E-book LKTIN KMTM 2020

16

DAFTAR PUSTAKA
Cooltron. (n.d.). New Product Line Heat Sink. Walnut.

ESDM. (2015). Mineral, Kementrian Energi dan Sumber Daya. Retrieved Desember
Jum'at, 2017, from http://esdm.go.id

ESDM. (2017). Mineral, Kementrian Energi dan Sumber Daya. Retrieved Desember
Jum'at, 2017, from https://www.esdm.go.id/

Fitriana, I. R. (2005). ANALISIS POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA.

Indotrading. (2018, 5 21). Indonesia Largest Suplier Network. (Plat Tembaga) Retrieved
5 21, 2018, from PT Inovasi Sukses Sentosa: www.indotrading.com

Moh. Moh. Malik Afandi, M. F. (2015). Optimization of Solar Energy Utilization Using
Combined Methods Solar Energy Harvester (CMSH) as an Alternative Electric
Resource. Surabaya: GRDS Publishing.

Nandy Putra, R. A. (NOVEMBER 2009). Potensi Pembangkit Daya Termoelektrik
Untuk Kendaraan Hibrid (Vol. 12). Depok, Indonesia: MAKARA.

Statistik, B. P. (2017). Badan Pusat Statistik. Retrieved Desember Jum'at, 2017, from
https://www.bps.go.id

i

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Biodata Penulis 1

A. Identitas Diri

1. Nama Lengkap Jamaluddin Hakim

2. NRP 10511810000061

3. Program Studi/Jurusan Sarjana Terapan / Teknik Instrumentasi

4. Fakultas Vokasi

5. Tempat dan Tanggal Pasuruan, 24 April 2000

Lahir

6. E-mail [email protected]

7. Nomor Telepon/HP 085813745103

B. Penghargaan kepenulisan selama menjadi mahasiswa (dari Tahun
pemerintah, asosiasi, atau institusi lainnya)

No. Jenis Penghargaan Institusi Pemberi Judul Karya

Penghargaan

-- - - -
Jabatan Tahun
C. Pengalaman Organisasi
No. Organisasi

-- --

Demikian biodata ini saya buat dengan sebenar-benarnya untuk memenuhi
salah satu persyaratan dalam Lomba Karya Tulis Ilmiah.

Surabaya, 17 Juni 2020
Ketua Tim

Jamaluddin Hakim
NRP. 10511810000061

ii

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Biodata Penulis 2

A. Identitas Diri

1. Nama Lengkap Pankrasius I. J. Agung S.

2. NRP 10511810000066

3. Program Studi/Jurusan Sarjana Terapan / Teknik Instrumentasi

4. Fakultas Vokasi

5. Tempat dan Tanggal Surabaya, 12 Mei 2000

Lahir

6. E-mail [email protected]

7. Nomor Telepon/HP 088217982174

B. Penghargaan kepenulisan selama menjadi mahasiswa (dari

pemerintah, asosiasi, atau institusi lainnya)

No. Jenis Penghargaan Institusi Pemberi Judul Karya Tahun

Penghargaan

-- - - -
Tahun
C. Pengalaman Organisasi

No. Organisasi Jabatan

-- --

Demikian biodata ini saya buat dengan sebenar-benarnya untuk memenuhi
salah satu persyaratan dalam Lomba Karya Tulis Ilmiah.

Surabaya, 17 Juni 2020
Anggota Tim

Pankrasius I. J. Agung S.
NRP. 10511810000066

iii

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Biodata Penulis 3

A. Identitas Diri

1. Nama Lengkap Ayu Nur Lestari

2. NRP 10511910000035

3. Program Studi/Jurusan Sarjana Terapan / Teknik Instrumentasi

4. Fakultas Vokasi

5. Tempat dan Tanggal Surabaya, 22 Februari 2001

Lahir

6. E-mail [email protected]

7. Nomor Telepon/HP 081949760890

B. Penghargaan kepenulisan selama menjadi mahasiswa (dari

pemerintah, asosiasi, atau institusi lainnya)

No. Jenis Penghargaan Institusi Pemberi Judul Karya Tahun

Penghargaan

-- - - -
Tahun
C. Pengalaman Organisasi

No. Organisasi Jabatan

-- --

Demikian biodata ini saya buat dengan sebenar-benarnya untuk memenuhi
salah satu persyaratan dalam Lomba Karya Tulis Ilmiah.

Surabaya, 17 Juni 2020
Anggota Tim

Ayu Nur Lestari
NRP. 10511910000035

Energi Terbarukan
LOMBA KARYA TULIS ILMIAH 2020
PERANCANGAN SISTEM PHOTOVOLTAICS-PUMPED HYDRO
STORAGE PADA LUBANG BEKAS TAMBANG X DI KALIMANTAN
TIMUR SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK TERBARUKAN CALON

IBUKOTA BARU INDONESIA

Diusulkan oleh:
(Ismu Rijal Fahmi, 17/410182/TK/45539; 2017)
(Faradhila Anasta Sari, 17/413548/TK/45988; 2017)
(Yahya Bachtiar, 17/410193/TK/45550; 2017)

UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2020

i

LEMBAR PENGESAHAN

1. Judul Karya Tulis : Perancangan Sistem Photovoltaics-Pumped Hydro

Storage pada Lubang Bekas Tambang X di Kalimantan Timur sebagai Sumber

Energi Listrik Terbarukan Calon Ibukota Baru Indonesia

2. Sub Tema : Energi Terbarukan

3. Ketua Pelaksana

a. Nama Lengkap : Ismu Rijal Fahmi

b. NIM : 17/410182/TK/45539

c. Program Studi : Teknik Fisika

d. Perguruan Tinggi : Universitas Gadjah Mada

e. Alamat : Wonolelo RT 03 RW 05 Muntilan, Muntilan,

Magelang, Jawa Tengah

f. No. HP : 089675229761

g. Email : [email protected]

4. Nama Anggota/Jurusan/Angkatan

a. Faradhila Anasta Sari/Teknik Fisika/2017

b. Yahya Bachtiar/Teknik Fisika/2017

5. Dosen Pendamping

a. Nama Lengkap dan Gelar : Dr. Nur Abdillah Siddiq, S.T.

b. NIP : 111199310202001101

c. Alamat : Jl. Grafika 2, Yogyakarta 55281, Indonesia

d. No. HP : 087750118140

Yogyakarta, 17 Juni 2020

Dosen Pembimbing Ketua Tim Pelaksana

Dr. Nur Abdillah Siddiq, S.T. Ismu Rijal Fahmi

NIP 111199310202001101 NIM 17/410182/TK/45539

Mengetahui,

Ketua Program Studi Teknik Fisika,

Sentagi Sesotya Utami, S.T., M.Sc., Ph.D.
NIP 197502262002122002

ii

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA
LOMBA KARYA TULIS ILMIAH NASIONAL 2020

Judul karya tulis : Perancangan Sistem Photovoltaics-Pumped Hydro Storage
pada Lubang Bekas Tambang X di Kalimantan Timur
Nama ketua sebagai Sumber Energi Listrik Terbarukan Calon Ibukota
Nama anggota Baru Indonesia
: Ismu Rijal Fahmi
: 1) Faradhila Anasta Sari

2) Yahya Bachtiar

Kami yang bertanda tangan di bawah ini menyatakan bahwa karya tulis
dengan judul yang tersebut diatas memang benar merupakan karya orisinal yang
dibuat oleh penulis dan belum pernah dipublikasikan dan atau dilombakan di luar
kegiatan ”Lomba Karya Tulis Ilmiah Nasional 2020” yang diselenggarakan oleh
Keluarga Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Demikian pernyataan ini kami buat dengan sebenarnya, dan apabila terbukti terdapat
pelanggaran di dalamnya, maka kami siap untuk didiskualifikasi dari kompetisi ini
sebagai bentuk pertanggungjawaban kami.

Menyetujui, Yogyakarta, 22 Juni 2020
Dosen Pembimbing Ketua Tim

(Dr. Nur Abdillah Siddiq, S.T.) (Ismu Rijal Fahmi)
NIP 111199310202001101 NIM 17/410182/TK/45539

iv

KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
segala limpahan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
penyusunan karya tulis ilmiah yang berjudul “Perancangan Sistem Photovoltaics-
Pumped Hydro Storage pada Lubang Bekas Tambang X di Kalimantan Timur
sebagai Sumber Energi Listrik Terbarukan Calon Ibukota Baru Indonesia”. Karya
tulis ilmiah ini dibuat guna mengikuti Lomba Karya Tulis Ilmiah Nasional 2020 yang
diselenggarakan oleh Keluarga Mahasiswa Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Dalam penulisan karya tulis ilmiah ini, penulis menyadari bahwa tanpa
bantuan dari pihak lain, karya tulis ini tidak akan selesai. Untuk itu, penulis
mengucapkan terima kasih kepada:
1. Sentagi Sesotya Utami, S.T., M.Sc., Ph.D. selaku Wakil Dekan Ketua
Program Studi Teknik Fisika yang telah mengesahkan karya tulis ilmiah ini.
2. Dr. Nur Abdillah Siddiq, S.T. selaku dosen pembimbing dalam penulisan
karya tulis ilmiah ini.
3. Orang tua yang telah memotivasi penulis dalam pembuatan karya tulis ilmiah
ini.
4. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu yang telah
membantu terselesaikannya karya tulis ilmiah ini.

Yogyakarta, 17 Juni 2020

Penulis

v

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ....................................................................................i
LEMBAR PERNYATAAN ...................................................................................ii
KATA PENGANTAR ..........................................................................................iv
DAFTAR ISI ......................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR...........................................................................................vii
DAFTAR TABEL ..............................................................................................viii
ABSTRAK ...........................................................................................................ix
BAB I PENDAHULUAN...................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ........................................................................................ 1
1.2 Perumusan Masalah ................................................................................. 3
1.3 Tujuan ..................................................................................................... 3
1.4 Manfaat ................................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................ 3
2.1 Profil Beban Listrik Harian Indonesia...................................................... 3
2.2 Lubang Bekas Tambang X....................................................................... 4
2.3 Pumped Hydro Storage (PHS) ................................................................. 4

2.3.1 Deskripsi PHS .................................................................................. 4
2.3.2 Komponen Utama PHS..................................................................... 6
2.3.3 Emisi Karbon PHS ........................................................................... 7
2.4 Potensi Energi Matahari........................................................................... 8
2.5 Sistem Photovoltaics (PV) ....................................................................... 8
2.5.1 Jumlah Panel surya ........................................................................... 9
2.5.2 Emisi Karbon Sistem PV .................................................................. 9
BAB III METODE PENELITIAN....................................................................... 10
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 11
4.1 Konfigurasi Lubang Bekas Tambang ..................................................... 11
4.2 Konfigurasi Proses Discharge................................................................ 11
4.3 Pemilihan Turbin serta Perhitungan Daya dan Energi Discharge ........... 12
4.4 Konfigurasi Proses Charge .................................................................... 13
4.5 Pemilihan Pompa serta Perhitungan Daya dan Energi Charge................ 13
4.6 Potensi Energi Matahari di Kalimantan Timur ....................................... 14
4.7 Konfigurasi Sistem PV .......................................................................... 15
4.8 Perhitungan Jumlah Panel surya yang Dibutuhkan ................................. 16

vi

4.9 Penghematan Emisi Karbon Sistem PV-PHS ......................................... 17
BAB V KESIMPULAN DAN REKOMENDASI ................................................ 18

5.1 Kesimpulan ........................................................................................... 18
5.2 Rekomendasi ......................................................................................... 18
DAFTAR PUSTAKA........................................................................................... 18
DAFTAR RIWAYAT HIDUP .............................................................................. 21
LAMPIRAN ........................................................................................................ 26

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1 Kerangka berpikir penelitian............................................................. 10
Gambar 4.1 Profil GHI terhadap waktu GMT+8 dalam sehari.............................. 14
Gambar 4.2 Ilustrasi sistem PV-PHS yang diusulkan. .......................................... 17
Gambar L.1 Proyeksi profil beban listrik harian di Indonesia pada tahun 2030
(McNeil, et al., 2019)........................................................................................... 26
Gambar L.2 Grafik hubungan level dan volume air reservoir atas. ....................... 27
Gambar L.3 Grafik hubungan level dan volume air reservoir bawah. ................... 28
Gambar L.4 Hubungan antara kecepatan spesifik dan efisiensi turbin (Dixon & Hall,
2014). .................................................................................................................. 28
Gambar L.5 Hubungan antara kecepatan spesifik pompa dan geometri pompa
(Brennen, 1994)................................................................................................... 29
Gambar L.6 Hubungan antara geometri dan efisiensi pompa (Brennen, 1994)...... 29
Gambar L.7 Jalur Pipa C (Zuliana, 2017)............................................................. 30
Gambar L.8 Ilustrasi peak sun hour (Honsberg & Bowden, 2019)........................ 30
Gambar L.9 Hubungan antara emisi karbon sistem penyimpan energi terhadap emisi
karbon sistem pembangkit energi yang menyuplainya (Denholm & Kulcinski, 2004).
............................................................................................................................ 31
Gambar L.10. Grafik hubungan ground cover ratio (GCR) terhadap shading derate
factor dengan variasi mode tracking dan sudut kemiringan (US Department of
Energy, 2018). ..................................................................................................... 33
Gambar L.11. Foto panel surya Sunmodule Plus SWA 315 Mono (SolarWorld,
2014). .................................................................................................................. 33

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Besaran fisis proses discharge. ............................................................. 12
Tabel 4.2 Karakter sistem discharge sistem PHS.................................................. 13
Tabel 4.3 Besaran fisis proses charge................................................................... 13
Tabel 4.4 Karakter sistem charge sistem PHS ...................................................... 14
Tabel 4.5 Spesifikasi panel surya yang dipilih (US Department of Energy, 2018).15
Tabel 4.6 Losses yang terjadi pada sistem PV ...................................................... 16
Tabel L.1 Hubungan antara level dan volume air pada Lubang Bekas Tambang X
yang dijadikan reservoir PHS (Zuliana, 2017)...................................................... 26
Tabel L.2 Area kerja turbin air (Dixon & Hall, 2014)........................................... 28
Tabel L.3 Penjelasan losses pada PV ................................................................... 31

ix

Energi Terbarukan

PERANCANGAN SISTEM PHOTOVOLTAICS-PUMPED HYDRO
STORAGE PADA LUBANG BEKAS TAMBANG X DI KALIMANTAN
TIMUR SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK TERBARUKAN CALON

IBUKOTA BARU INDONESIA

Ismu Rijal Fahmi, Faradhila Anasta Sari, Yahya Bachtiar

Universitas Gadjah Mada

[email protected]

ABSTRAK

Pada tahun 2019, pemerintah Indonesia memutuskan untuk memindahkan ibukota
Indonesia dari DKI Jakarta ke Kalimantan Timur. Konsep calon ibukota baru yang
akan dibangun mengadopsi sistem smart and green city, di mana kota tersebut sangat
mempertimbangkan aspek lingkungan, termasuk suplai energi yang berasal dari
energi terbarukan. Kalimantan Timur memiliki potensi energi terbarukan tersebut
yang berupa radiasi matahari sebesar 4,453 kWh/m2/hari yang dapat dimanfaatkan
untuk membangkitkan listrik dengan sistem photovoltaics (PV). Pemanfaatan
potensi energi matahari di Kalimantan Timur merupakan tantangan tersendiri karena
sifatnya yang intermittent. Di sisi lain, Kalimantan Timur dikenal dengan aktivitas
tambangnya yang masif. Aktivitas tambang tersebut meninggalkan kerusakan
lingkungan berupa lubang bekas tambang yang terbuka. Di antara lebih dari 632
lubang terbuka yang ada, terdapat satu pasang lubang bekas tambang X yang
memiliki luas permukaan 1.045.060,20 m2 dan 2.566.678,20 m2 dengan kedalaman
70 meter dan 150 meter. Dua lubang bekas tambang tersebut dapat menjadi solusi
intermittency energi matahari karena dapat digunakan sebagai reservoir atas dan
reservoir bawah pada sistem Pumped Hydro Storage (PHS). PHS berfungsi untuk
menyimpan energi berlebih dari sistem PV dalam bentuk energi potensial air dan
mengeluarkannya kembali ketika dibutuhkan. Pada penelitian ini, dilakukan analisis
perancangan sistem PV-PHS yang berfungsi untuk menyuplai energi listrik ke calon
ibukota baru Indonesia saat terjadi beban puncak. Penelitian ini menggunakan data
sekunder yang dianalisis dengan cara (1) menentukan konfigurasi lubang bekas
tambang; (2) menghitung volume air yang dioperasikan; (3) menghitung potensi
energi di Kalimantan Timur; (4) menentukan konfigurasi proses discharge dan
charge PHS; (5) menentukan konfigurasi sistem PV; (6) memilih komponen utama
PHS berupa pompa dan turbin; (7) menghitung daya discharge dan charge PHS; (8)
menghitung kapasitas, jumlah panel surya, dan luas lahan yang dibutuhkan oleh
sistem PV; dan (9) menghitung penghematan emisi karbon. Sistem yang diusulkan
mampu memasok listrik ke calon ibukota baru dengan daya 68,034 MW selama 5
jam setiap hari. Sistem tersebut memiliki 451.433 panel surya dengan kapasitas
115,508 MW dan menempati lahan seluas 731.321,737 m2. Emisi karbon yang dapat
dihemat oleh sistem ini sebesar 90,991% atau 274,857 tonCO2 setiap hari.

Kata kunci: emisi karbon, energi terbarukan, photovoltaics, pumped hydro storage

1

1 BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang
Ibukota negara Indonesia akan dipindahkan ke Kabupaten Paser Utara dan

Kabupaten Kutai Kertanegara, Kalimantan Timur (Direktur Jenderal
Ketenagalistrikan, 2019). Pemindahan ibukota tersebut dikategorikan sebagai Major
Project yang menjadi salah satu prioritas pembangunan nasional dalam Rencana
Pembangunan Jangka Menengah Nasional 2020-2024 (Kementerian Perencanaan
Pembangunan Nasional, 2019). Agar rencana tersebut dapat terwujud dengan baik,
diperlukan kajian yang mendalam mengenai infrastruktur calon ibukota baru. Salah
satu infrastruktur tersebut adalah infrastruktur energi listrik. Oleh karena pemindahan
ibukota ditargetkan selesai pada tahun 2045, diperlukan pembangunan infrastruktur
listrik dalam kurun waktu 25 tahun untuk menambah pasokan daya listrik sebesar
1.175 MW ke kedua kabupaten tersebut (Direktur Jenderal Ketenagalistrikan, 2019)
(Ramli, 2019).

Konsep ibukota baru yang diusulkan pemerintah adalah smart and green city
(Dixon & Hall, 2014) (Kementerian Perencanaan Pembangunan Nasional, 2019). Hal
tersebut memiliki arti bahwa pemenuhan energi ibukota baru harus dilakukan dengan
mempertimbangkan faktor lingkungan. Pemenuhan energi yang ramah lingkungan
dapat dilakukan dengan menggunakan pembangkit listrik berbasis energi terbarukan.
Selain memenuhi konsep tersebut, pembangkitan energi listrik berbasis energi
terbarukan juga selaras dengan target pemerintah Indonesia yang lain berupa bauran
energi baru dan terbarukan nasional minimal sebesar 31% pada tahun 2050 (PT PLN
(Persero), 2019).

Pembangunan pembangkit listrik berbasis energi terbarukan harus disesuaikan
dengan potensi energi lokal di suatu wilayah. Salah satu potensi energi terbarukan
yang ada di Kalimantan Timur adalah energi surya. Energi surya di Kalimantan Timur
mencapai 4,629 kWh/m2 (EU Science Hub, 2019). Dengan potensinya tersebut,
dimungkinkan untuk membangun sistem photovoltaics (PV) di Kalimantan Timur.
Namun demikian, adanya suplai energi listrik dari energi surya dapat menimbulkan
masalah baru, yaitu sistem jaringan listrik menjadi tidak stabil (Fuchs, et al., 2012).
Hal tersebut disebabkan oleh sifat energi surya yang intermittent. Sifat intermittent
tersebut ditunjukkan dengan keluaran sistem PV yang sangat variatif karena intensitas
cahaya matahari yang berubah-ubah.

2

Untuk mengatasi masalah tersebut, diperlukan sistem penyimpan energi
(energy storage). Dalam praktiknya, terdapat berbagai jenis sistem penyimpan energi.
Salah satu jenis sistem penyimpan energi tersebut adalah Pumped Hydro Storage
(PHS). PHS merupakan sistem penyimpan energi yang sesuai untuk menyimpan
energi dengan jumlah yang besar dan dalam waktu yang lama. Hal tersebut
disebabkan oleh self discharge PHS yang rendah dan usia pakainya yang lama (Fuchs,
et al., 2012). Tidak seperti baterai yang menyimpan energi dalam bentuk energi kimia,
PHS menyimpan energi secara mekanis. PHS menggunakan kelebihan energi untuk
memompa air ke tempat yang lebih tinggi dan mengalirkannya kembali apabila
dibutuhkan. Sistem PHS ini sesuai untuk digunakan sebagai sistem penyimpan energi
ibukota baru apabila akan dibangun sistem PV skala besar guna memenuhi kebutuhan
listriknya.

Tantangan dalam penggunaan PHS sebagai penyimpan energi adalah
penyiapan lokasi yang bersifat khusus. PHS memiliki densitas energi yang rendah
sehingga memerlukan volume reservoir air yang besar (Fuchs, et al., 2012). Selain itu,
PHS memerlukan tempat yang dapat menyimpan air dengan perbedaan level (head)
yang cukup (Fuchs, et al., 2012). Di Kalimantan Timur, terdapat lubang bekas
tambang terbuka yang dapat dimanfaatkan sebagai reservoir air.

Kalimantan Timur memiliki 632 lubang bekas tambang terbuka yang
dibiarkan begitu saja (Apriando, 2017). Namun demikian, tidak semua lubang bekas
tambang dapat dimanfaatkan sebagai PHS. Lubang yang dapat dimanfaatkan adalah
lubang yang memenuhi kriteria yang telah dijelaskan pada paragraf sebelumnya.
Sepasang lubang yang memenuhi kriteria tersebut adalah lubang yang diteliti oleh
Mar’atus Sholichah Zuliana dalam skripsinya “Analisis Potensi Pemanfaatan Lahan
Bekas Tambang Batubara sebagai Penyimpan Energi Listrik Jenis Pumped Hydro
Storage di Wilayah Paser, Kalimantan Timur”. Volume sepasang lubang bekas
tambang yang diteliti, yang selanjutnya disebut Lubang Bekas Tambang X, sebesar
32.552.281 m3 dan 191.665.924 m3 dengan perbedaan level air maksimal 150 m
(Zuliana, 2017). Lubang bekas tambang tersebut juga memiliki luas permukaan
1.045.060,2 m2 dan 2.566.678,2 m2, sehingga memiliki potensi untuk digunakan
sebagai tempat peletakan panel surya dengan konsep floating PV.

Penelitian yang dilakukan oleh Mar’atus Sholichah Zuliana tersebut berfokus
pada analisis potensi pemanfaatan lubang bekas tambang sebagai PHS, sehingga
dalam perancangan PHS, belum mencakup pertimbangan profil ketersediaan cahaya
matahari, profil kebutuhan beban, dan sistem PV yang menyuplai sistem PHS. Oleh

3

karena itu, dalam penulisan karya ilmiah ini, dilakukan perancangan sistem PV
dengan sistem penyimpan energi PHS pada Lubang Bekas Tambang X yang skenario
operasinya disesuaikan dengan profil ketersediaan cahaya matahari dan profil
kebutuhan beban. Untuk mengetahui kontribusi sistem terhadap lingkungan, karya
tulis ini juga memaparkan penghematan emisi karbon sistem PV-PHS apabila
dibandingkan dengan pembangkit listrik tenaga uap (PLTU).

1.2 Perumusan Masalah
• Bagaimana desain PHS pada Lubang Bekas Tambang X yang sesuai dengan
ketersediaan suplai energi dan kebutuhan beban?
• Berapa kapasitas, jumlah panel surya, dan luas lahan sistem PV yang
energinya dapat ditampung oleh PHS?
• Berapa emisi karbon yang dapat dihemat oleh pengoperasian sistem PV-PHS?

1.3 Tujuan
• Mendapatkan desain PHS pada Lubang Bekas Tambang X yang sesuai dengan
ketersediaan suplai energi dan kebutuhan listrik calon ibukota baru saat terjadi
beban puncak.
• Mengetahui kapasitas, jumlah panel surya, dan luas lahan sistem PV yang
energinya dapat ditampung oleh PHS.
• Mengetahui emisi karbon yang dapat dihemat oleh pengoperasian sistem PV-
PHS.

1.4 Manfaat
• Terwujudnya desain PHS pada Lubang Bekas Tambang X yang sesuai dengan
ketersediaan suplai energi dan kebutuhan beban sehingga dapat menjadi
sistem penyimpan energi yang optimal dan mampu mengatasi masalah
intermittency sistem PV.
• Terwujudnya desain sistem PV yang energinya dapat ditampung oleh PHS.
• Terwujudnya sistem PV-PHS yang berfungsi sebagai pembangkit dan
penyimpan energi berbasis energi terbarukan yang rendah emisi karbon.

2 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Profil Beban Listrik Harian Indonesia
Seiring berjalannya waktu, kebutuhan listrik Indonesia semakin meningkat.

Namun demikian, profil kebutuhan listrik tiap harinya tidak berubah secara signifikan.

4

Gambar L.1 menunjukkan profil kebutuhan listrik harian di Indonesia pada tahun
2030. Dari gambar tersebut, didapatkan informasi berupa beban listrik harian di
Indonesia akan mengalami puncaknya pada rentang pukul 18.00 sampai dengan 22.00
atau selama 5 jam (McNeil, et al., 2019).

2.2 Lubang Bekas Tambang X
Terdapat dua buah Lubang Bekas Tambang X di wilayah Kalimantan Timur

yang letaknya saling berdekatan dan memiliki perbedaan level sebesar 80 m (Zuliana,
2017). Kedua lubang tersebut berpotensi digunakan sebagai reservoir sistem PHS
dengan lubang yang lebih rendah menjadi reservoir bawah dan lainnya menjadi
reservoir atas. Lubang atas memiliki volume sebesar 32.552.281 m3 dan lubang bawah
memiliki volume sebesar 191.665.924 m3 (Zuliana, 2017). Data volume dan level air
pada lubang tersebut ditunjukkan pada Tabel L.1.

2.3 Pumped Hydro Storage (PHS)

2.3.1 Deskripsi PHS
Pumped Hydroelectric Storage (PHS) merupakan sebuah sistem penyimpan

energi yang memanfaatkan beda ketinggian atau energi potensial air. Sistem PHS
memiliki dua reservoir air. Reservoir tersebut dihubungkan dengan pipa yang melalui
sebuah sistem pembangkit (Stelzer & Walters, 1979). Komponen utama sistem
pembangkit tersebut adalah turbin dan pompa.

Ketika kebutuhan listrik melebihi suplai energi listrik yang tersedia, air dari
reservoir atas dialirkan melalui turbin sehingga dapat menghasilkan listrik. Tahap ini
disebut sebagai tahap discharge. Sebaliknya, ketika kebutuhan listrik lebih kecil
daripada ketersediaan energi listrik, kelebihan energi listrik digunakan untuk
memompa air dari reservoir bawah ke reservoir atas. Tahap ini disebut tahap charge.
Penggunaan PHS untuk mengatasi fluktuasi kebutuhan dan ketersediaan listrik dalam
skala yang besar merupakan cara yang mudah dan ekonomis karena PHS hanya perlu
waktu 3 menit untuk mencapai daya puncak dari keadaan nonaktif (Fuchs, et al.,
2012).

2.3.1.1 Proses Discharge
Proses discharge adalah proses pembangkitan listrik oleh PHS. Ketika proses

discharge berlangsung, air dialirkan dari reservoir atas ke reservoir bawah melalui
saluran pipa. Air tersebut akan melewati turbin dan menggerakkan sudu turbin. Turbin
tersebut berputar dan disambungkan dengan generator sehingga dapat menghasilkan
listrik.

5

Efisiensi discharge sistem ( ) merupakan gabungan dari efisiensi turbin ( ),

generator ( ), dan pipa ( ), sehingga secara matematis dapat dituliskan sebagai

berikut (Adaramola, 2017).

= ∙ ∙ (2.1)

Daya listrik (P) yang dihasilkan oleh sistem dapat dihitung melalui Persamaan

(2.2) (Adaramola, 2017).

= ∙ ∙ ∙ ∙ ℎ (2.2)

Di mana adalah massa jenis air yang nilainya 1000 kg/m3, adalah percepatan

gravitasi bumi yang nilainya 9,8 m/s2 dan ℎ adalah head yang merupakan perbedaan

level air di kedua reservoir. Dalam hal ini, head bernilai 107,56 m yang diperoleh dari

rata-rata antara perbedaan ketinggian awal dan akhir dari reservoir atas dan bawah

(Zuliana, 2017). Sementara itu, Q adalah debit air yang melewati turbin yang

diperoleh melalui Persamaan (2.3) (Çengel & Cimbala, 2006).

= (2.3)


Di mana adalah volume air yang dialirkan dalam m3 dan adalah waktu untuk

mengalirkan volume air tersebut dalam detik.

Perhitungan energi dari suatu penyimpan energi listrik akan berubah seiring

dengan perubahan waktu. Hal ini berkaitan dengan penurunan efisiensi dari masing-

masing komponen pada sistem. Sehingga untuk perhitungan energi (E) dari sistem

penyimpan energi listrik dapat dituliskan dengan Persamaan (2.4) (Adaramola, 2017):

= � ( ) (2.4)

Apabila daya dijaga konstan, maka:

= × (2.5)

Di mana adalah daya listrik dalam watt (W) dan adalah waktu dalam detik (s).

2.3.1.2 Proses Charge
Proses charge dilakukan ketika terjadi surplus energi di mana energi yang

diproduksi lebih banyak dari energi yang dibutuhkan. Proses charge ini dilakukan
dengan memompa air ke reservoir atas. Untuk menjaga keberlanjutan sistem PHS,
volume air yang dipompa kembali ke atas harus sama dengan volume air yang telah
diturunkan saat proses discharge.

Perhitungan daya pompa ( ) dapat dilakukan dengan persamaan berikut
(Adaramola, 2017):

6

= ∙ ∙ ∙ ℎ (2.6)


Di mana adalah massa jenis air yang nilainya 1000 kg/m3, adalah percepatan

gravitasi yang nilainya 9,8 m/s2, ℎ adalah head yang diperoleh dari rata-rata antara

perbedaan ketinggian awal dan akhir dari reservoir atas dan bawah, yaitu sebesar

107,56 m, dan Q adalah debit air dalam m3/s yang analog dengan Persamaan (2.3).
Perhitungan efisiensi total dari sistem pompa ( ) merupakan hasil

perkalian dari efisiensi impeller( ), motor( ), dan saluran pipa ( ). Secara

matematis dapat dituliskan dalam persamaan (Adaramola, 2017):

= ∙ ∙ (2.7)

Besarnya energi yang dibutuhkan sistem pada saat mode charging dapat

diperoleh dari hasil kali antara daya pompa dengan lamanya pengoperasian pompa.

Persamaan tersebut analog dengan Persamaan (2.4) dan (2.5).

2.3.2 Komponen Utama PHS

2.3.2.1 Turbin

Turbin air terdiri atas berbagai jenis, seperti turbin pelton, francis, dan kaplan.

Turbin tersebut memiliki area kerja masing-masing sehingga pemilihan jenis turbin

perlu disesuaikan dengan kondisi yang ada. Turbin pelton digunakan untuk

membangkitkan listrik tenaga air dengan head tinggi dan debit rendah. Turbin kaplan

bekerja dengan baik ketika air memiliki head rendah dan debit tinggi. Sementara itu,

turbin francis berada di antaranya, yaitu bekerja dengan baik di head dan debit sedang.

Tabel L.2 menunjukkan area kerja turbin air. Area kerja turbin tersebut memengaruhi

kecepatan spesifik turbin yang berkorelasi dengan efisiensi turbin seperti yang

ditunjukkan oleh Gambar L.4

Kecepatan spesifik turbin (Nsp,T) didefinisikan sebagai berikut (Dixon & Hall,

2014).

� � (2.8)
, = ( )5�4

Di mana P adalah daya yang dihasilkan dalam W, ρ adalah massa jenis air dalam

kg/m3, g adalah percepatan gravitasi dalam m/s2, HE adalah head efektif dalam m, dan

N adalah kecepatan rotasi poros turbin dalam rad/s.

Kecepatan poros turbin bergantung pada jumlah alternator turbin dan

frekuensi listrik yang akan dihasilkan. Hubungan kecepatan poros, jumlah alternator

turbin, dan frekuensi listrik adalah sebagai berikut (Electrical4U, 2020).

7

= 2 (2.9)


Di mana N adalah kecepatan rotasi poros dalam rad/s, f adalah frekuensi listrik dalam

Hz, dan n adalah jumlah pasang kutub alternator.

Dalam pembahasan putaran mesin, dikenal juga istilah rpm (revolutions per

minute). Istilah tersebut merupakan salah satu satuan frekuensi putaran mesin

mekanis, di mana merupakan hasil perkalian antara jumlah detik dalam satu menit (60

detik) dengan frekuensi putaran mesin dalam Hz.

2.3.2.2 Pompa

Selayaknya turbin, pompa juga terdiri atas beberapa jenis yang bekerja optimal

pada rentang kerja tertentu. Parameter yang menjadi acuan pemilihan pompa adalah

kecepatan spesifik pompa (Nsp,P). Kecepatan spesifik didefinisikan sebagai berikut

(Brennen, 1994).

, = � (2.10)
( )5�4

Di mana Q adalah debit air yang dihasilkan pompa dalam m3, g adalah percepatan

gravitasi dalam m/s2, HE adalah head efektif dalam m, dan N adalah kecepatan rotasi

poros pompa dalam rad/s. Kecepatan poros pompa bergantung pada jumlah alternator

pompa dan frekuensi listrik jala-jala yang digunakan yang mengikuti Persamaan 2.9.

Kecepatan spesifik tersebut memengaruhi geometri pompa dan efisiensi pompa

dengan hubungan yang ditunjukkan oleh Gambar L.4 dan Gambar L.5.

2.3.2.3 Pipa
Pipa berfungsi untuk menyalurkan air dari reservoir atas ke reservoir bawah

dan sebaliknya. Dalam penelitian sebelumnya, reservoir atas dan bawah dihubungkan
dengan jalur perpipaan C seperti yang ditunjukkan pada Gambar L.7 (Zuliana, 2017).
Jalur pipa ini merupakan jalur pipa yang didesain oleh Mar’atus Sholichah Zuliana
dan dianggap yang terbaik dibandingkan desain lain yang juga dibuat olehnya. Pipa
tersebut memiliki diameter 6 m (Zuliana, 2017). Desain pipa tersebut tidak diubah dan
tetap dipakai dalam analisis karya tulis ini.

2.3.3 Emisi Karbon PHS
Emisi karbon sistem PHS berasal dari tiga tahap, yaitu tahap pembangunan,

operasi, dan penonaktifan (Denholm & Kulcinski, 2004). Emisi pada tahap
pembangunan meliputi pengeboran, pemindahan material tanah dan batu, konstruksi
beton, serta pembuatan dan instalasi komponen PHS, seperti pompa, turbin, dan pipa.

8

Tahap operasi meliputi berbagai kegiatan perawatan, perbaikan, dan administrasi.
Tahap penonaktifan berupa pembongkaran fasilitas PHS dan reklamasi tanah.

Emisi karbon sistem penyimpan energi sangat bergantung pada emisi karbon
sistem pembangkit energi yang menyuplainya. Hubungan antara emisi karbon sistem
penyimpan energi terhadap emisi karbon sistem pembangkit energi yang
menyuplainya ditunjukkan pada Gambar L.9. Gambar tersebut tidak hanya
menampilkan emisi karbon PHS, tetapi juga berbagai sistem penyimpan energi
berskala besar lainnya, seperti Compressed Air Energy Storage (CAES), Vanadium-
Redox Battery (VRB), dan Polysulphide Battery (PSB).

2.4 Potensi Energi Matahari
Secara teknis, potensi energi matahari didasarkan pada parameter Global

Horizontal Irradiance (GHI) dan Peak Sun Hour (PSH). GHI merupakan total dari
diffuse horizontal irradiation (fluks radiasi matahari yang menyebar ke arah bumi)
dengan direct normal irradiance (fluks radiasi matahari yang tegak lurus terhadap
suatu permukaan horizontal) (Reno, et al., 2012). Satuan dari GHI adalah W/m2. PSH
merupakan parameter yang menyatakan durasi daya matahari ekuivalen (dalam satuan
jam) sebesar 1 kW yang diterima oleh permukaan dengan luas 1 m2 dalam sehari.
Peak sun hour dapat diketahui dari hasil pembagian energi matahari dalam satu hari
oleh 1 kW/m2 (Messenger & Ventre, 2005). Ilustrasi PSH ditunjukkan oleh Gambar
L.8.

2.5 Sistem Photovoltaics (PV)
Komponen utama sistem PV adalah panel surya. Panel surya merupakan

perangkat elektrik yang mengubah energi cahaya menjadi listrik melalui efek
fotolistrik (Bagher, et al., 2015). Berdasarkan jenis bahan dalam pembuatannya, panel
surya dibagi menjadi lima jenis, yaitu monokristal, polikristal, amorphous, Cadmium
Telluride (CdTe), dan Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) (Bagher, et al., 2015).
Pada penelitian ini, panel surya yang digunakan dalam sistem adalah jenis
monokristal. Panel surya jenis monokristal merupakan panel yang paling efisien
dengan besar efisiensi sampai 20% dan menghasilkan daya listrik persatuan luas yang
paling tinggi di antara jenis panel lainnya (Purwoto, et al., 2018).

Salah satu cara memaksimalkan penerimaan radiasi matahari oleh panel surya
adalah dengan memosisikan panel surya dengan kemiringan optimal (Pandria &
Mukhlizar, 2017). Oleh karena itu, dalam sistem PV dikenal istilah tilt angle optimal.
Tilt angle optimal adalah sudut kemiringan permukaan di mana radiasi matahari akan

9

diterima secara maksimal (Handoyo, et al., 2013). Untuk wilayah Kalimantan Timur,
tilt angle optimal sebesar 2 derajat (Solargis, 2019).

2.5.1 Jumlah Panel surya

Sistem PV harus dapat memenuhi daya listrik yang dibutuhkan, yang dalam

hal ini merupakan daya pompa yang digunakan untuk menaikkan air ke reservoir atas.

Setelah daya pompa didapatkan melalui Persamaan (2.6) dan losses PV sudah

diperhitungkan berdasarkan Tabel L.3, jumlah panel surya (n modul) yang dibutuhkan

dapat dihitung melalui Persamaan (2.11):

= (2.11)
∙ 20 ℎ

Di mana Ppompa adalah daya pompa dalam W, PPV adalah daya per panel surya dalam

W, dan η20tahun adalah efisiensi PV selama 20 tahun. Efisiensi PV selama 20 tahun atau

η20tahun diperoleh dari hasil perkalian efisiensi PV setelah memperhitungkan kuantitas

masing-masing losses. Efisiensi PV untuk tiap losses tersebut (ηPVlosses) didapatkan

dari Persamaan (2.12), terkecuali efisiensi PV untuk losses degradation rate dalam

rentang tahun (t) didapatkan dari Persamaan (2.13). (2.12)
(2.13)
= 100% − kuantitas %
, = (100% − %) −1

Pemilihan efisiensi PV selama 20 tahun dilakukan agar tidak diperlukan penambahan

panel surya untuk mengompensasi losses pada PV selama 20 tahun. Setelah

menghitung jumlah panel surya yang dibutuhkan sistem, selanjutnya luas lahan yang

dibutuhkan untuk pemasangan panel surya tersebut (L) dapat diketahui melalui

Persamaan (2.14).

= ∙ (2.14)

Di mana n adalah jumlah panel surya yang dibutuhkan sistem dan A adalah luas

permukaan PV per satu modul dalam m2.

2.5.2 Emisi Karbon Sistem PV
Aktivitas manusia yang bertujuan untuk menghasilkan energi selalu

mengeluarkan emisi karbon (Fthenakis & Alsema, 2006). Energi yang ramah
lingkungan bukan berarti tidak menghasilkan karbon. Dalam hal sistem PV, emisi
karbon dihasilkan dari penggunaan energi berbasis bahan bakar fosil untuk pembuatan
panel surya dan proses pembangunan sistemnya (Fthenakis & Alsema, 2006). Sistem
PV dengan panel surya berjenis monokristal memiliki emisi sebesar 30 s.d. 45 g
CO2/kWh (Fthenakis & Alsema, 2006). Meski demikian, emisi karbon tersebut jauh
lebih kecil dibandingkan emisi karbon yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga

10
uap (PLTU). PLTU menghasilkan emisi karbon sebesar 888 g CO2/kWh (World
Nuclear Association, 2012).

3 BAB III
METODE PENELITIAN
Metode pengumpulan data yang digunakan adalah metode studi pustaka, yaitu
penulisan berdasarkan sumber-sumber terpercaya yang kemudian ditelaah, dikaji,
diinterpretasikan, dan dituangkan dalam bentuk tulisan. Data yang digunakan adalah
data sekunder, baik kualitatif maupun kuantitatif, yang diperoleh dari buku, skripsi,
jurnal, artikel, dan internet.

Gambar 3.1 Kerangka berpikir penelitian
Metode analisis yang dilakukan adalah (1) menentukan konfigurasi lubang
bekas tambang; (2) menghitung volume air yang dioperasikan; (3) menghitung
potensi energi di Kalimantan Timur; (4) menentukan konfigurasi proses discharge
dan charge PHS; (5) menentukan konfigurasi sistem photovoltaics; (6) memilih

11

komponen utama PHS berupa pompa dan turbin; (7) menghitung daya discharge dan
charge PHS; (8) menghitung kapasitas, jumlah modul photovoltaics, dan luas lahan
yang dibutuhkan oleh sistem photovoltaics; dan (9) menghitung penghematan emisi
karbon. Adapun kerangka berpikir penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.1.

4 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Konfigurasi Lubang Bekas Tambang

Pada penelitian ini, sistem PHS dibangun di Lubang Bekas Tambang X yang

terletak di Kalimantan Timur. Data terkait volume dan kontur lubang bekas tambang

diambil dari penelitian skripsi yang dilakukan oleh Mar’atus Sholichah Zuliana.

Penelitian tersebut telah melakukan analisis potensi PHS. Namun demikian, analisis

potensi tersebut belum mempertimbangkan kebutuhan beban dan ketersediaan energi

matahari. Selain itu, penelitian tersebut juga tidak melakukan desain sistem PV.

Volume air yang dioperasikan secara harian pada penelitian ini sebesar 1/7

dari volume air yang dioperasikan pada penelitian Mar’atus Sholichah Zuliana

(9.437.167,98 m3) (Zuliana, 2017). Hal ini mempertimbangkan adanya cadangan

energi yang tersimpan di sistem PHS apabila tidak adanya pasokan energi dari sistem

PV selama maksimal satu minggu. Dengan demikian, volume air yang dioperasikan

secara harian sebesar 1.348.166,854 m3.

Dengan melakukan regresi data kontur Lubang Bekas Tambang X pada Tabel

L.1, didapatkan hubungan antara volume air dalam reservoir dan level air yang ada di

dalamnya yang ditunjukkan oleh Gambar L.2 dan Gambar L.3. Regresi hubungan

antara volume dan level air menggunakan persamaan polinomial orde 3 karena

memiliki nilai R-squared yang lebih dari 0,99. Regresi tersebut menghasilkan

Persamaan 4.1 dan 4.2 yang menghubungkan antara level dan volume air. Subscript

1 memiliki arti bahwa variabel tersebut dimiliki oleh reservoir atas, sedangkan

subscript 2 memiliki arti bahwa variabel tersebut dimiliki oleh reservoir bawah.

1( 1 ) = 5,14860 × 10−21� 1 3� − 2,39725 × 10−13� 1 2� (4.1)
+ 4,82312 × 10−6( 1 ) − 8,30285 × 10 (4.2)

2( 2) = 4,38926 × 10−23� 23� − 1,01988 × 10−14� 22�
+ 1,08500 × 10−6( 2) − 1,53234 × 102

4.2 Konfigurasi Proses Discharge
Pada penelitian ini, sistem PV-PHS dirancang untuk menyalurkan energi

listrik ketika terjadi beban puncak. Profil beban listrik harian calon ibukota baru

12

diasumsikan sama dengan profil beban listrik harian Indonesia pada Gambar L.1.
Dengan demikian, discharge photovoltaics-PHS dilakukan selama 5 jam pada jam
17.00 s.d. 22.00 WITA.

Debit air yang mengalir dari reservoir atas ke reservoir bawah saat proses
discharge dapat dihitung melalui Persamaan (2.3) di mana waktu discharge sebesar 5
jam dan volume air yang dioperasikan sebesar 1.348.166,854 m3. Dengan demikian,
debit rata-rata discharge bernilai 74,898 m3/s. Head rata-rata discharge diasumsikan
sama dengan nilai tengah antara head maksimal (ketika level air di reservoir atas
sebesar 0 m dan level air di reservoir bawah sebesar -113,6 m) dan head minimal
(ketika level air di reservoir atas sebesar -9,515 m dan level air di reservoir bawah
sebesar -105,897 m) (Zuliana, 2017). Besaran fisis proses discharge dirangkum dalam
Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Besaran fisis proses discharge.

Parameter Besaran Satuan

Volume air kerja 1.348.166,854 m3

Waktu discharge 5 Jam

Densitas air 1000 kg/m3

Percepatan gravitasi 9,8 m/s2

Debit rata-rata discharge 74,898 m3/s

Head rata-rata discharge 107,560 m

4.3 Pemilihan Turbin serta Perhitungan Daya dan Energi Discharge
Pemilihan jenis turbin berdasarkan pada nilai debit dan head pada Tabel 4.1

dengan kutub alternator diasumsikan sejumlah 12 pasang dan turbin memiliki
frekuensi listrik keluaran sebesar 50 Hz (sesuai frekuensi jala-jala listrik Indonesia).
Namun demikian, karena dalam Persamaan (2.8) menunjukkan persamaan implisit
antara specific speed dan efisiensi turbin, diperlukan proses perhitungan iteratif untuk
menentukan jenis turbin dan daya yang dihasilkan. Setelah dilakukan iterasi, diketahui
bahwa specific speed turbin bernilai 1,189. Gambar L.4, jenis turbin yang sesuai
adalah francis. Dalam perhitungan, diasumsikan diameter pipa, efisiensi pipa, dan
efisiensi generator sebesar 6 meter, 96,50% dan 94,00% (Budiarto, 2013). Sementara
itu, efisiensi turbin ditentukan berdasarkan nilai efisiensi turbin pada Gambar L.4
ketika specific speed turbin bernilai 1,189. Melalui Persamaan (2.1), Persamaan (2.2),
Persamaan (2.5), Persamaan (2.8), dan Persamaan (2.9) didapatkan sistem PHS
dengan karakter sistem discharge yang ditunjukkan oleh Tabel 4.2.

13

Tabel 4.2 Karakter sistem discharge sistem PHS

Parameter Besaran Satuan

Diameter pipa 6m

Specific speed turbin 1,189 -

Frekuensi turbin 250 rpm

Efisiensi pipa 96,50% -

Efisiensi turbin 95,00% -

Efisiensi generator 94,00% -

Efisiensi total sistem discharge 86,175% -

Daya discharge 68,034 MW

Energi discharge 340,169 MWh/hari

4.4 Konfigurasi Proses Charge
Melalui Persamaan (2.3) dan volume kerja pada subbab 4.2, diketahui bahwa

debit air yang dinaikkan ketika proses charge sebesar 80,895 m3/s. Karakter air dan
reservoir sama dengan proses discharge sehingga nilai densitas, percepatan gravitasi,
dan head bernilai sama dengan ketika proses discharge. Besaran fisis proses charge
dirangkum dalam Tabel 4.3 berikut.

Tabel 4.3 Besaran fisis proses charge

Parameter Besaran Satuan

Volume air kerja 1.348.166,854 m3

Waktu charge 4,629 Jam

Densitas air 1000 kg/m3

Percepatan gravitasi 9,8 m/s2

Debit rata-rata charge 80,895 m3/s

Head rata-rata charge 107,560 m

4.5 Pemilihan Pompa serta Perhitungan Daya dan Energi Charge
Pemilihan jenis pompa berdasarkan pada grafik specific speed, geometri, dan

efisiensi pompa pada Gambar L.5 dan Gambar L.6. Namun demikian, karena dalam
Persamaan (2.10) menunjukkan persamaan implisit antara specific speed dan efisiensi
pompa, diperlukan proses perhitungan iteratif untuk menentukan jenis pompa dan
daya yang dibutuhkan. Dalam perhitungan, diasumsikan diameter pipa, efisiensi pipa,
dan efisiensi motor sebesar 6 meter, 96,50%, dan 85,00% (Budiarto, 2013) (McNally
Institute, 2018). Kutub alternator diasumsikan sejumlah 16 buah dengan frekuensi
listrik keluaran sebesar 50 Hz. Melalui Persamaan, (2.5), Persamaan (2.6), Persamaan

14

(2.7), Persamaan (2.9), dan Persamaan (2.10), didapatkan sistem PHS dengan karakter
sistem charge yang ditunjukkan oleh Tabel 4.4. Berdasarkan Gambar L.5, jenis
pompa yang sesuai adalah sentrifugal.

Tabel 4.4 Karakter sistem charge sistem PHS

Parameter Besaran Satuan

Diameter pipa 6m

Specific speed pompa 0,980

Frekuensi pompa 187,5 rpm

Efisiensi pipa 96,50% -

Efisiensi pompa 90,00% -

Efisiensi motor 85,00% -

Efisiensi total sistem charge 73,823% -

Daya charge 115,508 MW

Energi charge 534,721 MWh/hari

4.6 Potensi Energi Matahari di Kalimantan Timur
Data radiasi matahari digunakan sebagai perhitungan berasal dari laman EU

Science Hub. Data tersebut tersedia dalam rentang tahun dari 2007 s.d. 2016. Selain
data radiasi matahari, dalam desain sistem PV, diperlukan juga data temperatur lokasi
terkait. Data temperatur didapatkan dari laman yang sama. Berdasarkan data yang
telah diolah dari laman tersebut, didapatkan temperatur rata-rata siang hari sebesar
27,684°C dan profil GHI terhadap waktu dalam satu hari yang ditampilkan pada
Gambar 4.1 (EU Science Hub, 2019).

GNI (W/m2) 800
y = 0.5797x4 - 29.139x3 + 509.48x2 - 3600.2x + 8854.6

700 R² = 0.9968
600
500
400
300
200
100

0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Waktu (WITA atau GMT+8)

Gambar 4.1 Profil GHI terhadap waktu GMT+8 dalam sehari.

15

Profil GHI tersebut diregresi dengan polinomial orde 4 sehingga

menghasilkan persamaan dengan R2 lebih dari 0,99. Energi radiasi matahari dapat

diketahui dengan mengintegralkan persamaan tersebut. Dengan demikian, didapatkan

persamaan energi matahari dengan satuan Wh/m2/hari sebagai berikut:

8854.6 x-1800.1 x^2 + 169.86 x^3-7.28475 x^4 + 0.11594 x^5 (4.3)

Nilai peak sun hour di Kalimantan Timur didapatkan melalui pengurangan substitusi

persamaan 4.3 dengan x sebesar 18 dan 7 (sesuai waktu penyinaran matahari, yaitu

dari pukul 07.00 sampai 18.00 WITA), yang kemudian dibagi dengan 1 kW/m2.

Dengan demikian, diperoleh nilai peak sun hour di Kalimantan Timur sebesar 4,629

jam. Hal tersebut menandakan bahwa intensitas sinar matahari sebesar 1 kW akan

diterima oleh permukaan horizontal dengan luas 1 m2 di wilayah tersebut selama

4,629 jam dalam sehari. Nilai peak sun hour tersebut yang digunakan sebagai durasi

atau proses charge PHS atau pemompaan air dari reservoir bawah ke reservoir atas.

4.7 Konfigurasi Sistem PV
Panel surya yang dipilih dalam sistem ini adalah Sunmodule Plus SWA 315

Mono buatan SolarWorld Americas Inc. Modul tersebut dipilih karena memiliki
efisiensi yang tinggi. Foto panel surya tersebut ditunjukkan oleh Gambar L.10.
Berdasarkan datasheet modul, spesifikasi panel surya tersebut ketika diuji pada
iradiasi 1000 W/m2 dan temperatur 25°C yang ditunjukkan oleh Tabel 4.5.

Tabel 4.5 Spesifikasi panel surya yang dipilih (US Department of Energy, 2018).

Parameter Besaran Satuan

Material Mono-c-Si -

Jumlah Sel 60 -

Lebar modul 1m

Panjang modul 1,62 m

Efisiensi modul 19,628% -

Daya keluaran 317,968 W

Temperature coefficient -0,406% °C-1

Losses yang terjadi pada sistem PV dijabarkan dalam Tabel 4.6. Losses
shading dihitung berdasarkan Gambar L.10. Losses temperature dihitung berdasarkan
Tabel 4.5 dan suhu rata-rata Kalimantan Timur di siang hari yang sebesar 27,684°C
(EU Science Hub, 2019). Losses degradation rate diperhitungkan selama 20 tahun,
dengan pertimbangan bahwa tidak perlu dilakukan penggantian atau penambahan
panel surya selama 20 tahun.

16

Tabel 4.6 Losses yang terjadi pada sistem PV

Jenis losses Kuantitas losses Efisiensi
98,0%
Soiling 2% 100,0%
100,0%
Shading 0% 98,0%
99,0%
Snow 0% 99,5%
98,5%
Mismatch 2% 99,0%
97,0%
Wiring 1% 98,9%
90,916%
Connections 0,5% 80,470%

Light-induced degradation 1,5%

Nameplate 1%

Availability 3%

Temperature 1,1%

Degradation Rate 0,5%/tahun

Efisiensi sistem PV karena losses selama 20 tahun

4.8 Perhitungan Jumlah Panel surya yang Dibutuhkan
Sistem PV harus dapat memasok daya dan energi pompa yang telah

dipaparkan pada subbab 4.5. Jumlah panel surya yang diperlukan dapat diketahui
melalui Persamaan (2.11). Dengan daya pompa sebesar 115,508 MW, daya keluaran
setiap modul sebesar 317,968 W, dan efisiensi karena losses sebesar 80,470%, maka
jumlah panel surya yang dibutuhkan sebanyak 451.433 buah. Berdasarkan dimensi
panel surya pada Tabel 4.5, jumlah panel surya tersebut membutuhkan lahan seluas
731.321,737 m2. Dengan luas permukaan reservoir atas sebesar 1.045.060,200 m2 dan
reservoir bawah sebesar 2.566.678,200 m2, luas lahan yang dibutuhkan sistem PV
tersebut lebih kecil daripada luas permukaan reservoir sehingga sistem PV dapat
diletakkan di permukaan reservoir dengan konsep floating PV. Ilustrasi sistem yang
diusulkan ditunjukkan oleh Gambar 4.2. Gambar tersebut hanya merupakan ilustrasi
yang tidak memperhitungkan skala.

17

Gambar 4.2 Ilustrasi sistem PV-PHS yang diusulkan.

4.9 Penghematan Emisi Karbon Sistem PV-PHS

Pada penulisan ini, emisi karbon sistem PV-PHS dibandingkan dengan emisi

karbon PLTU dengan energi pembangkitan yang sama. Berdasarkan studi pustaka

yang telah dijelaskan pada subbab 2.5.2, emisi karbon sistem PV dan PLTU

diasumsikan berturut-turut sebesar 37,5 gCO2 dan 888 gkCWOh2. Sementara itu, apabila
kWh

sistem emisi karbon sistem PV sebesar 37,5 gkCWOh2, maka emisi karbon sistem PHS

sebesar 80 gCO2 berdasarkan Gambar L.9. Oleh karena tidak ada energi sistem PV yang
kWh

disalurkan ke beban (semua energinya disalurkan ke PHS), maka emisi karbon sistem

PV telah termasuk ke dalam emisi karbon PHS yang sebesar 80 gCO2 .
kWh

Seperti yang dijelaskan pada subbab 4.3 sistem PV-PHS yang diusulkan dalam

penulisan ini menyalurkan energi sebesar 340,169 MWh/hari ke beban. Sementara

itu, sebagai pembanding, PLTU juga menghasilkan jumlah energi yang sama yang

disalurkan ke beban oleh sistem PV-PHS, yaitu 340,169 MWh/hari. Dengan jumlah

energi tersebut, sistem PV-PHS, dan PLTU berturut-turut menghasilkan emisi karbon

sebesar 27,214 tonCO2/hari dan 302,070 tonCO2/hari. Emisi karbon PV-PHS tersebut
jauh di bawah emisi karbon PLTU. Emisi karbon PV-PHS tersebut hanya mencapai

9,009% emisi karbon PLTU, sehingga penghematan karbon yang dapat dilakukan

oleh sistem PV-PHS adalah 90,991% atau 274,857 tonCO2 setiap hari.

18

5 BAB V
KESIMPULAN DAN REKOMENDASI

5.1 Kesimpulan
1. Desain PHS pada Lubang Bekas Tambang X yang diusulkan dapat menyesuaikan

ketersediaan suplai energi dan kebutuhan beban. PHS dapat menyimpan listrik
dari sistem PV dengan daya 115,508 MW selama 4,629 jam dengan efisiensi
73,823%. PHS dapat menyuplai listrik ke calon ibukota baru dengan daya 68,034
MW selama terjadi beban puncak (5 jam) dengan efisiensi 86,175%.
2. Sistem PV memiliki kapasitas 115,508 MW dengan 451.433 panel surya yang
menempati lahan seluas 731.321,737 m2. Oleh karena luas permukaan sistem PV
lebih kecil dibandingkan dengan luas permukaan reservoir PHS, sistem PV dapat
menempati permukaan reservoir PHS tersebut sebagai floating PV.
3. Pengoperasian sistem PV-PHS yang diusulkan dapat menghemat emisi karbon
sebesar 90,991% atau 274,857 tonCO2 setiap hari.

5.2 Rekomendasi
Penelitian ini belum mempertimbangkan faktor ekonomi saat proses desain,

sehingga pada penelitian selanjutnya, perlu dilakukan analisis ekonomi terhadap
sistem PV-PHS yang diusulkan.

6 DAFTAR PUSTAKA

Adaramola, M., 2017. Climate Change and the Future of Sustainability: The Impact on
Renewable Resources. Boca Raton: CRC Press.

Apriando, T., 2017. Who Owns Indonesia’s Deadly Abandoned Coal Mines?. [Online]
Tersedia di: https://news.mongabay.com/2017/05/who-owns-indonesias-deadly-
abandoned-coal-mines/ [Diakses 11 Maret 2020].

Bagher, A. M., Vahid, M. M. A. & Mohsen, M., 2015. Types of Solar Cells and
Application. American Journal of Optics and Photonics, 3(5), pp. 94-113.

Brennen, C. E., 1994. Hydrodynamics of Pumps. Hartford: Concepts NREC.
Budiarto, R., 2013. Pemanfaatan Energi Air. Dalam: Pengantar Teknologi Energi

Terbarukan. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada.
Çengel, Y. A. & Cimbala, J. M., 2006. Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications.

Edisi ke-1. New York: McGraw-Hill.
Denholm, P. & Kulcinski, G. L., 2004. Life Cycle Energy Requirements and Greenhouse

Gas Emissions from Large Scale Energy Storage Systems. Energy Conversion
and Management, Issue 45, pp. 2153-2172.

19

Direktur Jenderal Ketenagalistrikan, 2019. Briefing Sheet Direktur Jenderal
Ketenagalistrikan pada Media Gathering Update Isu dan Capaian Subsektor
Ketenagalistrikan, Jakarta: PT Perusahaan Listrik Negara.

Dixon, S. L. & Hall, C. A., 2014. Fluid Mechanics and Thermodynamics of
Turbomachinery. Edisi ke-7. Waltham: Elsevier Inc..

Electrical4U, 2020. Construction of Alternator. [Online] Tersedia di:
https://www.electrical4u.com/construction-of-alternator/ [Diakses 17 April
2020].

EU Science Hub, 2019. Photovoltaic Geographical Information System. [Online]
Tersedia di: https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/tools.html#TMY [Diakses 5
Januari 2020].

Fthenakis, V. & Alsema, E., 2006. Photovoltaics Energy Payback Times, Greenhouse
Gas Emissions and External Costs: 2004-Early 2005 Status. Progress in
Photovoltaics: Research and Application, pp. 275-280.

Fuchs, G., Lunz, B., Leuthold, M. & Sauer, D. U., 2012. Technology Overview on
Electricity Storage, Aachen: RWTH Aachen University.

Handoyo, E. A., Ichsani, D. & P., 2013. The Optimal Tilt Sngle of a Solar Collector.
Energy Procedia, Volume 32, pp. 166-175.

Honsberg, C. & Bowden, S., 2019. Average Solar Radiation. [Online] Tersedia di:
https://www.pveducation.org/pvcdrom/properties-of-sunlight/average-solar-
radiation [Diakses 24 Juni 2020].

Kementerian Perencanaan Pembangunan Nasional, 2019. Rencana Pembangunan
Jangka Menengah Nasional 2020-2024, Jakarta: Kementerian Perencanaan
Pembangunan Nasional.

Luque, A. & Hegedus, S., 2011. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering.
West Sussex: John Wiley and Sons, Ltd..

McNally Institute, 2018. Pump Efficiency. [Online] Tersedia di:
https://www.mcnallyinstitute.com/06-html/6-01.html [Diakses 10 Juni 2020].

McNeil, M. A., Karali, N. & Letschert , V., 2019. Forecasting Indonesia's Electricity Load
through 2030 and Peak Demand Reductions from Appliance and Lighting
Efficiency. Energy for Sustainable Development, Volume 49, pp. 65-77.

Messenger, R. A. & Ventre, J., 2005. Photovoltaic Systems Engineering. Edisi ke-2. New
York: CRC Press.

Pandria, A. & Mukhlizar, 2017. Penentuan Kemiringan Sudut Optimal. Jurnal
Optimalisasi, Volume 3, pp. 123-131.

20

PT PLN (Persero), 2019. RUPTL Rencana Usaha Penyediaan Tenaga Listrik PT. PLN
(Persero) 2019-2028, Jakarta: PT PLN (Persero).

Purwoto, B. H., J., Alimul , M. & Huda, I. F., 2018. Efisiensi Penggunaan Panel Surya
Sebagai Sumber Energi Alternatif. Emitor: Jurnal Teknik Elektro, 18(01), pp. 10-
14.

Ramli, R., 2019. Dibagi 3 Tahap, Pemindahan Ibu Kota RI ke Kalimantan Berlangsung
hingga 2045. [Online] Tersedia di: https://www.inews.id/finance/makro/dibagi-
3-tahap-pemindahan-ibu-kota-ri-ke-kalimantan-berlangsung-hingga-2045
[Diakses 25 Mei 2020].

Reinders, A., Verlinden, P., Sark, W. v. & Freundlich, A., 2017. Photovoltaic Solar
Energy from Fundamentals to Applications. Hoboken: John Wiley & Sons, Ltd.

Reno, M. J., Hansen, C. W. & Stein, J. S., 2012. Global Horizontal Irradiance Clear Sky
Models: Implementation and Analysis. SANDIA REPORT, pp. 1-66.

Solargis, 2019. Global Solar Atlas. [Online] Tersedia di: https://globalsolaratlas.info
[Diakses 3 Januari 2020].

SolarWorld, 2014. Sunmodule Pro-Series XL SW 310-315 Mono, Camarillo: SolarWorld
Americas Inc..

Stelzer, R. S. & Walters, R. N., 1979. Estimating Reversible Pump-Turbine
Characteristics. Colorado: First Printing.

US Department of Energy, 2018. System Advory Model Help. Washington, D.C.: US
Department of Energy.

World Nuclear Association, 2012. Comparison of Lifecycle Greenhouse Gas Emissions
of Various Electricity Generation Sources, London: World Nuclear Association.

Zuliana, M. S., 2017. Analisis Potensi Pemanfaatan Lahan Bekas Tambang Batubara
sebagai Penyimpan Energi Listrik Jenis Pumped Hydro Storage di Wilayah
Paser, Kalimantan Timur, Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada.

21

7 DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Biodata Penulis 1

A. Identitas Diri

1. Nama Lengkap Ismu Rijal Fahmi

2. NIM 17/410182/TK/45539

3. Angkatan 2017

4. Program Studi/Jurusan Teknik Fisika

5. Fakultas Teknik

Tempat dan Tanggal
6. Magelang, 21 Juli 1999

Lahir

7. Alamat Wonolelo RT/RW 003/005, Muntilan,
Muntilan, Magelang, Jawa Tengah

8. E-mail [email protected]

9. Nomor Telepon/HP 089675229761

B. Karya Ilmiah

No. Judul Karya Acara Tahun
2018
GoR: Kacamata Pengingat Bagi Penderita Program

1. Miopia dengan Mengindikasi Adanya Kreativitas
Ketidakoptimalan Cahaya, Jarak, Durasi Mahasiswa

C. Pengalaman Organisasi/Kepanitiaan

No. Organisasi/Acara Posisi Tahun
2019 s.d.
Koordinator sekarang
Keluarga Mahasiswa Sentra
1. Hubungan 2019
Energi (KAMASE)
2019
Masyarakat

2. Seminar Energi “IDENERGI” Koordinator
Acara

3. Konferensi Energi Internasional Liaison

“Astechnova” Officer

22

4. Seminar Energi “EPSILON” Koordinator 2019
Acara
2018 s.d.
Gadjah Mada Flying Object Divisi 2019

5. Research Center Telemetri 2018 s.d.
2019
(GAMAFORCE)
2018 s.d.
Gerakan Kerelawanan 2019

6. Internasional (GREAT) Ketua

Yogyakarta

Tim Riset Telemetri Lembaga

7. Penelitian dan Kajian Teknik Ketua

Aplikatif (LPKTA)

D. Penghargaan

No. Jenis Penghargaan Institusi Pemberi
Tahun

Penghargaan

Scholarship Grantee for Global

Summer Programme in 2019
1. Tahir Foundation
Singapore Management

University

Delegate of UGM for Kochi University of

2. YOSAKOI Summer School in Techonology 2018

Kochi, Japan

Kementerian Riset,

Beasiswa Peningkatan Prestasi Teknologi, dan
3. 2018
Akademik (PPA) Pendidikan Tinggi

Republik Indonesia

Biodata Penulis 2 Faradhila Anasta Sari
A. Identitas Diri 17/413548/TK/45988
1. Nama Lengkap
2 NIM

23

3 Program Studi/Jurusan Teknik Fisika

4 Fakultas Teknik

Tempat dan Tanggal
5 Jakarta, 22 Januari 1999

Lahir

Kampung Baru No. 97 Kelapa Dua

6 Alamat Wetan, Ciracas, Jakarta Timur, DKI

Jakarta

7 E-mail [email protected]

8 Nomor Telepon/HP 085716463934

B. Karya Ilmiah

No. Judul Karya Acara Tahun

Labma
Analisis Potensi Energi Laut di Pulau Alor
1. Scientific 2019

Sebagai Sumber Energi Terbarukan
Fair UII

Optimalisasi Desain Hybrid Pembangkit Chemistry

2. Listrik Tenaga Air-Surya Studi Kasus di Competition 2020

Bendungan Gerak Serayu UNJ

C. Pengalaman Organisasi/Kepanitiaan

No. Organisasi/Acara Posisi Tahun

Ikatan Mahasiswa Teknologi 2019 s.d.
1. Bendahara sekarang

Instrumentasi (Kamalogis)

Koordinator 2019
media
2. Seminar Energi “EPSILON” partner

3. Seminar Kewirausahaan “E-DAYS” Anggota 2019
divisi

24

hubungan
masyarakat

Koordinator 2019
Komisi Pemilihan Umum

divisi
4. Departemen Teknik Nuklir dan

hubungan
Teknik Fisika UGM

masyarakat

D. Penghargaan Institusi Pemberi Tahun
No. Jenis Penghargaan Penghargaan -
--
-

Biodata Penulis 3
A. Identitas Diri

1. Nama Lengkap Yahya Bachtiar

2 NIM 17/410193/TK/45550

3 Program Studi/Jurusan Teknik Fisika

4 Fakultas Teknik

Tempat dan Tanggal
5 Purwokerto, 2 April 1999

Lahir

Permata Bekasi 1 H 9, Kelurahan Duren

6 Alamat Jaya, Kecamatan Bekasi Timur, Kota

Bekasi

7 E-mail [email protected]

8 Nomor Telepon/HP 081617433965

B. Karya Ilmiah

No. Judul Karya Acara Tahun

25

-- --
C. Pengalaman Organisasi/Kepanitiaan
Posisi Tahun
No. Organisasi/Acara

Ikatan Mahasiswa Teknologi Kepala Divisi 2019 s.d.
1 sekarang
Instrumentasi (Kamalogis) Media

Komisi Pemilihan Umum 2018
2 Staff Media

Fakultas Teknik UGM

Keluarga Muslim Fakultas 2017 s.d.
3 Staff Media 2018

Teknik UGM

D. Penghargaan Institusi Pemberi Tahun
No. Jenis Penghargaan Penghargaan -
--
-

26

L. LAMPIRAN

Gambar L.1 Proyeksi profil beban listrik harian di Indonesia pada tahun 2030
(McNeil, et al., 2019).

Tabel L.1 Hubungan antara level dan volume air pada Lubang Bekas Tambang X

yang dijadikan reservoir PHS (Zuliana, 2017).

Level air Volume air Volume air

reservoir (m) reservoir atas reservoir bawah
(m3) (m3)

0 32.552.281 191.665.924

-5 32.316.600 191.456.402

-10 31.490.339 190.877.859

-15 30.253.759 189.926.560

-20 28.693.652 188.595.379

-25 26.980.545 186.647.644

-30 25.319.045 184.140.781

-35 23.333.464 181.649.746

-40 20.961.078 177.425.189

-45 17.881.464 174.038.498

-50 14.489.462 170.387.844

-55 7.800.989 165.059.703

-60 6.157.301 159.961.900

-65 4.930.010 155.368.445

-70 3.584.166 150.305.753

-75 - 145.545.115

27

-80 - 140.579.192
-85 - 133.313.555
-90 - 123.319.559
-95 - 113.884.722
-100 - 105.212.104
-105 - 93.566.442
-110 - 77.515.476
-115 - 61.962.613
-120 - 54.671.608
-125 - 37.422.186
-130 - 32.432.465
-135 - 18.465.549
-140 - 12.661.615
-145 - 7.297.978
-150 - 3.223.793

0 10,000,000 20,000,000 30,000,000 40,000,000
0
Level Air di Reservoir Atas (m) y = 5.14860E-21x3 - 2.39725E-13x2 + 4.82312E-06x - 8.30285E+01
-10 R² = 9.95488E-01

-20 Volume Air di Reservoir Atas (m3)

-30

-40

-50

-60

-70

-80

Gambar L.2 Grafik hubungan level dan volume air reservoir atas.

28

Level Air di Reservoir Bawah (m) 0 50000000 100000000 150000000 200000000 250000000
0
y = 4.38926E-23x3 - 1.01988E-14x2 + 1.08500E-06x - 1.53234E+02
-20 R² = 9.95003E-01

-40 Volume Air di Reservoir Bawah (m3)

-60

-80

-100

-120

-140

-160

Gambar L.3 Grafik hubungan level dan volume air reservoir bawah.

Tabel L.2 Area kerja turbin air (Dixon & Hall, 2014).

Parameter Turbin pelton Turbin francis Turbin kaplan
Kecepatan spesifik (rad) 0,05-0,4 0,4-2,2 1,8-5
Head (m) 100-1770 20-900 6-70
Daya maksimum (MW) 500 800 300
Efisiensi optimal (%) 90 95 94

Gambar L.4 Hubungan antara kecepatan spesifik dan efisiensi turbin (Dixon &
Hall, 2014).

29

Gambar L.5 Hubungan antara kecepatan spesifik pompa dan geometri pompa
(Brennen, 1994).

Gambar L.6 Hubungan antara geometri dan efisiensi pompa (Brennen, 1994).

Level (m) 30

L.
Gambar L.7 Jalur Pipa C (Zuliana, 2017).

Gambar L.8 Ilustrasi peak sun hour (Honsberg & Bowden, 2019).

31

Gambar L.9 Hubungan antara emisi karbon sistem penyimpan energi terhadap
emisi karbon sistem pembangkit energi yang menyuplainya (Denholm &
Kulcinski, 2004).

Jenis losses Tabel L.3 Penjelasan losses pada PV
Soiling Penjelasan losses

Shading Losses yang disebabkan oleh debu, kotoran, dan benda asing
lainnya yang menempel pada permukaan panel surya sehingga
menghambat perambatan cahaya ke sel surya. Losses soiling
berkisar 1-10% (Reinders, et al., 2017)
Losses yang disebabkan oleh bayangan bangunan, pohon, atau
sistem PV itu sendiri. Losses PV tersebut ditampilkan dalam
Gambar L.1 (US Department of Energy, 2018). Shading
dipengaruhi oleh ground cover ratio. Ground Cover Ratio (GCR)
adalah rasio luas area sistem yang tertutupi oleh susunan panel
surya dengan luas area sistem keseluruhan. Susunan panel surya
terdiri atas susunan fixed, 1-axis tracking, dan 2-axis tracking.
Susunan PV fixed berarti panel surya dipasang secara tetap tanpa
ada perubahan arah hadap. Susunan PV 1-axis tracking berarti
arah hadap panel surya dapat diubah berdasarkan satu sumbu
gerak, misalnya ke barat dan timur atau ke utara dan selatan.

32

Snow Susunan PV 2-axis tracking berarti arah hadap panel surya dapat
diubah berdasarkan dua sumbu gerak, misalnya ke barat dan timur
Mismatch sekaligus ke utara dan selatan.
Losses yang disebabkan oleh salju yang menutupi permukaan
Wiring panel surya.
Losses yang disebabkan oleh variasi tegangan, arus, shading,
Connections soiling, dan degradasi antar panel surya dalam satu sistem. Losses
Light- akibat mismatch, biasanya sebesar 0,5%-5% (Reinders, et al.,
induced 2017).
degradation Losses resistif yang ada pada jaringan kabel DC dan AC. Rentang
Nameplate losses ini berkisar pada 0,5%-1,5% pada DC dan kurang atau sama
dengan 1% pada AC (Reinders, et al., 2017).
Availability Losses yang disebabkan oleh konektor listrik pada sistem. Nilai
losses ini dapat diasumsikan sebesar 0,5% (US Department of
Temperature Energy, 2018).
Coefficient Losses yang disebabkan oleh adanya oksigen yang terjebak dalam
Degradation modul saat proses pembuatannya (Luque & Hegedus, 2011). Nilai
Rate losses ini berkisar 1-3% pada panel surya silikon tipe wafer (US
Department of Energy, 2018).
Losses yang disebabkan oleh ketidaksesuaian daya yang
dihasilkan terhadap daya spesifikasi yang ada. Nilai losses ini
dapat diasumsikan sebesar 1% (US Department of Energy, 2018).
Losses yang disebabkan oleh penghentian operasi karena
malfungsi, perbaikan periodik, pemadaman jaringan, dan berbagai
faktor operasional lainnya. Nilai losses ini dapat diasumsikan
sebesar 3% (US Department of Energy, 2018).
Losses yang disebabkan oleh temperatur. Semakin tinggi
temperatur, semakin besar losses yang ada. Koefisien ini biasanya
tercantum pada datasheet panel surya yang dinyatakan dalam
%/°C atau W/°C.
Losses yang disebabkan oleh menurunnya kualitas panel surya
seiring berjalannya waktu. Nilai losses ini dapat diasumsikan
sebesar 0,5% pertahun (US Department of Energy, 2018).

33

Gambar L.10. Grafik hubungan ground cover ratio (GCR) terhadap shading
derate factor dengan variasi mode tracking dan sudut kemiringan (US
Department of Energy, 2018).

Gambar L.11. Foto panel surya Sunmodule Plus SWA 315 Mono (SolarWorld,
2014).

Pembangunan dan Infrastruktur
LOMBA KARYA TULIS ILMIAH 2020
ANALISA GEOLOGI TEKNIK DALAM PERENCANAAN
PEMBANGUNAN DAERAH BEBAS LONGSOR DI DESA
NGADIRGO DAN SEKITARNYA, KECAMATAN MIJEN,
KABUPATEN SEMARANG, JAWA TENGAH

Diusulkan oleh:
(Eva Cintia Purba, 21100117120026 ; 2017)
(Agus Nur Shidik, 21100117120018 ; 2017)
(Andrian Nur Habib Musthofa, 21100117120011 ; 2017)

UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2020

Lembar Pengesahan

1. Judul Karya Tulis: Analisa Geologi Teknik Dalam Perencanaan Pembangunan
Daerah Bebas Longsor di Desa Ngadirgo Dan Sekitarnya, Kecamatan Mijen,
Kabupaten Semarang, Jawa Tengah

2. Sub Tema : Pembangunan dan Infrastruktur

3. Ketua Pelaksana

a. Nama Lengkap : Eva Cintia Purba

b. NIM : 21100117120026

c. Program Studi : Teknik Geologi

d. Perguruan Tinggi : Universitas Diponegoro

e. Alamat : Jl. Banjarsari No.55, Kec. Tembalang, Semarang

f. No HP : 081274259910

g. Email : [email protected]

4. Nama Anggota/Jurusan/Angkatan

a. Agus Nur Shidik/Teknik Geologi/2017

b. Andrian Nur Habib Mustofa/Teknik Geologi/2017

5. DosenPendamping

a. Nama Lengkap dan Gelar: Ahmad Syauqi Hidayatillah, S.T., M.T

b. NIDN : 0018119004

c. Alamat : Jl. Sumurboto No. 40, Kec. Banyumanik, Semarang

d. No HP : 085727156848

Dosen Pendamping Semarang, 26 Juli 2020
Ketua Tim Pelaksana

Ahmad Syauqi Hidayatillah, S.T., M.T Eva Cintia Purba
NIDN: 0018119004 NIM: 21100117120026

Mengetahui,
Wakil Rektor/Dekan Bidang Kemahasiswaan

Dr. nat. tech. Siswo Sumardiono, ST, MT
NIP. 19750915 200012 1001

i



KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan yang Maha Esa yang telah memberikan
rahmat dan karunia-Nya kepada kami, sehingga karya tulis yang berjudul “Analisa
Geologi Teknik Dalam Perencanaan Pembangunan Daerah Bebas Longsor di Desa
Ngadirgo Dan Sekitarnya, Kecamatan Mijen, Kabupaten Semarang, Jawa Tengah”
ini dapat diselesaikan. Kami ucapkan terima kasih bagi seluruh pihak yang telah
membantu kami dalam pembuatan karya tulis ini dan berbagai sumber yang telah
kami pakai sebagai data dan fakta pada karya tulis ini.

Kami mengakui bahwa kami adalah manusia yang mempunyai keterbatasan
dalam berbagai hal. Oleh karena itu tidak ada hal yang dapat diselesaikan dengan
sangat sempurna. Begitu pula dengan karya tulis ini yang telah kami selesaikan.
Tidak semua hal dapat kami deskripsikan dengan sempurna dalam karya tulis ini.
Kami melakukannya semaksimal mungkin dengan kemampuan yang kami miliki.
Maka dari itu, kami bersedia menerima kritik dan saran dari pembaca yang
budiman. Kami akan menerima semua kritik dan saran tersebut sebagai batu
loncatan yang dapat memperbaiki karya tulis kami di masa datang.

Semarang, Juli 2020

Penulis

iii