Jurnal Matematika, Sains, dan Pembelajarannya
DOI:10.31605/saintifik.v10i1.462
ISSN 2622-8904 (online)

## Simulasi dan Pemodelan Sistem Optimalisasi Daya Panel Surya Menggunakan Metode Pelacakan Titik Daya Maksimum
Khaeriah Dahlan* 1 , Kezia N. Anou 2 , Daniel Napitupulu 3 , Hardi Hamzah 4 , Ulfa h Sa’adah 5
1,2,4 Program Studi Fisika, Jurusan Fisika FMIPA Universitas Cenderawasih
3 Program Studi Teknik Geofisika, Jurusan Fisika FMIPA Universitas Cenderawasih
5 Departement of Mathematics Education, IAIN Fattahul Muluk e-mail: khaeriahd@gmail.com

## Abstrak
Panel surya memiliki karakteristik tegangan dan  arus yang tidak linear dan berubah terhadap iradiansi dan temperatur permukaan panel surya yang mengakibatkan rendahnya efisiensi. Tetapi pada kurva karakteristik terdapat suatu titik dimana panel surya dapat bekerja pada efisiensi maksimum sehingga dapat menghasilkan daya keluaran yang paling besar. Jadi diperlukan sebuah metode agar dapat melacak titik daya maksimum dan  menjaganya tetap berada pada titik kerja maksimum tersebut. Pada  pemodelan sel surya, digunakan sebuah sistem pelacakan berupa sistem elektronik yang mengoperasikan modul sel surya agar dapat menghasilkan daya yang optimum, dimana sistem ini akan memvariasikan titik operasi elektrik pada modul sel surya sehingga modul dapat memberikan daya  maksimum yang  tersedia. Dari hasil simulasi menggunakan Matlab-Simulink diperoleh panel surya yang  menggunakan metode pelacakan titik daya maksimum menghasilkan daya  keluaran yang lebih besar dibandingkan dengan panel surya tanpa menggunakan metode pelacakan titik daya maksimum.
Kata kunci—Metode Pelacakan Titik Daya Maksimum, Panel Surya, Simulasi.

## 1. PENDAHULUAN
Peningkatan kebutuhan energi alternatif yang ramah lingkungan pada saat ini dipengaruhi oleh banyak faktor, antara lain perubahan iklim akibat emisi gas rumah kaca (Nainggolan H., 2023)(Setiani P., 2020), keterbatasan sumber daya fosil (Shahbaz M., 2021)(Irfan M., 2021), pencemaran udara (Chien F., 2021), dan peningkatan inovasi serta kemajuan teknologi (Usman M.,  2021). Peningkatan penggunaan energi alternatif mendorong inovasi dan  pengembangan teknologi yang lebih maju. Teknologi energi terbarukan semakin berkembang pesat dan menjadi lebih efisien, sehingga dapat memberikan solusi yang lebih baik dan lebih berkelanjutan untuk kebutuhan energi dunia. Salah satu perkembangan energi alternatif yang cukup pesat adalah pemanfaatan energi matahari dari panel surya. Walaupun wilayah Indonesia memiliki potensi yang sangat besar untuk mengembangkan pembangkit listrik tenaga surya karena dilewati oleh garis khatulistiwa, namun sel surya merupakan sumber energi terbarukan yang efisiensinya hanya sekitar 7 – 28% dari kemampuannya mengkonversi cahaya matahari menjadi daya listrik (Pastuszak J.,  2022). Rendahnya efisiensi ini dapat diakibatkan karena beberapa faktor antara lain kondisi beban dan  temperatur  panel  surya  (Ayeng’o  S.P., 2019)(Mustafa R.J., 2020). Beberapa penelitian sebelumnya mengenai optimalisasi daya panel surya telah dilakukan antara lain menggunakan cermin datar sebagai reflektor scanning untuk meningkatkan keluaran arus dan tegangan panel surya Kaban S.A., (2020), menggunakan suatu sistem yang dapat mengendalikan suhu agar panel tetap berada pada suhu normal (Rochim W.A., 2019), dan melakukan pengaturan posisi permukaan solar sel selalu tegak lurus terhadap arah datangnya matahari sehingga meningkatkan perolehan energi listrik (Tukiman T., 2020). Salah satu cara untuk mengoptimalkan daya panel surya yaitu merancang sistem kontrol dengan metode pelacakan. Agar daya maksimum dapat diperoleh dari sel surya, maka perlunya pengoperasian sel surya pada titik daya optimalnya. Untuk meningkatkan performansi pada panel surya digunakan sebuah
https://jurnal.unsulbar.ac.id/index.php/saintifik
sistem  yang  dikenal  sebagai  metode  pelacakan  titik  daya  maksimum.  Dengan  penambahan  sistem  ini diharapkan mampu meningkatkan nilai efisiensi dari sumber tersebut.

## 2. METODE PENELITIAN
Metode dalam penelitian ini dibagi menjadi dua tahapan yaitu simulasi untuk merancang sistem panel surya dan pemodelan sistem untuk merancang blok diagram sistem pelacakan titik daya maksimum.

## 2.1 Simulasi Sistem
Pada  umumnya  sistem  sel  surya  yang  menghasilkan  daya  DC  bergantung  pada  intensitas  cahaya matahari  dan  temperatur  lingkungan.  Daya  yang  dihasilkan  bervariasi  sesuai  dengan  jumlah  beban.  Dalam rangka  memberikan  daya  maksimum  untuk  beban,  algoritma  pelacakan  maksimum  daya  diperlukan  untuk sistem  sel  surya.  Jenis  panel  surya  yang  digunakan  adalah  modul  PV  SR-  10M  Solar  Cell.  Berikut  adalah rancangan simulasi panel surya SR-10M pada program Matlab-Simulink.

## Gambar 1. Perancangan Simulasi Sistem Panel Surya

## 2.2 Pemodelan Sistem
Pada  pemodelan  sel  surya,  digunakan  sebuah  sistem  pelacakan  berupa  sistem  elektronik  yang mengoperasikan  modul  sel  surya  agar  dapat  menghasilkan  daya  yang  optimum,  dimana  sistem  ini  akan memvariasikan titik operasi elektrik pada modul sel surya sehingga modul dapat memberikan daya maksimum yang tersedia. Metode ini diterapkan pada konverter DC-DC yang digunakan. Bagian yang paling penting dari sistem  pelacakan  titik  daya  maksimum  adalah  algoritma  kontrolnya.  Algoritma  tersebut  akan  memutuskan kenaikan atau penurunan dari duty cycle mosfet konverter DC-DC untuk menemukan titik daya maksimum. Metode ini bekerja dengan menerapkan variasi tegangan ke arah yang terbesar atau nilai terkecil. Pengaruhnya muncul pada nilai daya. Jika daya meningkat, tegangan atau arus akan terus divariasikan di arah yang sama, jika tidak, maka akan diteruskan pada arah yang terbalik. Tegangan pada sel diperturbasi dan dibandingkan dengan  titik  daya  sebelumnya  secara  berkala.  Pemodelan  panel  surya  ini  menggunakan  program  Matlab  – Simulink.
Pada  penelitian  ini,  tegangan  rangkaian  terbuka  (V OC )  panel  surya  yang  digunakan  adalah  20.6  V. Tegangan operasi ini digunakan untuk menentukan awal duty cycle untuk MOSFET dan juga nilai komponen lainnya. Selain V OC , beberapa spesifikasi elektrik lainnya juga dijadikan titik ukur penentuan parameter dari konverter yang akan dirancang. Saat parameter tiap komponen telah ditentukan, maka mekanisme feedback pada sistem pelacakan daya maksimum akan mengatur duty cycle berdasarkan kondisi operasi sebenarnya.
https://jurnal.unsulbar.ac.id/index.php/saintifik

## Gambar 2. Blok Diagram Pemodelan Sistem Pelacakan Titik Daya Maksimum

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Panel  surya  disimulasikan  berdasarkan  karakteristik  elektrik  dari  jenis  panel  surya  SR-10M.  Pada gambar  2.  terlihat  bahwa  tegangan  rangkaian  terbuka  (VOC)  berada  pada  20,6  volt  pada  saat  arus  hubung singkat (ISC) bernilai 0,64 A dan daya maksimum yang dihasilkan adalah 10 W yang terjadi saat nilai tegangan maksimum 17 volt dan arus maksimum 0,59 A. Hasil simulasi ini sesuai dengan spesifikasi panel surya SR- 10M. Berikut ini merupakan hasil simulasi panel surya menggunakan program Matlab-Simulink.
Gambar 3. Karakteristik I-V Panel Surya pada Standart Test Condition (STC)
Untuk  mengetahui  pengaruh  iradiansi  dan  temperatur  terhadap  tegangan  dan  arus  keluaran  yang dihasilkan oleh panel surya, maka modul panel surya disimulasikan pada kondisi (a) iradiansi yang bervariasi,
Ar u s (Am p er e)
Tegangan (Volt)
https://jurnal.unsulbar.ac.id/index.php/saintifik
dimana temperaturnya di set pada suhu 25 o C dan pada kondisi (b) temperatur yang bervariasi, dimana tingkat iradiansi di set pada nilai 1000W/m 2 , seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 4. Karakteristik I-V Panel Surya pada (a) tingkat iradiansi yang bervariasi, (b) temperatur permukaan panel surya yang bervariasi.
Dari hasil simulasi karakteristik pada gambar 4(a), dapat diketahui bahwa arus hubung singkat (I SC ) pada panel surya bergantung secara linear pada tingkat iradiansi, sedangkan tegangan rangkaian terbuka (V OC ) bergantung  secara  logaritmik  pada  tingkat  iradiansi,  sehingga  tegangan  keluaran  akan  naik  dengan meningkatnya level iradiansi. Tetapi hal ini tidak harus selalu terjadi dikarenakan temperatur panel surya akan naik seraya dengan meningkatnya level iradiansi. Inilah yang menjadikan pengaruh temperatur sangat penting untuk dipertimbangkan seperti yang ditunjukkan pada gambar 4(b), dimana terlihat bahwa terjadi pengurangan tegangan dengan semakin naiknya temperatur panel surya.
Penurunan nilai tegangan atau arus juga akan berdampak pada berkurangnya daya keluaran pada panel surya. Pengaruh iradiansi dan temperatur terhadap daya keluaran dari panel surya, ditunjukkan pada gambar berikut ini.
Gambar 5. Karakteristik P-V Panel Surya pada (a) tingkat iradiansi yang bervariasi, (b) temperatur permukaan panel surya yang bervariasi.
Pemodelan sistem panel surya dilakukan dengan membandingkan sistem yang menggunakan metode pelacakan  titik  daya  maksimum  dengan  sistem  yang  tidak  menggunakan  metode  pelacakan  titik  daya maksimum. Pada pemodelan ini, kondisi iradiansi dan temperatur di set tetap, yaitu pada iradiansi 1000 W/m 2 dan temperatur 25 o C.
A rus ( A m pe re ) Tegangan (Volt) Tegangan (Volt) A rus ( A m pe re ) (a) (b)
D aya ( Wa tt ) Tegangan (Volt) D aya ( Wat t) Tegangan (Volt) (a) (b)
https://jurnal.unsulbar.ac.id/index.php/saintifik
Gambar 6. Tegangan, arus dan daya keluaran panel surya tanpa menggunakan metode pelacakan titik daya maksimum.
Gambar 7. Tegangan, arus dan daya keluaran panel surya menggunakan metode pelacakan titik daya maksimum.
Dari hasil simulasi pada gambar 6, diperoleh nilai daya keluaran dari panel surya tanpa menggunakan metode  pelacakan  titik  daya  maksimum  adalah  9,4  W  pada  tegangan  19  V  dan  arus  keluaran  0,495  A. Sedangkan  saat  panel  surya  menggunakan  metode  pelacakan  titik  daya  maksimum  yaitu  pada  gambar  7,
https://jurnal.unsulbar.ac.id/index.php/saintifik
diperoleh nilai daya keluaran dari panel surya adalah 10 W pada tegangan 17 V dan arus keluaran 0,59 A. Nilai daya  yang  dihasilkan  dengan  menggunakan  metode  pelacakan  titik  daya  maksimum  lebih  besar  dibanding daya keluaran yang dihasilkan tanpa menggunakan metode pelacakan titik daya maksimum. Selain itu daya keluaran yang menggunakan metode pelacakan titik daya maksimum juga sesuai dengan titik daya maksimum pada kondisi iradiansi dan temperatur yang sama yang ditunjukkan pada kurva karakteristik panel surya. Dari hasil simulasi ini dibuktikan bahwa dengan penggunaan metode pelacakan titik daya maksimum, daya keluaran yang dihasilkan akan optimum.

## 4. KESIMPULAN
Pada penelitian ini dilakukan simulasi menggunakan software Matlab-Simulink untuk memodelkan sistem panel surya, dimana pada hasil simulasi diperoleh hasil yang sesuai dengan spesifikasi panel surya yang digunakan.  Dari  model  matematika  panel  surya  yang  dibuat,  menunjukkan  simulasi  menghasilkan  sebuah struktur  yang  mudah  pada  perhitungan  simulasi  pengaruh  dari  perubahan  iradiansi,  temperatur  dan  beban. Hasil pemodelan menunjukkan performansi yang baik dengan adanya penggunaan metode pelacakan titik daya maksimum yang berfungsi dengan baik melacak titik daya maksimum pada panel surya dibandingkan dengan pemodelan sistem panel surya tanpa menggunakan metode pelacakan titik daya maksimum.

## DAFTAR PUSTAKA
Ayeng'o, S. P., Axelsen, H., Haberschusz, D., & Sauer, D. U. (2019). A model for direct-coupled PV systems with  batteries  depending  on  solar  radiation,  temperature  and  number  of  serial  connected  PV  cells. Solar Energy, 183, 120-131.
Chien,  F.,  Sadiq,  M.,  Nawaz,  M.  A.,  Hussain,  M.  S.,  Tran,  T.  D.,  &  Le  Thanh,  T.  (2021).  A  step  toward reducing  air  pollution  in  top  Asian  economies:  The  role  of  green  energy,  eco-innovation,  and environmental taxes. Journal of environmental management, 297, 113420.
Irfan, M., Elavarasan, R. M., Hao, Y., Feng, M., & Sailan, D. (2021). An assessment of consumers’ willingness to utilize solar energy in China: End-users’ perspective. Journal of Cleaner Production, 292, 126008.
Kaban, S. A., Jafri, M., & Gusnawati, G. (2020). Optimalisasi Penerimaan Intensitas Cahaya Matahari Pada Permukaan  Panel  Surya  (Solar  Cell)  Menggunakan  Cermin.  Jurnal  Fisika:  Fisika  Sains  dan Aplikasinya, 5(2), 108-117.
Mustafa,  R.  J.,  Gomaa,  M.  R.,  Al-Dhaifallah,  M.,  &  Rezk,  H.  (2020).  Environmental  impacts  on  the performance of solar photovoltaic systems. Sustainability, 12(2), 608.
Nainggolan, H., Nuraini, R., Sepriano, S., Aryasa, I. W. T., Meilin, A., Adhicandra, I., ... & Prayitno, H. (2023). GREEN  TECHNOLOGY  INNOVATION:  Transformasi  Teknologi  Ramah  Lingkungan  berbagai Sektor. PT. Sonpedia Publishing Indonesia.
Pastuszak, J., & Węgierek, P. (2022). Photovoltaic cell generations and current research directions for their development. Materials, 15(16), 5542.
Rochim,  W.  A.  U.,  Kurniawan,  W.,  &  Akbar,  S.  R.  (2019).  Perancangan  Sistem  Pengendali  Suhu  Untuk Optimalisasi  Daya  Panel  Surya  Menggunakan  Logika  Fuzzy.  Jurnal  Pengembangan  Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer, 3(1), 744-752.
Setiani, P. (2020). Sains perubahan iklim. Bumi Aksara.
https://jurnal.unsulbar.ac.id/index.php/saintifik
Shahbaz,  M.,  Topcu,  B.  A.,  Sarıgül,  S.  S.,  &  Vo,  X.  V.  (2021).  The  effect  of  financial  development  on renewable energy demand: The case of developing countries. Renewable Energy, 178, 1370-1380.
Tukiman,  T.,  Suwarno,  S.,  &  Zambak,  M.  F.  (2022).  Optimalisasi  Tracking  Sistem  Otomatis  Untuk Menghasilkan  Energi  Maksimal  Pada  Panel  Surya  Menggunakan  Programmable  Logic  Controller (PLC). RELE (Rekayasa Elektrikal dan Energi): Jurnal Teknik Elektro, 5(1), 1-7.
Usman,  M.,  &  Hammar,  N.  (2021).  Dynamic  relationship  between  technological  innovations,  financial development, renewable energy, and ecological footprint: fresh insights based on the STIRPAT model for  Asia  Pacific  Economic  Cooperation  countries.  Environmental  Science  and  Pollution  Research, 28(12), 15519-15536.