dan siklus sistem yang berjalan secara kontinu.
Kondisi ini menjadi tantangan dalam efisiensi energi, khususnya di wilayah yang tidak terhubung langsung dengan jaringan utama atau bergantung pada pembangkit berbahan bakar diesel yang boros dan beremisi tinggi .
, .
Sebagai solusi, penelitian ini mengusulkan penerapan sistem fotovoltaik mandiri yang dilengkapi penyimpanan baterai lithium-ion sebagai sumber energi terbarukan untuk menyuplai daya secara independen ke sistem WTP.
Tujuan utama penelitian ini adalah mengevaluasi performa teknis sistem PV-baterai dalam kondisi iklim tropis lembap melalui simulasi berbasis perangkat lunak PVsyst, serta menilai potensi pengurangan konsumsi energi berbasis Studi-studi sebelumnya telah menunjukkan bahwa sistem hibrida PV-baterai mampu meningkatkan keandalan pasokan energi dan menurunkan ketergantungan pada bahan bakar fosil di sektor industri .
Ae.
Di Indonesia, beberapa kajian juga menyoroti peluang dan tantangan kebijakan untuk integrasi energi terbarukan di sistem utilitas terpencil .
, .
Dengan latar belakang tersebut, penelitian ini memberikan kontribusi melalui pendekatan simulasi sistemik, evaluasi kinerja dan analisis kehilangan energi yang komprehensif, guna mendukung implementasi sistem serupa di sektor industri lainnya di wilayah terpencil.
AbstractAi A standalone hybrid photovoltaic (PV) system integrated with lithium-ion battery storage was designed and evaluated to substitute the auxiliary power demand of the Water Treatment Plant (WTP) at the Malinau Coal-Fired Power Plant .
x3 MW).
North Kalimantan.
Indonesia.
Through PVsyst 8.
simulations utilizing local irradiance, load profile, and shading parameters, the system achieved an annual solar fraction of 3% and a performance ratio (PR) of 67.
91%, delivering 13 MWh/year of useful energy.
Battery round-trip efficiency reached 94.
9%, indicating minimal energy loss during storage.
These results demonstrate the system's technical viability for replacing fossil-based auxiliary energy in tropical industrial settings.
Further implications include cost savings, emission reduction, and enhanced reliability.
KeywordsAi hybrid PV system, auxiliary load substitution.
PVsyst simulation, battery efficiency, off-grid solar, water treatment, performance ratio.
IntisariAi Sistem fotovoltaik (PV) hibrida mandiri yang terintegrasi dengan baterai lithium-ion telah dirancang dan dievaluasi untuk menggantikan kebutuhan daya pemakaian sendiri pada Instalasi Pengolahan Air (Water Treatment Plant/WTP) di Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Malinau .
x3 MW).
Kalimantan Utara.
Indonesia.
Melalui simulasi menggunakan perangkat lunak PVsyst 8.
0 dengan mempertimbangkan data penyinaran lokal, profil beban, dan parameter bayangan, sistem ini mencapai fraksi surya tahunan sebesar 94,3% dan rasio kinerja (Performance Ratio/PR) sebesar 67,91%, menghasilkan energi berguna sebesar 120,13 MWh/tahun.
Efisiensi siklus baterai mencapai 94,9%, menunjukkan bahwa kehilangan energi selama proses penyimpanan sangat minimal.
Temuan ini menunjukkan kelayakan teknis sistem dalam menggantikan energi bantu berbasis fosil di lingkungan industri tropis.
Implikasi lebih lanjut mencakup potensi penghematan biaya, pengurangan emisi, dan peningkatan keandalan operasional.
Kata KunciAi Substitusi pemakaian sendiri.
Efisiensi baterai.
Solar off-grid.
Rasio kinerja.
Simulasi PVsyst.
II.
PENDAHULUAN
METODE PENELITIAN
Pendekatan dengan analisis simulasi diterapkan dalam penelitian ini dengan memanfaatkan perangkat lunak PVsyst 8.
Parameter utama perancangan sistem adalah sebagai berikut:
A Karakteristik Lokasi: 3,63ALU, 116,67ABT.
20 m.
iradiasi rata-rata harian: 5,03 kWh/mA.
A Profil Beban: Beban konstan dari sistem WTP sebesar 349,02 kWh/hari.
Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) sangat bergantung pada sistem bantu internal guna menjaga keandalan operasional, keselamatan kerja, serta kesinambungan proses produksi energi.
Sistem bantu tersebut meliputi unit pendingin air, sistem penanganan udara dan bahan bakar, instalasi pengolahan air, dan Muhammad Arif, dkk.
Evaluasi Teknis Sistem Fotovoltaik Hibrida Off-Grid untuk A 84 A Konfigurasi Sistem: Susunan PV sebesar 90 kWp menggunakan 125 modul TSM-NEG-21C-20-720 .
asing-masing 720 W.
, 10 unit baterai LFP .
V, 1000 A.
merek Deye, dan MPPT controller SmartSolar 250/70 12V.
A Pengaturan Simulasi: Kemiringan tetap 4A, azimuth 180A, rugi-rugi yang diperhitungkan mencakup kualitas modul, mismatch, ohmik, suhu, dan bayangan sekitar.
Validasi desain dilakukan untuk memastikan kecukupan area rooftop .
mA) dan pemenuhan margin over-sizing sesuai standar.
rugi-rugi suhu .
,0%).
Hal ini mengindikasikan pentingnya pengelolaan suhu dan strategi manajemen beban.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Ringkasan Kinerja Sistem Subbagian ini menyajikan hasil utama dari simulasi kinerja sistem fotovoltaik hibrida mandiri yang telah Evaluasi dilakukan terhadap parameterparameter utama seperti total energi yang tersedia, energi berguna yang dapat dimanfaatkan oleh sistem, energi yang tidak terpakai karena keterbatasan penyimpanan, serta proporsi energi yang tidak dapat dipenuhi.
Analisis ini bertujuan untuk memberikan gambaran umum tentang efektivitas konversi dan pemanfaatan energi dalam sistem yang dirancang, serta sejauh mana sistem dapat memenuhi kebutuhan beban bantu pada WTP.
Berikut hasil kinerja utama dari analisis simulasi:
A Energi surya tersedia: 141,21 MWh/tahun A Energi berguna: 120,13 MWh/tahun A Energi berlebih .
idak terpaka.
: 17,31 MWh/tahun A Energi tidak terpenuhi: 7,26 MWh/tahun A Rasio kinerja (PR): 67,91% A Fraksi surya: 94,30% Selain itu, dilakukan optimisasi ukuran sistem .
ystem sizin.
dengan pendekatan algoritma genetika.
Hasilnya menunjukkan bahwa dengan pengurangan kapasitas baterai sebesar 10% dan penambahan panel sebesar 5%, fraksi surya meningkat sebesar 1,2% dan rugi energi akibat kondisi baterai penuh menurun hingga 9,6%.
Hal ini sejalan dengan temuan Yu et al.
bahwa konfigurasi optimal dapat meningkatkan efisiensi energi dan menurunkan biaya investasi jangka panjang.
Nilai PR dan fraksi surya yang tinggi menunjukkan konversi dan penyimpanan energi yang efektif.
Variasi produksi energi bulanan selaras dengan pola iradiasi dan dimitigasi oleh desain baterai yang andal.
Analisis Keseimbangan dan Kehilangan Energi Rugi-rugi sistem mencapai 32,9%, dengan kontribusi terbesar berasal dari kondisi baterai penuh .
,7%) dan Gambar 1.
Analisis keseimbangan dan kehilangan energi Seperti ditunjukkan pada Gambar 1, rugi terbesar berasal dari kondisi baterai penuh .
,7%) di mana energi berlebih tidak dapat disimpan.
Selain itu, rugi-rugi suhu modul sebesar 8,0% serta rugi ohmik 2,1% juga memberikan kontribusi signifikan.
Modul quality loss .
,5%) dan mismatch antar-string .
,2%) relatif kecil namun tetap berkontribusi pada akumulasi kehilangan Akhirnya, rugi konversi inverter sebesar 4,2% menyebabkan berkurangnya energi yang dapat Secara keseluruhan, dari total energi efektif 158,59 MWh hanya sekitar 101,00 MWh .
,6%) yang dapat dimanfaatkan untuk memenuhi beban, sejalan dengan nilai rasio kinerja (PR) yang diperoleh.
Pola ini konsisten dengan teori evaluasi kinerja sistem PV sebagaimana dilaporkan oleh Bishop et al.
, yang menekankan pentingnya analisis komponen dalam simulasi, serta Rezk et al.
, yang menunjukkan pengaruh signifikan suhu terhadap rugi-rugi energi.
Koefisien Kinerja Ternormalisasi PR bulanan berkisar antara 0,637 (Apri.
hingga 0,744 (Januar.
, dengan rata-rata tahunan 0,679.
Penurunan PR di pertengahan tahun disebabkan oleh suhu modul yang lebih tinggi dan peningkatan efek mismatch.
Hasil koefisien kinerja ini disajikan dalam Tabel I.
Tabel I Koefisien kinerja ternormalisasi kWh/mA/ kWh/kWp/ kWh/kWp/ kWh/kWp/ Januari Februari Maret
April
Mei
Juni
4,93
5,21
5,43
5,51
5,52
5,87
0,12
0,56
0,65
0,76
0,80
0,77
4,93
5,21
5,43
5,51
5,52
5,87
0,98
1,43
1,59
1,67
1,72
1,70
kWh/kWp/ kWh/kWp/ kWh/kWp/ 3,95 3,77 3,84 3,84 3,90 4,17 0,29 0,21 0,29 0,33 0,26 0,33 3,66 3,56 3,55 3,51 3,64 3,84 0,744 0,684 0,654 0,637 0,638 0,655 Muhammad Arif, dkk.
Evaluasi Teknis Sistem Fotovoltaik Hibrida Off-Grid untuk A 85 kWh/mA/ kWh/kWp/ kWh/kWp/ kWh/kWp/ Juli Agustus September Oktober November Desember Tahun 5,75 5,67 5,50 5,28 5,08 4,77 5,38 0,76 0,61 0,68 0,41 0,27 0,21 0,55 5,75 5,67 5,50 5,28 5,08 4,77 5,38 kWh/kWp/ kWh/kWp/ kWh/kWp/ 1,68 1,59 1,59 1,30 1,12 1,05 1,45 Sebagaimana ditunjukkan pada Tabel I, fluktuasi nilai PR selaras dengan variasi iradiasi dan kondisi suhu.
Pada awal tahun (JanuariAeMare.
PR relatif tinggi karena suhu lingkungan lebih rendah, sehingga rugi akibat temperatur modul dapat diminimalkan.
Sebaliknya, pada bulan AprilAe Juli, terjadi penurunan PR akibat meningkatnya suhu modul dan efek mismatch.
Nilai final yield (Y.
rata-rata sebesar 3,66 kWh/kWp/hari juga menunjukkan kinerja sistem yang stabil sepanjang tahun.
Temuan ini menegaskan bahwa PR tidak hanya dipengaruhi oleh 4,08 4,14 3,91 3,98 3,96 3,72 3,94 0,28 0,29 0,29 0,27 0,30 0,24 0,28 3,80 3,83 3,62 3,71 3,66 3,49 3,66 0,660 0,676 0,648 0,702 0,721 0,731 0,679 potensi iradiasi, tetapi juga faktor termal dan kualitas modul yang bervariasi secara musiman.
Distribusi Energi Musiman Fraksi surya bulanan rata-rata mencapai 0,943, dengan nilai tertinggi pada Agustus .
dan terendah pada Desember .
Hal ini mencerminkan penetrasi energi surya yang konsisten sepanjang tahun.
Keseluruhan hasil distribusi energi musiman disajikan dalam Tabel 2.
Tabel II
Rangkuman Distribusi energi musiman Januari Februari Maret
April
Mei
Juni
Juli
Agustus
September Oktober
November Desember Tahun GlobHor
kWh/mA GlobEff
kWh/mA E_Avail E_Unused E_Miss E_User E_Load SolFrac
159,90
151,00
172,40
164,10
170,40
172,00
175,60
175,60
167,20
166,70
157,70
155,50
1988,10
143,80
139,00
161,20
159,30
168,50
170,40
172,50
169,20
158,90
157,40
145,10
139,20
1884,50
0,944
0,919
0,916
0,904
0,938
0,991
0,979
0,988
0,933
0,956
0,945
0,899
0,943
Sebagaimana ditunjukkan pada Tabel II, nilai fraksi surya bulanan rata-rata adalah 0,943, dengan variasi antara 0,899 (Desembe.
hingga 0,988 (Agustu.
Hal ini menunjukkan bahwa sebagian besar kebutuhan energi beban dapat dipenuhi oleh sistem PV sepanjang tahun.
Pada bulan AgustusAeOktober, kontribusi energi surya hampir mendekati 100%, ditunjukkan dengan nilai SolFrac di atas 0,97.
Sebaliknya, pada Desember terjadi penurunan nilai fraksi surya akibat meningkatnya energi yang tidak terpakai (E_Unuse.
dan energi tidak terpenuhi (E_Mis.
Temuan ini menegaskan bahwa desain sistem sudah cukup andal untuk kondisi iklim tropis, meskipun fluktuasi musiman tetap memengaruhi pola penetrasi energi surya.
Evaluasi Kehilangan Komponen Kontribusi rugi-rugi per komponen meliputi kualitas modul (-582,6 kW.
, mismatch .
5,6 kW.
, dan rugi ohmik .
8,0 kW.
Sistem menunjukkan efisiensi pelacakan daya maksimum (MPP) yang tinggi.
Tabel i Rugi-Rugi Sistem PLTS dan Energi Array per Bulan Januari Februari Maret April Mei Juni ModQual MisLoss OhmLoss EArrMPP EArrUfix EUnused EArray Muhammad Arif, dkk.
Evaluasi Teknis Sistem Fotovoltaik Hibrida Off-Grid untuk A 86 Juli Agustus September Oktober November Desember Tahun ModQual MisLoss OhmLoss EArrMPP EArrUfix EUnused EArray Sebagaimana ditunjukkan pada Tabel i, rugi-rugi utama terdiri dari modul quality loss sebesar Ae582,6 kWh, mismatch loss sebesar 3285,6 kWh, dan ohmic loss sebesar 2038,0 kWh.
Jika dibandingkan dengan total energi array pada titik MPP .
623 kW.
, nilai ini menunjukkan kontribusi signifikan terhadap akumulasi kehilangan Meski demikian, selisih antara EArrMPP .
dan EArrSys .
639 kW.
relatif kecil, yang menandakan sistem masih memiliki efisiensi pelacakan MPP yang tinggi.
Energi tidak terpakai .
313 kW.
tetap menjadi sumber kehilangan dominan, sehingga strategi manajemen energi adaptif seperti MPC menjadi penting untuk memaksimalkan pemanfaatan energi surya.
Sebagai tambahan, strategi manajemen energi adaptif berbasis Model Predictive Control (MPC) diujicobakan dalam skenario simulasi.
Sistem dengan MPC menunjukkan penurunan energi hilang sebesar 6,8% dibandingkan kontrol statis konvensional.
Hal ini membuktikan efektivitas strategi kontrol cerdas dalam mengurangi rugi-rugi dan meningkatkan stabilitas sistem, sebagaimana dilaporkan Jacob et al.
Efisiensi Pengisian dan Pengosongan Baterai Efisiensi rata-rata arus pengisian-pengosongan baterai sebesar 95,5%, dengan efisiensi energi sebesar 94,9%, menandakan stabilitas siklus dan desain sistem penyimpanan yang optimal.
Tabel IV Tegangan.
Efisiensi pengisian dan pengosongan baterai Januari Februari Maret
April
Mei
Juni
Juli
Agustus
September Oktober
November Desember Tahun U_Batt SOCmean
SOC_End Mgass
EffBatI
EffBatE
0,552
0,560
0,555
0,522
0,602
0,611
0,600
0,590
0,570
0,547
0,512
0,474
0,558
0,644
0,301
0,359
0,696
0,552
0,742
0,668
0,765
0,775
0,678
0,744
0,512
0,620
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
Sebagaimana ditunjukkan pada Tabel IV, efisiensi arus pengisian-pengosongan (EffBa.
tercatat stabil sepanjang tahun, dengan rata-rata 95,5%.
Efisiensi energi baterai (EffBat.
juga relatif konsisten antara 94,5% hingga 95,0%, dengan rata-rata tahunan 94,9%.
Nilai ini menegaskan bahwa sistem penyimpanan berbasis baterai lithium-ion mampu bekerja dengan stabil meskipun menghadapi variasi beban dan iradiasi musiman.
Selain itu, nilai SOC rata-rata .
dan SOC akhir .
menunjukkan kapasitas penyimpanan yang terjaga.
Tidak adanya kehilangan massa (MGas = .
semakin menegaskan keunggulan baterai lithium-ion dibandingkan baterai konvensional, terutama dalam aplikasi jangka panjang di lingkungan tropis.
Analisis degradasi jangka panjang menunjukkan bahwa efisiensi penyimpanan menurun dari 94,9% menjadi 88,1% pada tahun ke-10 akibat degradasi siklus baterai.
Kinerja ini konsisten dengan hasil simulasi Zhao et al.
yang menekankan pentingnya optimisasi algoritma pengisian- pengosongan untuk mengurangi degradasi.
Selain itu.
Ali et al.
melaporkan bahwa strategi manajemen energi yang baik mampu meningkatkan umur pakai baterai hingga 20%, terutama pada sistem off-grid di daerah terpencil.
Pengaruh Suhu terhadap Kinerja Hubungan linier antara suhu modul dan iradiasi efektif menunjukkan bahwa peningkatan suhu secara signifikan memengaruhi performa sistem, terutama pada siang hari saat iradiasi maksimum.
Sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2, hubungan antara iradiasi global efektif dan suhu modul memperlihatkan tren linier yang jelas: peningkatan iradiasi dari 200 hingga 1000 W/mA diikuti dengan kenaikan suhu modul dari sekitar 20 AC hingga di atas 70 AC.
Titik acuan STC .
0 W/mA pada 25 AC) menunjukkan perbedaan signifikan dengan kondisi nyata di lapangan, di mana suhu modul jauh lebih tinggi.
Hal ini menegaskan bahwa faktor termal menjadi penyebab utama penurunan efisiensi Muhammad Arif, dkk.
Evaluasi Teknis Sistem Fotovoltaik Hibrida Off-Grid untuk A 87 konversi pada saat iradiasi maksimum.
Oleh karena itu, strategi mitigasi termal, seperti peningkatan ventilasi modul atau penggunaan material berdaya hantar panas tinggi, dapat menjadi langkah penting untuk menjaga stabilitas kinerja sistem sepanjang tahun.
Sebagai perbandingan, studi Adeyinka et al.
menekankan pentingnya pengembangan hybrid energy storage systems (HESS) untuk meningkatkan keandalan pada sistem grid-connected, yang relevan pula dalam konteks sistem off-grid ini.
Pengembangan ke depan dapat mempertimbangkan integrasi SCADA serta strategi HESS untuk meningkatkan keandalan .
, .
IV.
KESIMPULAN
Gambar 2.
Hubungan suhu terhadap kinerja sistem Analisis sensitivitas lebih lanjut dilakukan terhadap variasi iradiasi A10% dari rata-rata tahunan.
Hasilnya menunjukkan fraksi surya menurun hingga 5,1% pada kondisi terburuk dan meningkat 3,8% pada kondisi terbaik.
Hasil ini sesuai dengan temuan Shukla et al.
, yang menegaskan bahwa modul PV sangat sensitif terhadap suhu, khususnya pada wilayah tropis dengan radiasi tinggi.
Distribusi Daya Array Distribusi daya menunjukkan sistem paling sering beroperasi pada rentang daya 55Ae65 kW, mengindikasikan kesesuaian antara desain dan kondisi iradiasi harian ratarata.
Studi ini membuktikan bahwa sistem PV-baterai hibrida mandiri memiliki kelayakan teknis untuk menyuplai beban daya pemkaian sendiri WTP di lingkungan PLTU terpencil.
Sistem menunjukkan tingkat keandalan tinggi dengan fraksi surya sebesar 94,3%, rasio kinerja 67,91%, serta efisiensi baterai sebesar 94,9%.
Temuan ini mendukung adopsi sistem serupa dalam aplikasi industri.
Penelitian lanjutan disarankan mencakup penerapan sistem nyata, integrasi dengan sistem kendali SCADA, serta pengembangan strategi manajemen beban adaptif untuk validasi hasil simulasi.
hibrida mandiri memiliki kelayakan teknis untuk menyuplai beban bantu penuh WTP di lingkungan PLTU terpencil.
Sistem menunjukkan tingkat keandalan tinggi dengan fraksi surya sebesar 94,3%, rasio kinerja 67,91%, serta efisiensi baterai sebesar 94,9%.
Temuan ini mendukung adopsi sistem serupa dalam aplikasi industri.
Penelitian lanjutan disarankan mencakup penerapan sistem nyata, integrasi
dengan sistem kendali SCADA, serta pengembangan strategi manajemen beban adaptif untuk validasi hasil
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah memberikan dukungan teknis dan logistik dalam proses penyusunan dan validasi simulasi ini.
REFERENSI