## Analisis Efisiensi Keluaran Daya Solar Sel Berdasarkan Sudut Kemiringan

## Sri Kurniati dan Sudirman
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknik,  Universitas Nusa Cendana, Kupang Jl. Adisucipto, Penfui-Kupang, Nusa Tenggara Timur
Email: sri_kurniatia@yahoo.com dan sridirman@yahoo.com

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menganalisis  efisiensi  penggunaan  solar  sel  berdasarkan  sudut kemiringan.   Dalam  sistem ini dipasang  panel solar  sel  100 Wp, aki  untuk  pengisian  energi  listrik 140  Ah,  dan  inverter  1300  Watt  untuk  menghidupkan  lampu  neon  dan  penyediaan  sumber  energi. Metode yang digunakan adalah melakukan eksperimen dengan melalui pengaturan sudut kemiringan panel solar sel dalam pengisian aki.  Hasil penelitian menunjukkan kapasitas maksimun daya listrik yang mampu dioperasikan dalam aplikasi solar sel sebesar 350 Watt dengan posisi kemiringan 25 O .

## Abstract
This  study  aims  to  analyze  the  efficiency  of  solar  cells  based  on  elevation  angle.  In  this  system installed  panel  of  100  Wp  solar  cells,  electrical  energy  for  charging  the  battery  140  Ah,  and  a inverter 1300 Watt to turn on the fluorescent lights and the supply of energy resources. The method used  is  to  experiment  with  the  adjust    the  angle  elevation  of  solar  panels  in  the  charging  battery cells. The results showed the maximum capacity of the electric power that is able to  operate in the application of 350 Watt  with elevation position  25 O .
Keyword :  Solar cell, Elevation Angle, Efficiency

## 1. Latar Belakang
Kupang merupakan daerah yang mempunyai potensi energi matahari  yang  cukup  tinggi,  karena  mempunyai  musim kemarau  yang  lebih panjang  dari pada musim hujan,  yakni 9  bulan  musim  kemarau  dan  3  bulan  musim  hujan.  Data Stasiun  Klimatologi  Lasiana-Kupang  menunjukkan,  bahwa lokasi    daerah  ini  mempunyai  beberapa  potensi  alam  yang bisa  dimanfaatkan,  salah  satunya  adalah  potensi  energi matahari  yang  mempunyai  intensitas  cahaya  paling  rendah pada  bulan  Januari    173.304  dan  yang  paling  tinggi  pada bulan September 271.830 [1].
Oleh  karena  itu,  pengembangan  dan  implementasi  sumber energi  terbarukan  yang  ramah  lingkungan,seperti  energi matahari  merupakan  salah  satu  solusi  untuk  mengatasi kendala  yang  dialami  oleh  mitra  jasa  penjualan  dan pembakaran  ikan.Hal  ini  sejalan  dengan  keinginan Pemerintah  yang  telah  menyiapkan  berbagai  peraturan untuk  mengurangi  ketergantungan  terhadap  bahan  bakar fosil  [2].  Misalnya,  Kebijakan  Umum  Bidang  Energi (KUBE) tahun 1980 dan Keputusan Menteri Pertambangan dan  Energi  No  996.K/43/MPE/1999  tentang  prioritas penggunaan  bahan  bakar  terbarukan  untuk  produksi  listrik yang  hendak  dibeli  PLN  [3].  Akan  tetapi,  pada  tataran implementasi  belum  terlihat  adanya  usaha  serius  dan sistematik  untuk  menerapkan  energi  terbarukan  guna substitusi bahan bakar fosil.
Saat  ini  sumber  energi  alternatif  merupakan  suatu kebutuhan  yang  mendesak  akibat  berkurangnya  sumber energi  fosil.  Salah  satu  diantaranya  adalah  sistem photovoltaik (PV) seperti solar sel yang merupakan sumber energi  yang  paling  menjanjikan  [4,  5].  Namun  salah  satu kekurangan  dari  solar  sel  ini  adalah  mempunyai  tegangan keluaran  arus  searah  (DC)  dengan  daya  yang  relatif  masih kecil.
Oleh  karena  itu  untuk  menggunakan  solar  sel  dengan kapasitas  besar  seperti  menggerakkan  pompa  air  atau peralatan  lain  yang  mempunyai  input  tegangan  AC,  maka harus dirubah melalui  inverter AC. Inverter AC merupakan suatu  peralatan  yang  dapat  mengubah  tegangan  DC (keluaran dari solar sel) menjadi tegangan AC dengan daya yang  lebih  besar.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah menganalisis  efisiensi  penggunaan    panel  solar  sel  yang mengubah energi matahari menjadi energi listrik berdasarkan sudut kemiringan.
2. Metode Penelitia
n

## 2.1 Tahapan Penelitian
Adapun langkah-langkah  yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Pengambilan data klimatologi pada lokasi kegiatan,  yang  meliputi:  data  radiasi  rata-rata
harian, intensitas radiasi bulanan, cuaca hujan dan temperatur udara.
2. Membuat  dan  membangun  sistem  pembangkit energi listrik dengan menggunakan solar sel.
3. Mengaplikasikan  panel  solar  sel  100  Wp  untuk mengisi aki 140 Ah (2 x 70 Ah).
4. Melakukan  pengujian  pengaruh  kemiringan  sel surya terhadap energi yang dibangkitkan.
5. Melakukan  pengukuran  tegangan  pada  pengisian aki.
6. Menganalisis keluaran dan efisiensi solar sel.

## 2.2 Alat dan Bahan yang Digunakan
Alat dan Bahan yang digunakan, sebagai berikut:
1. Satu panel solar sel dengan daya 100 Wp / 24 Volt
2. Satu Buah Aki 100 Ah / 12 Volt
3. Satu modul solar charger kontroller 12/24 Volt
4. Satu buah inverter  (DC – AC) 1300 Watt.
5. 10  buah  lampu  hemat  energi  (LHE)  dengan  daya masing-masing 11 Watt.
6. Kipas Angin
7. Rumah panel dan perangkat kabel NGA 1,5 mm.
8. Kabel instalasi secukupnya.

## 2.3 Desain Alat
Rangkaian  secara  blok  diagram  yang  diaplikasikan  dalam kegiatan dapat dilihat dalam Gambar 1.

## Gambar 1. Desain  Panel Solar Sel dengan Kapasitas Daya 1300 Watt

## 2.4 Analisis Data
Dalam  penelitian  ini  ada  beberapa  persamaan  yang digunakan untuk menganalisis data, diantaranya:
1. Lama modul mendapatkan sinar global = Jumlah Sinar Global (Wh/m 2 : Maksimun Sinar Global 1000 Wh/m 2 ...............................................................................(1).
2. Energi yang dihasilkan modul surya (Wh/hari) = Daya nominal modul (Watt) x Lamanya modul mendapatkan sinar global (hour), [6] ....................................... (2).
3. Jumlah minimun modul = Energi elektrik harian yang dibutuhkan beban (Wh/hari)  x Keluaran harian modul
(Wh/hari pada 12 Volt) : Efisiensi Pengisian Baterai (%), [7] .  ............................................................(3).
4. Efisiensi Modul:
η
. . . ) ................................ (4).
Dimana:
V oc = Tegangan open circuit (Volt) I sc = Arus short circuit (Ampere) FF = Faktor pengisian S   = Luas permukaan modul (m 2 ) F   = Intensitas radiasi matahari yang diterima
(watt/m 2 ).
5. Persamaan yang digunakan untuk menentukan faktor pengisian (FF):
FF . . ..................................................... (5)
Dimana: V oc = Tegangan open circuit (Volt)
I sc = Arus short circuit (Ampere)
V m = Tegangan Nominal (Volt) I m = Arus Nominal (Ampere)
6. Total kapasitas baterai yang dapat digunakan (Ah pada 12  volt)  =  Total  energi  harian  ke  beban  (Wh/hari)  x Periode penyimpanan : 12.   ................................. ( 6)
7. Jumlah  minimun  baterai  yang  diperlukan  =  Total kapasitas  yang  dapat  digunakan    x  100%    :  Kapasitas nominal untuk 12 V (Ah) : 80%, .............................(7)
8. Arus Beban (Ampere) = Total daya Beban (Watt) : Tegangan Sistem (Volt) ...................................(8)

## 3. Hasil dan Pembahasan
3.1 Hasil Penelitian

## 3.1.1 Spesifikasi Modul Solar Sel
Dalam penelitian ini digunakan 2 modul yang dihubungkan secara  paralel  sehingga  diperoleh daya total panel  100  Wp dengan spesifikasi sebagai berikut:
- Model SM50;
- Jumlah sel 36;
- Baterai 12V / 70Ah;
- Spesification At 1000W/m 2 ;
- Daya keluaran maksimun 50 Watt;
- Open CKT 600 V;
- Copper only 600 V;
- Arus hubung singkat (I sc ) 3,4 A;
- Arus nominal (I Rated) 3,05 A;
- Tegangan rangkain terbuka   21,4;
- Tegangan nominal 16,6 V;
- Seri 10 A;
- Lebar 35 cm;
- Panjang 130 cm

## 3.1.2 Perencanaan Sistem Solar Sel
- Data Beban Tabel 1. Data Beban No. Jumlah Jenis Peralatan Daya yang Dibutuh- kan Lama Ope- rasi (jam) Energi hari (Wh / hr) 1. 5 Lampu TL 55 3 165 2. 3 Kipas Angin 225 2 450 Total Beban 280 615 - Kapasitas Baterai (Aki) yang diperlukan
Dengan  mengambil  satu    baterai  (aki)  dengan  kapasitas nominal 70 Ah, maka diperoleh:
• 70 Ah x 80% : 100% = 70 Ah.
Kapasitas yang dapat digunakan sampai umur daur  adalah:
• 70Ah x 615 = 43050 Ah Bila  ditetapkan  periode  penyimpanan  selama  2  hari,  maka dengan  menggunakan  persamaan    7  total  kapasitas  baterai yang digunakan adalah:
• 615  Wh/hari  x  2  hari:  12  Volt  =  102,5  Ah  (pada Aki 12 Volt).
Kemudian  dengan  mnggunakan  persamaan  8,  dapat ditentukan jumlah baterai (aki) yang diperlukan, yaitu:
• 102,5    x  100%  :  70Ah  :  80%  =  1,8  =  2  buah  aki (70 Ah / 12 Volt)
Dengan  berdasarkan  dari  perhitungan  ini,  maka  dalam kegiatan ini digunakan 2 aki 70 Ah/ 12 Volt yang dipasang parallel atau 2 x 70 Ah 140 Ah.

## 3.1.3 Data Pengujian pada Modul PV Berdasarkan Waktu
Pengujian  dilakukan  untuk  mengetahui  keluaran  tegangan modul  solar  sel  mulai  pukul  8  pagi  sampai  pukul  13.00 siang  hari  pada  tgl  1  Agustus  2012  (cerah)  dengan kemiringan  modul  30 o .  dan  ketinggian  1  m,  yakni  seperti dalam Tabel 2.

## Tabel 2. Hasil Pengujian Modul Solar Sel Berdasarkan Waktu
Waktu Hasil Pengukuran V rated (Volt) V oc (Volt) I rated (Ampere) I sc (Ampere) 08.00 13,18 19,07 0,15 1,3 09.00 13,80 19,08 0,18 1,8 10.00 13,96 19,08 0,14 2,5 11.00 19,19 19,16 0,15 2,7 12.00 19,19 19,25 0,15 2,8 13.00 19,17 19,10 0,15 2,5
\

## Gambar 2. Hasil Pengukuran Tegangan
Berdasarkan  Gambar  2  terlihat  bahwa  tegangan  nominal (V rated )  dari  modul  mengalami  fluktuasi  tergantung intensitas  cahaya  dan  waktu.  Artinya  semakin  panas matahari, maka tegangan nominal semakin  meningkat.  Hal ini  terlihat  bahwa  ketika  pukul  08.00  Wita  tegangan nominal  yang terukur adalah  13,18  Volt,  tetapi pada pukul 10,00 mencapai 13, 96 Volt. Kemudian dari pukul 10 Wita sampai  pukul  12.00  Wita  terjadi  kenaikan  yanga  cukup drastis,  yakni 19,19 Volt dan sedikit mengalami penurunan ketika berada pada pukul 13.00 Wita, yakni 19,17 Volt.

## 3.1.4  Data Pengujian pada Modul PV Berdasarkan Sudut Kemiringan
Pengujian  ini  dilakukan  untuk  pengetahui  pengaruh kemiringan  modul  terhadap  keluaran  tegangan  modul. Pengukuran  dilakukan  pada  saat  matahari  berada  pada puncak  panas,  yakni  pukul  12  siang,  seperti  yang  terlihat dalam Tabel 2.

## Tabel 3. Hasil Pengujian Modul Solar Sel Berdasarkan
Sudut Kemiringan Derajat Hasil Pengukuran V rated (Volt) V oc (Volt) I rated (Ampere) I sc (Ampere) 5 o 21,95 21,68 0,8 2,7 10 o 21,25 21,65 0,9 2,7 15 o 20,65 20,45 0,10 2,7 20 o 20,47 20,85 0,13 2,7 25 o 19,20 19,95 0,14 2,8 30 o 19,19 19,25 0,15 2,8
Berdasarkan  data  pengujian  Tabel  3  menunjukkan  bahwa besarnya  tegangan  nominal  solar  sel  ditentukan  juga  oleh posisi solar sel.  Hal  ini  terlihat bahwa semakin  kecil sudut penempatan  posisi  modul,  maka  semakin  besar  tegangan nominal yang dihasilkan. Kemudian Tabel 4 memperlihatkan  data  perhitungan  daya  pada  modul berdasarkan  sudut  kemiringan.  Rumus  yang  digunakan dalam perhitungan daya menggunakan persamaan 8.
0 20 40 8 9 10 11 12 13 A x is T it le Waktu (Jam) Hasil Pengukuran Vrated…

## Tabel 4 Data Perhitungan Daya Berdasarkan Sudut
Kemiringan pada Waktu Puncak (Pukul 12.00) Derajat Daya Output (Watt 5 o 59,265 10 o 57,373 15 o 55,755 20 o 55,242 25 o 55,9 30 o 53,732

## 3.2 Pembahasan Hasil Penelitian
Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan (Tabel 3) diperoleh  informasi,  bahwa  posisi  5 o merupakan    posisi yang  baik  untuk  mendapatkan  tegangan  maksimun,  yakni 21,9 Volt. Akan tetapi, pada pengisian beban  arus nominal tidak  maksimal  atau  tidak  terisi  penuh,  yakni  0,8  A. Dibandingkan  dengan  pada  posisi  kemiringan  25 o ,  dengan tegangan  maksimun  19,20  Volt  dan  arus  nominal  2,8  A. Selain  itu,  tegangan  nominal  yang  dihasilkan  oleh  modul yang  kemiringannya 25 o lebih bertahan lama dibandingkan dengan  modul  kemiringan  lebih  kecil  5 o .  Hal  ini  terjadi karena modul yang dengan kemiringan 25 o dapat menyerap cahaya matahari mulai dari pagi hari sehingga beban dapat terisi mulai dari pagi.
Dengan  demikian  daya  yang  diserap  oleh  beban  dapat bertahan  lama  dibandingkan  dengan  modul  kemiringan antara 5 o - 20 o . Hal ini terjadi  karena  modul tersebut  hanya dapat  menyerap  sinar  matahari  pada  siang  antara  pukul 11.00  sampai  12.00,  sedangkan  pada  pagi  hari  tidak langsung  mengenai  permukaan  modul  solar  sel  sehingga beban hanya terisi pada saat matahari sudah tepat berada di atas permukaan modul.
Selanjutnya,  dari  hasil  kegiatan  ini  diperoleh  informasi bahwa  efisiensi  dari  keluaran  tegangan  modul  solar  sel sangat  tergantung  dari  sinar  matahari.  Semakin  tinggi intensitas  cahaya  matahari,  maka  semakin  bagus  keluaran tegangan solar sel untuk mengisi aki yang dipasang dengan menggunakan  kontrol  otomatis.  Fungsi  dari  kontrol otomatis  ini  adalah  jika  aki  sudah  terisi  penuh,  maka  akan memutuskan  hubungan  antara  panel  solar  sel  dengan  aki. Hal  ini  dapat  dilihat  dari  lampu  indikator  lampu  kontrol, jika  lampu  sudah  berwarna  hijau  berarti  aki  sudah  penuh, sedangkan  bila  lampu  masih  berwarna  merah,  maka  aki belum penuh.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  analisis  yang  telah  dilakukan,  maka dapat disimpulkan sebagai  berikut:
- Efisiensi keluaran tegangan dari panel modul solar sel ditentukan  oleh posisi  kemiringan dari  panel  solar sel dan intensitas cahaya matahari.
- Semakin  tinggi  intensitas  cahaya  matahari  semakin tinggi efisiensi keluaran modul solar sel.
- Posisi  kemiringan  penempatan  solar  sel  pada  lokasi kegiatan berada pada posisi 25 O .
- Berdasarkan  hasil  perhitungan  daya  beban,  maka digunakan  2  buah  aki  sebesar  70  Ah/12  Volt  (  140 Ah) untuk mensuplai beban yang digunakan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Badan Meteorologi dan Geofisika. 2007. Data Harian Kupang. Nusa Tenggara Timur.
[2]  Ditjen  Listrik  dan  Pemanfaatan  Energi.  2004. Pengembangan  Pemanfaatan  Energi  Alternatif . Makalah  Disampaikan  Pada  Diskusi  di  P2E-LIPI dengan  tema  Pengembangan  Sumber  Daya  Energi Alternatif: Upaya Mengurangi Ketergantungan Terhadap Minyak.
[3]  Indartono,  Y,  S.,  2005. Pengembangan  Energi Terbarukan sebagai Energi Aditif  di Indonesia.
[4] Y.  Sukamongkol, S. Chungpaibulpatana,  W. Ongsakul. 2002. A  Simulation  Model  for  Predicting    the Performance  of  A  Solar  Photovoltaic  System  With Alternating  Current  Loads . Renewable  Energy,  No. 27, pp. 237-258.
[5]  Teguh  Utomo.  2006. Kajian  Kelayakan  Sistem Photovoltaik  sebagai  Pembangkit  Daya  Listrik  Skala Rumah  Tangga . Proceedings  EECCIS.  Universitas Brawijaya.
[6]   Kessler, R. Nutzi. 1995. Photovoltaik , Malang, VEDC
[7]    Roberts,  Simon.  1996. Solar  Electicity.  A  Practical Guide to Designing and Installoing Small Photovoltac System , New York, Prentice Hill

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima  kasih  diucapakan  kepada  DP2M  –DIKTI  tahun 2012  yang  telah  membiayai  kegiatan  ini  dan  Undana  yang memfasilitasi atas terselenggaranya kegiatan program  ini.