## Kajian Fisis Energi Terbarukan Panel Surya Melalui Eksperimen Sederhana untuk Siswa SMA
Sunaryo a) , Ajeng RB, Ruliana, Siti K
Program Studi Pendidikan Fisika, Universitas Negeri Jakarta, Jakarta 13220
Email: a) sunaryo@unj.ac.id

## Abstract
Has  conducted  research  on  the  effects  of  light  intensity  on  the  output  voltage,  current,  and power.  Research  conducted  generate  data  in  the  form  of  quantitative  and  graphs  that  show  a link  between the intensity of light, the output voltage,  current,  and power. The data obtained were used as sources of learning  in  senior  high school (SMA). The implication  is capable of enhancing  creativity,  motivation  and  learning  outcomes  of  Physics  subject  of  high  school students in future studies.
Keywords : light intensity, current, voltage, solar panel

## Abstrak
Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh intensitas cahaya terhadap tegangan output, arus, dan  daya  listrik.  Penelitian  yang  dilakukan  menghasilkan  data  dalam  bentuk  kuantitatif  dan grafik  yang  menunjukkan  adanya  kaitan  antara  intensitas  cahaya,  tegangan  output,  arus,  dan daya  listrik.  Data  yang  diperoleh  dijadikan  sebagai  sumber  informasi  dalam  pembelajaran  di Sekolah  Menengah  Atas  (SMA).  Implikasinya  adalah  mampu  meningkatkan  kreativitas, motivasi, dan hasil belajar Fisika siswa SMA pada penelitian selanjutnya.
Kata-kata kunci : intensitas cahaya, arus, tegangan, panel surya

## PENDAHULUAN
Panel Surya merupakan suatu teknologi semikonduktor yang mampu menghasilkan energi listrik dari  suatu  proses  penyinaran  cahaya  matahari.  Cahaya  matahari  terdiri  dari  foton  dengan  tingkat energi yang berbeda tergantung spektrumnya. Panel surya dibentuk dari lapisan-lapisan yang terbuat dari  bahan  semikonduktor  dan  disusun  dalam  sebuah frame .  Ketika  cahaya  mengenai  kristal semikonduktor,  cahaya  tersebut  akan  diserap  dan  ditransfer  ke  bahan  semikonduktor.  Energi  yang tersimpan  dalam  semikonduktor  ini  akan  mengakibatkan  elektron  lepas  dan  mengalir  dalam semikonduktor.
Bahan  penyusun  panel  surya  umumnya  adalah  kristal  silikon  (Si).  Besarnya  arus  listrik  atau tenaga  listrik  yang  dihasilkan  bergantung  pada  jumlah  energi  cahaya  yang  mengenai  permukaan silikon  itu  dan  luas  permukaan  sel  itu  sendiri.  Panel  surya  dapat  mengubah  energi  matahari  secara langsung menjadi energi listrik (sifat foto-elektrik). Pada kondisi gelap atau tidak cukup cahaya, solar sel  dapat  berfungsi  seperti  dioda  dan  saat  disinari  dengan  cahaya  matahari,  dapat  menghasilkan tegangan dan arus.
Naskah diterbitkan: 30 Desember 2015 DOI: doi.org/10.21009/1.01213

## METODE PENELITIAN
Penelitian  yang  dilakukan  di  Laboratorium  Energi,  Program  Studi  Fisika,  Universitas  Negeri Jakarta.  Data  yang  diambil  berupa  arus  dan  tegangan  yang  dihasilkan  panel  surya  dengan  variasi ukuran panel surya dan besar intensitas cahaya pada waktu yang bersamaan. Sumber cahaya berasal dari  matahari.  Peralatan  yang  digunakan  untuk  melakukan  pengumpulan  data  dalam  pembuatan penelitian ini yaitu: panel surya, multimeter, penjepit buaya/terminal/kabel, luxmeter , serta pelaratan pendukung lainnya.
Data-data  yang  telah  didapat  dari  observasi,  pengamatan,  dan  pengukuran  secara  langsung selanjutnya  dianalisis  untuk  kemudian  memperoleh  nilai  variabel-variabel  besaran  tegangan,  arus, daya, dan intensitas. Data dari tegangan, arus, daya, dan intensitas yang dihasilkan oleh panel surya ini  kemudian  diplot  menjadi  suatu  kurva.  Kemudian,  diambil  nilai  rata-rata  yang  akan  digunakan untuk  perbandingan  panjang  gelombang.  Selanjutnya  dibentuk  suatu  kurva  histogram  yang menyatakan perbandingan antara masing-masing percobaan yang telah dilakukan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## 1. Pengukuran Intensitas dan Output Panel Surya #1
TABEL 1 . Spesifikasi Panel Surya #1 SOLAR PANEL 50 W WP 50 W VMP 17.2 V IMP 2.91 A VOC 21.16 V ISC 3.11 A Max System Voltage 1000 V DC TABEL 2 . Data intensitas cahaya matahari dan output Panel Surya #1. No  Waktu Intensitas (lux) Tegangan (V) Arus (A) Daya (Watt) 1 9:00 30905 19.20367 0.913 17.538 2 10:00 76440 18.96315 2.714 51.461 3 11:00 81470 19.14725 2.491 47.698 4 12:00 84377 19.55467 2.526 49.395 5 13:00 76623 19.4743 2.255 43.913 6 14:00 69625 19.50125 1.860 36.278 7 15:00 32366 19.1201 0.978 18.705 8 16:00 16380 18.687 0.459 8.5811 Tegangan rata-rata 19.206424  Volt Arus rata-rata 1.7745        Ampere Daya rata-rata 34.19501    Watt Intensitas rata-rata 58523.25    Lux
Dari TABEL 2 di atas terlihat bahwa intensitas yang diterima panel surya terhadap waktu selalu berubah-ubah. Berikut adalah kurva hubungan waktu terhadap output yang dihasilkan panel 50 W.
18,2 18,4 18,6 18,8 19 19,2 19,4 19,6 19,8 Tegangan (V) Waktu (Jam) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Arus (A) Waktu (Jam)
GAMBAR 1 . Kurva Waktu dan Tegangan Panel Surya #1 GAMBAR 2 . Kurva Waktu dan Arus pada Panel Surya #1
0 10 20 30 40 50 60 Daya (Watt) Waktu (Jam) GAMBAR 3 . Kurva Waktu dan Daya pada Panel Surya #1 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 9:00 10:00 11:00 12:00 1:00 2:00 3:00 4:00 Intensitas (x 10 4 ) Waktu (Jam)
GAMBAR 4 . Kurva Waktu dan Intensitas pada Panel Surya #1
Berikut hasil output panel surya terhadap perbedaan intensitas yang diterima:
0 10 20 30 40 50 60 30 90 5 7644 0 8147 0 8437 7 7662 3 6962 5 3236 6 1638 0 Daya (W) Intensitas (Lux)
GAMBAR 7 . Kurva Intensitas terhadap Daya pada Panel Surya #1
Dari hasil ploting grafik di atas terlihat bahwa peningkatan intensitas yang terjadi, menyebabkan besarnya  arus,  tegangan,  serta  daya  yang  dihasilkan  panel  surya  meningkat.  Penurunan  intensitas yang terjadi, menyebabkan besarnya arus, tegangan, serta daya yang dihasilkan panel surya menurun.

## 2. Pengukuran Intensitas dan Output Panel Surya #2
TABEL 3 . Spesifikasi Panel Surya #2 SOLAR PANEL 10 W PM 10 W VMP 17.0 V IMP 0.59 A VOC 21.5 V ISC 0.68  A Max System Voltage 1000 V DC TABEL 4 . Data intensitas cahaya matahari dan output Panel Surya #2.
No Waktu Intensitas (lux) Tegangan (V) Arus (A) Daya (Watt) 1 9:00 30517 19.089 0.235 4.488539 2 10:00 70910 18.195 0.623 11.33606 3 11:00 85935 18.967 0.690 13.09386 4 12:00 92353 19.268 0.700 13.49213 5 13:00 76763 19.344 0.575 11.12599 6 14:00 69200 19.489 0.479 9.347182 7 15:00 31660 19.152 0.251 4.797468 8 16:00 14880 18.255 0.109 2.004399 Tegangan rata-rata 18.969875  Volt Arus rata-rata 0.45775      Ampere Daya rata-rata 8.710704    Watt Intensitas rata-rata 59027.25    Lux
GAMBAR 8 . Kurva Waktu dan Tegangan padaPanel Surya #2 GAMBAR 9 . Kurva Waktu dan Arus pada Panel Surya #2
GAMBAR 10 . Kurva Waktu dan Daya pada Panel Surya #2 GAMBAR 11 . Kurva Waktu dan Intensitas Panel Surya #2
GAMBAR 12 . Kurva Intensitas terhadap Tegangan
GAMBAR 13 . Kurva Intensitas terhadap Arus
GAMBAR 14 . Kurva Intensitas terhadap Daya pada Panel Surya #2

## 3. Kedua Panel Surya Dirangkai Seri
TABEL 5 . Data intensitas cahaya matahari dan output Panel Surya #3 (yang Dirangkai Seri).
No Waktu Intensitas (lux) Tegangan (V) Arus (A) Daya (Watt) 1 9:00 31531 36.626 0.2383 8.727 2 10:00 80470 37.151 2.7265 101.291 3 11:00 87989 37.924 2.5819 97.918 4 12:00 98250 38.810 3.0032 116.556 5 13:00 76736 38.682 2.3335 90.263 6 14:00 73120 38.854 1.9390 75.338 7 15:00 30600 38.150 0.9196 35.083 8 16:00 13170 36.660 0.3777 13.847 Tegangan rata-rata 37.85713    Volt Arus rata-rata 1.764963    Ampere Daya rata-rata 67.377875  Watt Intensitas rata-rata 61483.25     Lux
Berikut adalah kurva hubungan waktu terhadap output yang dihasilkan panel ketika dirangkai seri.
35,5 36 36,5 37 37,5 38 38,5 39 39,5 V (V) Waktu (Jam) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 9:00 10:00 11:00 12:00 1:00 2:00 3:00 4:00 I (A) Waktu (Jam)
GAMBAR 15 . Kurva Waktu dan Tegangan padaPanel Surya #3 GAMBAR 16 . Kurva Waktu dan Arus pada Panel Surya #3
GAMBAR 17 . Kurva Waktu dan Daya pada Panel Surya #3
GAMBAR 18 . Kurva Waktu dan Intensitas Panel Surya #2
GAMBAR 19 . Kurva Intensitas terhadap Tegangan
GAMBAR 20 . Kurva Intensitas terhadap Arus

## SIMPULAN
Dari hasil pengukuran  didapatkan bahwa besarnya intensitas dan waktu  (yang juga menyatakan kemiringan  sudut  panel  terhadap  posisi  matahari)  sangat  mempengaruhi  besarnya  output  yang dihasilkan oleh panel surya. Intensitas yang diterima permukaan panel mempengaruhi besarnya arus, tegangan, dan daya yang dihasilkan oleh panel surya. Hal ini dibuktikan oleh  meningkatnya output panel  ketika  intensitas  yang  diterima  panel  meningkat  seiring  meningkatnya  waktu  menuju  siang hari,  dan  menurunnya  output  panel  ketika  intensitas  yang  diterima  panel  menurun  seiring meningkatnya waktu menuju sore hari. Intensitas maksimum diperoleh pada pukul 11:00 dan 12:00, dimana  posisi  panel  dapat  dikatakan  berada  pada  posisi  tegak  lurus  terhadap  sumber  cahaya  yaitu matahari.  Secara  fisika,  hal  ini  disebabkan  karena  foton  menumbuk  tepat  pada  permukaan  panel tanpa adanya kemungkinan untuk menyebar sehingga menyebabkan energi hasil tumbukan foton dan elektron  yang  terdapat  pada  permukaan  panel  terlepas  dengan  energi  yang  lebih  besar  dan menghasilkan energi listrik yang lebih besar.
Penelitian  ini  masih  perlu  ditindaklanjuti  dengan  bentuk  penerapan  pembelajaran  dengan  materi energi  terbarukan  dengan  menggunakan  data  sejenis  yang  diharapkan  mampu  memicu  peningkatan kreativitas,  motivasi  siswa  dalam  mengenal  pemanfaatan  energi  listrik  dan  mencari  alternatif penghasil energi tersebut.

## REFERENSI
Salmi,  Tarak;  Bouzguenda,  Mounir;  Masmoudi,  Adel  Gastli  Ahmed.  “ Matlab/Simulink  Based Modelling  of  Solar  Photovoltaic  Cell . ” International  Journal  of  Renewable  Energy  Reseach.Vol 2. No 2. 20.
Savita Nema, R.K. Nema, Gayatri Agnihotri, “ MATLAB/Simulink based study of photovoltaic cells/ modules/  array  and  their  experimental  verification , ” International  journal  of  Energy  and Environment, vol.1, No.3, pp.487-500, 2010.
I.H.  Atlas,  A.M.  Sharaf, “A  Photovoltaic  Array  Simulation  Model  for  Matlab-Simulink  GUI Environment” , International Conference on Clean Power, pp. 341-345, 2007.
Kinal Kachhiya, Makarand Lokhande, Mukesh Patel, “MATLAB/Simulink Model of Solar PV Module and MPPT Algorithm” , Proceedings of the National Conference on Recent Trends in Engineering and Technology, 2011.
Huan-Liang Tsai, Ci-Siang  Tu, Yi-Jie Su, “Development of Generalized Photovoltaic Model Using MATLAB/SIMULINK” ,  Proceedings  of  the  World  Congress  on  Engineering  and  Computer Science WCECS, San Francisco, USA, 2008.
Green MA., Emery K, King DL, Hisikawa Y, Warta W, 2006. Solar Cell Efficiency Tables (Version 27),  Progress Photovoltaics: Research and Applications, 2006; 14:45-51.
Keogh,  M.  William  and  Blackers,  W.  Andrew,  2001. Accurate  Measurement,  Using  Natural Sunlight, of Silicon Solar Cells, Research and Aplications 2001; 12; 1-19, Centre for Sustainable Energy Systems, The Australian National University, Canberra, Australia.
Kadir,  Abdul.  (1995). Energi  Sumber  Daya,  Inovasi,Tenaga  Listrik  dan  Potensi  Ekonomi .  Jakarta: UI-Press Quaschning, Volker. Understanding Renewable Energy Systems . London, Sterling, VA: Earthscan, 2005.