Pengaruh Temperatur Terhadap Kapasitas Daya Panel Surya (Studi Kasus: Pontianak)

## Kho Hie Khwee
Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Elektro, Universitas Tanjungpura e-mail : khohiekhwee@yahoo.com
Abstract – Panel  surya  pada  umumnya  terbuat  dari bahan  yang  mampu  menyerap  energi  foton dari  radiasi matahari  dan  mengubahnya  menjadi  energi  listrik. Energi  panas  dari  radiasi  matahari  juga  ikut  terserap sehingga menaikkan temperatur sel-sel surya. Temperatur  lingkungan  sekitar  panel  surya  juga memiliki  kontribusi  dalam  perubahan  temperatur  pada sel-sel  surya.  Akibat  kenaikan  temperatur,  maka  daya listrik  yang  diproduksi  oleh  panel  surya  menjadi berkurang. Untuk kondisi Pontianak, terjadi pengurangan  daya  listrik  sebesar -0.7113W/°C  jika menggunakan panel surya jenis monokristalin.
Keywords – daya  listrik,  panel  surya,  radiasi  matahari, temperatur.

## 1. Pendahuluan
Panel  surya  terdiri  dari  susunan  sel-sel  surya.  Pada umumnya  sel  surya  terbuat  dari  bahan  silikon  yang memiliki  sifat  sebagai  penyerap  energi  radiasi  matahari yang  sangat  baik.  Selama  panel  surya  beroperasi  di bawah sinar matahari, energi radiasi matahari dikonversi menjadi energi listrik dan terjadi peningkatan temperatur sel-sel surya.
Menurut penelitian King dkk [1], Del Cueto [2], dan Myers  [3],  perubahan temperatur  sel-sel  surya  ini diakibatkan  oleh  temperatur, kondisi  awan  dan kecepatan angin di lingkungan sekitar daerah penempatan panel surya.
Qiang dan Nan dalam penelitiannya [4] menunjukkan  adanya  pengaruh  temperatur  terhadap karakteristik  arus-tegangan  (I-V)  pada  panel  surya. Dengan menurunnya temperatur, arus listrik dalam panel surya  sedikit  menurun. Bahkan  perubahan  temperatur yang  sangat  cepat  dan  ekstrim  dapat  menyebabkan terganggunya  produksi  listrik  pada  suatu  Pembangkit Listrik Tenaga Surya [5].
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan perubahan  kapasitas  produksi  listrik  panel  surya  1kw akibat  perubahan  temperatur  untuk  radiasi  matahari  di wilayah Kalimantana Barat.

## 2. Model  Daya  Listrik Panel  Surya  Terhadap Temperatur
Daya  listrik  yang  dihasilkan  oleh  panel  surya  dapat didefinisikan sebagai berikut:
= ,
,
(1)
di  mana P PV,STC adalah  kapasitas  daya  panel  surya  pada kondisi  uji  baku (kW), f PV adalah  factor  susut (%), I T adalah  radiasi matahari global yang mengenai permukaan  panel  surya (kW/m 2 ), I T,STC radiasi  matahari pada kondisi uji baku (1 kW/m 2 ), dan f temp adalah factor susut  akibat  perubahan  temperatur. Faktor  susut  adalah pengurangan daya luaran panel surya akibat debu/kotoran pada permukaan panel, rugi-rugi pengawatan,  dampak  bayangan  yang  menutupi  panel, usia pakai, serta hal lain yang dapat menyebabkan daya luaran panel surya menyimpang dari kondisi ideal.
Faktor  susut  akibat perubahan  temperatur  dapat dihitung sebagai berikut:
= 1 + − , (2)
di mana  p adalah koefisien temperatur daya (%/ ˚C), T c adalah  temperatur  sel  surya ( ˚C), dan T c,STC adalah temperatur sel surya pada kondisi uji baku (25 ˚C).
Koefisien  temperatur  daya  menunjukkan  seberapa kuat pengaruh temperatur sel surya terhadap daya listrik luaran  panel.    Koefisien  ini  bernilai  negative  karena daya  luaran  panel  surya  berkurang  jika  temperatur  sel surya  meningkat.  Besarnya  nilai  koefisien  temperatur daya  tergantung  pada  jenis  panel  surya.  Nilai  koefisien ini  adalah  nol  apabila  pengaruh  temperatur  terhadap daya listrik panel surya diabaikan.
Temperatur  sel  surya, T c adalah  temperatur  yang diukur  pada  permukaan  panel  surya.  Pada  malam hari, nilai temperatur ini sama dengan temperatur lingkungan sekitarnya,  namun  pada  siang  hari  saat  terik  matahari, nilai  temperatur  ini  dapat  mencapai 30°C atau  lebih  di atas temperatur lingkungan sekitarnya. Untuk menghitung temperatur sel surya ini dapat menggunakan persamaan sebagai berikut:
= + , , , 1 − (3)
di mana T a adalah temperatur daerah sekitar (°C), T c,NOCT adalah temperatur nominal sel surya (°C), T a,NOCT adalah temperatur  daerah  sekitar  di  mana  temperatur  nominal sel  surya  didefinisikan (20°C), I T,NOCT adalah  radiasi matahari pada temperatur nominal sel surya didefinisikan (0.8  kW/m 2 ),  c adalah  efisiensi  konversi listrik  panel  surya (%), serta  adalah  tingkat penyerapan panel surya. Tingkat penyerapan panel surya merupakan  rasio  antara  radiasi  total  yang  terserap  oleh panel  surya  terhadap  radiasi  total  yang  mengenai permukaan  panel  surya.  Pada  kondisi  normal,  panel surya  harus  mampu  menyerap  paling  sedikit 90% dari radiasi matahari yang mengenainya.
Jika  panel  surya  dikendalikan  oleh  perangkat penjejak  titik  daya  maksimum,  maka  panel  akan  selalu bekerja  pada  titik  daya  maksimumnya  dan  efisiensi  sel surya (  c ) selalu  bernilai  sama  dengan  efisiensi  titik daya  maksimumnya (  mp ). Penggunaan  perangkat penjejak titik daya maksimum ini sangat direkomendasikan untuk meningkatkan kapasitas pembangkitan  listrik  oleh  panel  surya.  Temperatur  sel surya  dengan  perangkat  penjejak  titik  daya  maksimum dapat ditentukan sebagai berikut:
= + , , , 1 − .
(4)
Karena  mp tergantung kepada temperatur sel T c , maka = , (5)
di  mana  mp,STC adalah  efisiensi  panel  surya  pada  titik daya masimum di bawah kondisi uji baku (%). Pembuat panel  surya  pada  umumnya  menyediakan  data-data T c,NOCT ,  p ,  mp,STC sebagai  bagian  daripada  panel  surya yang mereka produksi.

## 3. Studi pada Wilayah Pontianak
Intensitas  radiasi  matahari  dan temperatur rata-rata wilayah Pontianak ditunjukkan dalam tabel 1. Intensitas radiasi  matahari  rata-rata  tinggi  terjadi  pada  bulan Februari – September.  Sedangkan  pada  musim  hujan yang  terjadi  di  bulan  Oktober – Januari  intensitas matahari menurun dan terendah pada bulan Desember.
Tabel 1. Intensitas Matahari dan Temperatur Rata-rata Pontianak Bulan Intensitas Matahari (kWh/m 2 ) Temperatur ( ˚C) Jan 0.1971 25.21 Feb 0.2138 25.39 Mar 0.2173 25.66 Apr 0.2137 26.04 Mei 0.2080 26.25 Jun 0.2095 26.31 Jul 0.2096 26.44 Agu 0.2172 26.86 Sep 0.2106 26.64 Okt 0.2053 26.04 Nov 0.1942 25.74 Des 0.1880 25.44
Dalam  periode  satu  tahun,  temperatur  di  wilayah Pontianak  pada  umumnya  berkisar  dalam  rentang 23°C sampai 33°C dan  sangat jarang  di  bawah 22°C atau  di atas 34°C. Pada  musim  panas/kemarau  temperatur harian  rata-rata  tertinggi  adalah 33°C dan  terendah 24°C. Sedangkan  pada  musim  hujan  temperatur  harian rata-rata tertinggi 30°C dan terendah 23°C.
Panel surya yang  digunakan  dalam studi  ini adalah jenis  monokristalin  dan  memiliki  spesifikasi  seperti ditunjukkan dalam tabel 2.

## Table 2. Spesifikasi Panel Fotovoltaik
Monokristalin
P PV,STC 1 kW  mp,STC 15.67% T c,NOCT 47°C  p
-0.43%/ ˚C
Faktor  penyusutan  berdasarkan  tingkat  toleransi fabrikasi,  efisiensi  inverter,  pengawatan,  dampak bayangan,  debu,  serta  penuaan  diasumsikan  bernilai f PV = 80%,  dan  reflektansi  tanah  rata-rata  di  Kalimantan Barat  adalah ρ g = 20%.  Sudut  azimuth  pemasangan panel surya adalah  sebesar 0°  untuk  mendapatkan sinar matahari  sebesar-besarnya,  karena  Pontianak  memiliki letak pada 0,0333 LS.

## 4. Hasil dan Bahasan
Tabel  2  menunjukkan  daya  listrik  rata-rata  bulanan yang  dapat  diproduksi  oleh  1kW  panel  surya.  Daya listrik rata-rata  tertinggi  dihasilkan  pada  bulan  Maret, yaitu sebesar 0,1686kW sedangkan daya listrik rata-rata terendah pada bulan Desember, sebesar 0,1465kW.
Gambar  1 menunjukkan  pengaruh  temperatur terhadap  daya  listrik  rata-rata  yang  diproduksi  oleh panel surya  1kW dari  bulan  Januari – Desember.  Dari kemiringan grafik, maka dapat ditentukan bahwa terjadi penurunan  produksi  listrik  oleh  panel  surya  sebesar - 0.7113W/°C. Semakin  tinggi  temperatur  lingkungan sekitar  panel  surya,  daya  listrik  yang  dihasilkan  oleh semakin  berkurang.  Selain  pengaruh  dari  temperatur lingkungan,  radiasi  elektromagnerik  yang  diserap  oleh panel  surya  juga  dapat  menaikkan  temperatur  sel-sel surya.  Untuk  mengatasi  dampak  tersebut  maka direkomendasikan  untuk  memakai  sistem  pembuangan panas pada panel surya.
Tabel 2. Daya Listrik Rata-rata Panel Surya Bulan Daya Listrik (kW) Jan 0.1536 Feb 0.1661 Mar 0.1686 Apr 0.1655 Mei 0.1611 Jun 0.1622 Jul 0.1622 Agu 0.1675 Sep 0.1628 Okt 0.1592 Nov 0.1510 Des 0.1465
Gambar 1. Daya listrik rata-rata panel surya  untuk bulan Januari – Desember vs temperatur.

## Kesimpulan
Daya  listrik  yang  dihasilkan  oleh  suatu  panel  surya tidak  hanya  tergantung  kepada  besarnya  intensitas radiasi  yang  diterimanya,  namun  kenaikan  temperatur pada permukaan  panel  surya  juga  dapat  menurunkan besar  daya  listrik  tersebut.  Perubahan  temperatur  pada panel  surya  selain  disebabkan  oleh  temperatur lingkungan  sekitar,  juga  disebabkan  oleh  bahan  silikon
sel-sel  surya  yang  mampu  menyerap  energi  foton sekaligus panas dari radiasi matahari.

## Referensi
[1].  D.  L. King, J.  A. Kratochvil, dan  W.  E. Boyson, “ Measuring Solar Spectral and Angle ‐ of ‐ Incidence Effects on  Photovoltaic  Modules  and  Solar  Irradiance  Sensors ”, 26th  IEEE Photovoltaics  Specialists  Conference, hal. 1 ‐ 6, 1997.
[2]. J.  A.  Del  Cueto, “ PV  Module  Energy  Ratings  Part  II: Feasibility  of  Using  the  PERT  in  Deriving  Photovoltaic Module  Energy  Ratings ” , National  Renewable  Energy Laboratory, 2007.
[3]. D. Myers, “ Evaluation of the Performance of the PVUSA Rating  Methodology  Applied  to Dual  Junction  PV Technology ’, American  Solar  Energy  Society  Annual Conference, hal. 1 ‐ 11, 2009.
[4].  F. Qiang dan T. Nan, “ A  Complex-Method-Based  PSO Algorithm  for  the  Maximum  Power  Point Tracking  in Photovoltaic  System ” , Second  International  Conf.  on Information  Technology  and  Computer  Science  (ITCS), hal. 134-137, 2010.
[5].  M.  Van  Cleef, P. Lippens, dan J. Call, “ Superior  Energy Yields  of  UNI ‐ SOLAR  Triple  Junction Thin  Film  Silicon Solar  Cells  compared  to  Crystalline  Silicon  Solar  Cells under  Real Outdoor  Conditions  in  Western  Europe ”, 17th European  Photovoltaic  Solar  Energy Conference  and Exhibition,2001.
24 26 28 30 32 0.145 0.15 0.155 0.16 0.165 0.17 0.175 Temperatur (Celcius) PV O ut pu t ( kW ) Jan Feb Mar Apr 24 26 28 30 32 0.156 0.158 0.16 0.162 0.164 0.166 0.168 0.17 0.172 Temperatur (Celcius) PV O ut pu t ( kW ) Mei Jun Jul Agu 24 26 28 30 32 0.145 0.15 0.155 0.16 0.165 0.17 Temperatur (Celcius) PV O ut pu t ( kW ) Sep Okt Nov Des