## Analisis Potensi Energi Tenaga Surya Kota Balikpapan Dengan Variasi Sudut Kemiringan Panel Surya
SA Kartika 1 , D F Hariyanto 1 , Gunawan 1
1 Jurusan Teknik Mesin, Universitas Balikpapan Jl. Pupuk Raya, Balikpapan 76114 Email : siska.ayukartika@uniba-bpn.ac.id

## Abstrak
Pemanfaatan  energi  tenaga  surya  sebagai  sumber  energi  terbarukan  yang  bersih  dan  melimpah  dapat digunakan secara langsung maupun tidak langsung. Masalah utama dengan panel surya ini adalah bahwa jumlah daya keluaran yang dihasilkan relatif tidak konsisten karena dipengaruhi oleh intensitas matahari dan temperatur lingkungan.  Penelitian  ini  bertujuan  ingin  mengetahui  potensi  energi  tenaga  surya  dan  pengaruh  sudut kemiringan panel surya terhadap radiasi matahari yang diterima sehingga kita dapat mengetahui potensi energi matahari di kota Balikpapan.
Penelitian  ini  menggunakan  dua  metode  pengumpulan  data  pengukuran  langsung  dan  pendekatan perhitungan  secara  teoritis.  Alat  ukur  yang  digunakan  untuk  pengukuran  langsung  untuk  mengukur  radiasi intensitas meteran energi fotovoltaik tipe pyranometer SM-206.
Berdasarkan  hasil  penelitian,  pengukuran  langsung  pada  pukul  12.00  WITA  menunjukkan  penyinaran matahari maksimum 1334. 578 𝑤𝑎𝑡𝑡 / 𝑚 2 pada sudut 30° dan minimum adalah 1047,05 𝑤𝑎𝑡𝑡 / 𝑚 2 pada sudut 45°. Sedangkan pada waktu normal dengan sudut 0° pada pukul 12:00 WITA pengukuran langsung menunjukkan nilai  maksimum  995,4 𝑤𝑎𝑡𝑡 / 𝑚 2 dan  nilai  teoritis  menunjukkan  1271.  726 𝑤𝑎𝑡𝑡 / 𝑚 2 .  Perbedaan  nilai  yang dihasilkan antara perhitungan teoritis dan pengukuran langsung diatur oleh fill factor, yang memiliki efek besar pada nilai intensitas matahari.
Kata kunci: Energi Terbarukan, Intensitas, Kemiringan, Radiasi, Panel Surya

## PENDAHULUAN
Rasio  elektrifikasi  indonesia  saat  ini  adalah  87 %,  hal  tersebut  menunjukkan  8,5  juta  penduduk indonesia atau sekitar 2.500 desa yang belum di aliri listrik. [4] Sedangkan sepanjang 5 tahun terakhir rasio elektrifikasi  PLN  di  Kalimantan  Timur  dan Kalimantan  Utara  meningkat  dari  sebelumnya  90  % pada  tahun  2017  meningkat  95,03%  pada  Juli  2021. Indonesia merupakan negara tropis dimana daerahnya dilalui  oleh  garis  khatulistiwa  sehingga  memiliki potensi  menerima  panas  matahari  yang  besar. Berdasarkan penyinaran matahari  global di  indonesia yaitu 1700-1950 𝐤𝐰𝐡 / 𝐦 𝟐 /Tahun = 4,66-5,34 𝐤𝐰𝐡 / 𝐦 𝟐 /Hari.
Pemanfaatan  energi  matahari  sebagai  sumber daya  bebas  polusi  dan  berlimpah,  terbarukan,  yang dapat  digunakan  baik  secara  langsung  maupun  tidak langsung.  Energi  matahari  dapat  digunakan  sebagai pemanas langsung, memanaskan air dan udara dengan solar  kolektor,  serta  penyediaan  listrik  dengan  sel photovoltaic.  Beberapa  kelebihan  energi  terbarukan antara lain,  sumbernya relative mudah didapat, dapat diperoleh  dengan  gratis,  minim  limbah,  tidak mempengaruhi  suhu  bumi  secara  global,  dan  tidak dipengaruhi  oleh  kenaikan  bahan  bakar  [5].  Energi surya  adalah  energi  yang  didapat  dengan  mengubah
energi panas surya (matahari) melalui peralatantertentu  menjadi  sumber  daya  dalam  bentuk lain.  Energi  surya  menjadi  salah  satu  sumber pembangkit  daya  selain  air,  uap,  angin,  biogas,  batu bara,  dan  minyak  bumi.[13]  panel  surya  adalah  alat yang  terdiri  dari  sel  surya  yang  mengubah  cahaya menjadi  listrik,  yaitu  disebut  surya  atas  matahri  atau “sol”  karena  matahari  merupakan  sumber  cahaya terkuat yang dapat dimanfaatkan.
Permasalahan  utama  dari  solar  cell  adalah besarnya  daya  keluaran  yang  dihasilkan  relatif  tidak konstan  karena  dipengaruhi  oleh  besarnya  intensitas matahari  serta  suhu  lingkungan  di  sekitarnya.  Pada kondisi standartnya sistem solar cell yang mempunyai efisiensi  sebesar  10  %  dapat  menghasilkan  daya sebesar  100  watt  pada  saat  intensitas  matahari  yang diterima  sebesar  1.000 𝐰𝐚𝐭𝐭 / 𝐦 𝟐 dan  suhu  sebesar 25 °c.[6]
Disamping  itu  database  mengenai  energi  surya sangat  penting  dalam  perencanaan  komponen- komponen  yang  menggunakan  energi  surya.[7] Radiasi  merupakan  sebuah  bentuk  energi  yang dipancarkan  matahari  ke  permukaan  bumi.  Radiasi matahri  untuk  sampai  ke  permukaan  bumi  atmosfer mengalmi  penyerapan,  pemantulan,  hamburan,  dan pemancaran  kembali.  Radiasi  matahari  dibumi  lebih kecil  darpada  diluar  angkasa  karena  disebabkan  oleh banyak  pantulan  cahaya  yang  diluar  atmosfer.  Salah
satu  contohnya  adalah  banyak  pantulan  cahaya  oleh penggunaan kaca pada perumahan atau sering dikenal dengan sebutan efek rumah kaca.[16]
1.1 Perhitungan S ecara T eori
Adapun  rumus-rumus  yang  digunakan  untuk perhitungan  intensitas  radiasi  matahari  total,  radiasi langsung dan radiasi difusi [3], seperti dibawah ini: a. Radiasi  global  yang  tiba  pada  permukaan  yang tegak lurus terhadap arah sinar matahari (Gon).
Variasi perbedaan pada jarak matahari dan bumi akibat  dari  lintasan  bumi  yang  berbentuk  elips, menyebabkan  variasi  radiasi  permukaan  diluar atmosfer bumi (Variation of extraterrestrial radiation). Persamaan sederhana diberikan oleh Spencer,1971. [3] yang memberikan akurasi persamaan (± 0,01 %) :
𝑮𝒐𝒏 = 𝑮𝒔𝒄  (𝟏 + 𝟎. 𝟎𝟑𝟑𝒄𝒐𝒔 𝟑𝟔𝟎.𝒏 𝟑𝟔𝟓 )
(1) Dimana :
Gon  =  radiasi  extraterrestrial  diukur  pada  bidang normal terhadap radiasi pada hari ke n pada satu tahun (𝐖/𝐦 𝟐 ) . Gsc = Nilai konstanta matahari 1353 (𝐖/𝐦 𝟐 ). 𝒏 =  jumlah  hari  sepanjang  tahunnya  (Misalnya  3 Januari = 3, dst)
Gambar 1. Hari rata-rata yang direkomendasikan untuk Bulan dan Nilai n [3]

## b. Solar Radiasi

## Gambar 2. Perhitungan sudut datang
Sudut  datang  [2]  : 𝜃 =  fill  factor  (  tanggal.  lokasi, kemiringan, permukaan menghadap, jam).
cos 𝜃 = 𝑠𝑖𝑛𝛿. 𝑠𝑖𝑛𝜙. 𝑐𝑜𝑠𝛽  − sin 𝛿. 𝑐𝑜𝑠𝜙. 𝑠𝑖𝑛𝛽. 𝑐𝑜𝑠𝛾 + 𝑐𝑜𝑠𝛿. 𝑐𝑜𝑠𝜙. 𝑐𝑜𝑠𝛽. 𝑐𝑜𝑠𝜔
+ 𝑐𝑜𝑠𝛿. 𝑠𝑖𝑛𝜙. 𝑠𝑖𝑛𝛽. 𝑐𝑜𝑠𝛾. 𝑐𝑜𝑠𝜔
+ 𝑐𝑜𝑠𝛿. 𝑠𝑖𝑛𝛽. 𝑠𝑖𝑛𝛾. 𝑠𝑖𝑛𝜔
Basic calculation solar radiasi [3]:
1. Gsc = 1353 𝑤𝑎𝑡𝑡 / 𝑚 2
2. Gon Gsc  (+0,0033𝑐𝑜𝑠 360.𝑛 366 ) 𝑥 𝑐𝑜𝑠𝜃 (𝑤𝑎𝑡𝑡 / 𝑚 2 ) . 3. 𝐺 = 𝐺𝑜𝑛. 𝑐𝑜𝑠𝜃
Pada bidang permukaan horisontal, β = 0; (cos β = 1 dan sin β = 0) maka sudut datang menjadi sudut zenith sebab garis normal permukaan berimpit dengan zenith sehingga persamaan menjadi :
      sin . sin cos . cos . cos cos + = z c. Sudut Jam (𝝎)
Sudut  jam  ( )  adalah  sudut  pergeseran  semu matahari dari garis siang [3]
𝛚𝐨  =   (𝟏𝟐 − 𝒕) 𝒙 𝟏𝟓°
Dimana : t = waktu lokal (pukul).
Pada saat tepat pukul 12.00 siang, sudut jam ( ) = 0, setiap berkurang 1 jam akan berkurang 15 dan setiap bertambah 1 jam akan bertambah 15 .
d. Sudut Deklinasi
Sudut deklinasi adalah kemiringan sumbu matahari terhadap garis normalnya. [2]
𝜹 = 𝟐𝟑, 𝟒𝟓 𝒔𝒊𝒏 (𝟑𝟔𝟎. 𝟐𝟖𝟒 + 𝒏 𝟑𝟔𝟓 )
Pengujian  alat  ini  dilaksanakan  dalam  waktu kurang  lebih  2  minggu  dengan  waktu  pengujian  dari jam  10.00  -  14.00  wita  dengan  melakukan pengambilan  data  secara  langsung  dan  perhitungan data proses. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui gambaran pengaruh kemiringan sudut panel dan waktu penyinaran  matahari  terhadap  besar  dan  kecil  hasil data intensitas cahaya matahari.

## Gambar 3. Global informasi rekayasa pengujian

## METODOLOGI

## 2.1  Melakukan  Pengukuran  Secara  Langsung dengan Alat
Pengambilan data di  Bulan Juli sebanyak 4 kali pada minggu ke 1, 2, 3, dan 4. yaitu pada tanggal 1, 15, 22 dan 25 Juli 2022.
Pengukuran langsung bertujuan untuk mengetahui  radiasi  total  matahari  dari  pukul  10:00  – 14:00 Wita. Data radiasi diambil setiap 1 jam dengan alat Solar Power Meter (type sun light tester intensity radiation SM-206).
Gambar 4. Solar Power Meter type sun light tester intensity radiation SM-206
Gambar 5. Thermogun FLuk 62 max+
Gambar 6. Solar panel type Polycrystalline 2 x 50 WP, input daya 100 watt, output 220 volt / 1000 watt

## 2.2 Melakukan Perhitungan Secara Teori
Informasi Pengambilan data : 1. Lokasi pengambilan data berada di
Universitas Balikpapan lantai 10 Gedung A.
2. Latitude/garis lintang 1.2655°S, 116.8669°E.
3. Deklinasi,  tanggal  1  (-23°),  15  (-21°),  22  (- 20°), 25 (-19°), Juli 2022.
4. Slope/ sudut kemiringan : 15°, 30°, 45°, 0.
5. Sudut  jam  :  10:00  wita  (-30°),  11:00  wita (15°),12:00 wita (0°), 13:00 wita (15°) 14:00 wita (30°)
6. Nilai Gsc : 1353 (𝐖/𝐦 𝟐 ) . 7. Nilai Gon : Tanggal 1 𝒏 182 (1352,19), 15 𝒏 196 (1346,76), 22 𝒏 203 (1344,1), 25 𝒏 206 (1342,9) Juli 2022
8. Sudut azimut , sebagai berikut : Tangg al 10.00 wita 11.00 wita 12.00 wita 13.00 wita 14.00 wita 01- Jul-22 51,6 36,2 9 337 315 15- Jul-22 54,1 39,1 11 336 313 22- Jul-22 55,8 41 12 335 312 25- Jul-22 56,7 41,9 12,4 334 311,2

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengambilan  data  secara  langsung  dengan  alat solar power meter pada saat siang hari sinar matahari jatuh  tegak  lurus  pada  alat  ukur  sehingga  nilai intensitas  radiasi  matahari  tinggi  dan  semakin  sore mengalami  penurunan,  pada  grafik  juga  dapat  dilihat bahwa  nilai  intensitas  radiasi  matahari  pada  waktu tertentu  mengalami  penurunan  dan  peningkatan,  hal ini  menunjukkan  bahwa  faktor  kondisi  cuaca,  waktu pengambilan  data  dan  sudut,  berpengaruh  terhadap nilai intensitas radiasi matahari yang didapatkan.
Tabel 1. Pengujian panel surya pada sudut 15° tanggal 1 Juli 2022.
Waktu (wita) Teori (Watt/m²) Eksperimen (Watt/m²) 10.00 990,614 980.5 11.00 1216,0244 885.1 12.00 1330,5549 1180.9 13.00 1249,693 1152.7 14.00 942,476 1045.2 Note : Total LPM 5 Jam. Kondisi cuaca terik, berawan
Tabel  2.  Pengujian  panel  surya  pada  sudut  30°  tanggal  15
Juli 2022. Waktu (wita) Teori (Watt/m²) Eksperimen (Watt/m²) 10.00 827,816 1250,3
11.00 1137,961 950,2 12.00 1330,943 1285,7 13.00 1209,067 603,7 14.00 976,707 980,2 Note : Total LPM 5 Jam. Kondisi cuaca berawan, panas, mendung.
Tabel  3.  Pengujian  panel  surya  pada  sudut  45°  tanggal  22
Juli 2022 Waktu (wita) Teori (Watt/m²) Eksperimen (Watt/m²) 10.00 427,4134 520,2 11.00 624,9913 523,7 12.00 1047,028 487,3 13.00 826,6013 437,2 14.00 491,9286 362,8 Note : Total  LPM  5  Jam.  Kondisi  cuaca  berawan, mendung, berangin.
Tabel  4.  Pengujian  panel  surya  pada  sudut  0°  (normal) tanggal 25 Juli 2022.
Waktu (wita) Teori (Watt/m²) Eksperimen (Watt/m²) 10.00 1085,734 965 11.00 1212,235 810,5 12.00 1255,342 995,4 13.00 1212,235 789,1 14.00 1085,734 658,5
Note : Total LPM 5 Jam. Kondisi cuaca berawan, panas, mendung
Perhitungan secara teori, tercatat nilai maksimum intensitas  cahaya  matahari  terjadi  pada  solar  noon  di jam  12:00  wita,  tanpa  melibatkan  fill  factor  seperti kondisi cuaca dan lain lain.
Tabel  5.  Perbandingan  nilai  hasil  perhitungan  secara  teori dan pengukuran lansung pada solar noon 12:00 wita.
Sudut Solar Time (Noon) Teori (Watt/m²) Eksperimen (Watt/m²) 0° normal 12:00 1255,342 995,4 15° 12:00 1330,554 1180,9 30° 12:00 1330,943 1285,7 45° 12:00 1038,568 487,3
.
Gambar 7. Perbandingan radiasi matahari dengan eksperimen pada sudut 0°, 15°, 30°, 45°.
Perbedaan  nilai  yang  terjadi  antara  perhitungan secara teori dengan pengukuran langsung di dominasi oleh  fill  factor,  yang  mana  hal  tersebut  sangat mempengaruhi  nilai  intensitas  cahaya  matahari. Karena  radiasi  yang  sampai  pada  objek  penelitian sudah  mengalami  penurunan  nilai  dikarenakan  oleh pantulan,  refleksi,  terhalang  oleh  benda,  efek  rumah kaca, keadaan akurasi pembacaan alat dan banyak hal lainnya.  Rumus  yang  digunakan  memiliki  perbedaan nilai teori dan aktual dari pengukuran secara langsung yang  mana  pada  pengukuran  langsung  terdapat  fill factor  juga  keeakurasian  suatu  alat  pembaca  nilai intensitas cahaya matahari mempengaruhi hasil

## KESIMPULAN
Besar energi radiasi matahari 𝑤𝑎𝑡𝑡 / 𝑚 2 di kota Balikpapan  pada  perhitungan  secara  teori  adalah 1330,943 𝑤𝑎𝑡𝑡 / 𝑚 2 pada jam 12:00 wita (solar noon) dengan  sudut  30°,  sedangkan  pada  pengukuran langsung  sebesar  1285,7 𝑤𝑎𝑡𝑡 / 𝑚 2 pada  jam  12:00 (solar noon) dengan sudut 30°, dan untuk pada posisi 0°  normal  pada  jam  12:00  (solar  noon)  secara  teori 1255,342 𝑤𝑎𝑡𝑡 / 𝑚 2 dan  eksperimen  995,4 𝑤𝑎𝑡𝑡 / 𝑚 2 .
Pengaruh  sudut  kemiringan  panel  (15°,  30°, 45°,0°  normal)  terhadap  besar  energi  matahari  yang didapat pada waktu penyinaran dari jam 10.00 - 14.00 wita mempengaruhi  peningkatan dan penurunan nilai radasi.  Besar  perbedaan  dari  pengaruh  sudut  untuk nilai  radiasi  cahaya  matahari  pada  pengukuran langsung  (eksperimen)  di  jam  12:00  (solar  noon  / asumsi  sebagai  puncak  posisi  matahari  pada  posisi tegak  lurus  dari  terbit  pagi  hari  dan  sebelum  mulai terbenam ke sore hari masing-masing adalaah sudut 0° normal  teori  1255,342  (Watt/m²)  dan  eksperimen 995,4  (Watt/m²),  sudut  15°  teori  1330,554  (Watt/m²) dan  eksperimen  1180,9  (Watt/m²),  sudut  30°  teori 1330,943 (Watt/m²) dan eksperimen 1285,7 (Watt/m²), sudut  45°  teori  1038,568  (Watt/m²)  dan  eksperimen 487,3 (Watt/m²)
0 500 1000 1500 0° 15° 30° 45° R ad ia si q /A (Wat t/m ²) Kimiringan Solar Panel ( °) Perbandingan antar sudut 0°, 15°, 30°, 45° Teori Eksperimen

## SARAN
Adanya  keterbatasan  sumber  informasi  yang dimiliki  selama  penelitian,  sehingga  tabel  yang digunakan untuk hari rata-rata yang direkomendasikan untuk  bulan  dan  nilai  (n)  beracuan  pada  iklim  diluar wilayah  Indonesia.  Sangat  disarankan  sebaiknya menggunakan  data  yang  sesuai  dengan  intensitas matahari di wilayah di Indonesia.
Selain itu, karena adanya keterbatasan biaya dan lain  hal,  untuk  penelitian  selanjutnya  agar  memberi inovasi  untuk  penambahan  alat  sensorik  sehingga permukaan  panel  dapat  menentukan  sendiri  arah datangnya  matahari,  lebih  efektif  dalam  aktualisasi pengambilan nilai.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  yang  tak terhingga  kepada  Dekan  Fakultas  Teknologi  Industri dan Kepala Program Studi Teknik Mesin  Universitas Balikpapan yang telah memberikan kesempatan untuk melakukan penelitian mengenai potensi energi tenaga surya dengan variasi kemiringan panel surya ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] J.H. An, B.H. Kim, J.H. Jeong, D.M. Kim, Y.S. Jeon, K.O. Jeon and K.S. Hwang. “Preparation of vanadium-doped  TiO2  thin  films  on  glass substrates”,  Ceramic  Processing  Research,  6.2 (2005): 163-166
[2] S.  Nagarajan  dan  N.  Rajendran.  “Crevice corrosion  behaviour  of  superaustenitic  stainless steels:  Dynamic  electrochemical  impedance spectroscopy  and  atomic  force  microscopy studies”, Corrosion Science, 51 (2009): 217-224
[3] A.  Taftazani,  Darsono  dan  Sudjatmoko.  “Studi Kemampuan Akselerator (PIXE) Untuk Pemantauan Kualitas Lingkungan Hidup”, Prosiding  Pertemuan  dan  Presentasi  Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya, Yogyakarta (2002): 7-14
[4] J.  Kristi,  N.  Handayani,  A.  Yuniati.  “Pengaruh Kualitas  VCO  (Virgin  Coconut  Oil)  Terhadap Nilai  Konstanta  Kerr  dan  Perubahan  Sudut Polarisasi  Cahaya”,  Prosiding  Pertemuan  dan Presentasi  Ilmiah  -  Penelitian  dasar  Ilmu Pengetahuan  dan  Teknologi  Nuklir,  Yogyakarta (2012): 28-34
[5] K. Nishikawa dan M. Wakatani. Plasma Physics, Springer-Verlag, Berlin (1994)
[6] E.  Oks.  Plasma  Cathode  Electron  Sources, WILEY-VCH  Verlag  GmbH  &  Co.  KGaA, Weinheim (2006)
[7] J.H. Yang, Y.S. Han, J.H. Choy. “TiO2 thin-films on  polymer  substrates  and  their  photocatalytic activity”, Thin Solid Films, 495 (2006): 266-271
[8] M.  Muslim,  H.  Suseno  and  F.  Rafsani. “Distribution of 137Cs radionuclide in industrial wastes effluents of Gresik, Est Java, Indonesia”, Atom Indonesia, 41.1 (2015): 47-50
[9] O.  Ozturk.  “Microstructural  and  mechanical characterization  of  nitrogen  ion  implanted  layer on 316L stainless steel”, Nuclear instruments and Methods  in  Physics  Research  B,  267  (2009): 1526.