Panel Surya dengan Reflektor Cermin Datar untuk Penerangan Rumah Sederhana
Erliza Yuniarti 1* , Sofiah 2 , Muhammad Rizal 3
1,2,3 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Palembang, Indonesia * Koresponden email : erlizay69@gmail.com
Diterima: 28 Agustus 2022 Disetujui: 6 September 2022

## Abstract
Increased consumption of electrical energy has an impact on the faster reduction in fossil fuel reserves used as the main energy source. One solution to overcome these problems is to utilize the abundant amount of solar energy, especially for tropical climates. Conversion of solar energy into electrical energy can be done with the help of a solar panel system. This study aims to examine the effect of using a solar panel system with flat mirror reflectors on both sides of the solar panel on system performance. The research was carried out using an experimental method by testing the solar panel system without reflector and with a reflector, with variations in angles of 120° and 150° to the flat panel plane. The results of the study found that the use of  reflectors  was  quite  effective  in  increasing  daily  sunlight  absorption.  The  increase  in  voltage  is  0.34 Volts or 2.83% at a reflector angle of 120° and 0.83% at a reflector angle of 150°.
Keywords: solar panels, solar cell, flat mirrors, reflectors, energy

## Abstrak
Peningkatan  konsumsi  energi  listrik  berimbas  pada  semakin  cepat  berkurangnya  cadangan  bahan  bakar fosil  yang  digunakan  sebagai  sumber  energi  utama.  Salah  satu  solusi  untuk  mengatasi  permasalahan tersebut adalah dengan memanfaatkan energi matahari yang jumlahnya berlimpah, terutama untuk daerah beriklim  tropis.  Konversi  energi  matahari  menjadi  energi  listrik  dapat  dilakukan  dengan  bantuan  sistem panel surya. Penelitian ini bertujuan mengkaji pengaruh penggunaan sistem panel surya dengan reflektor cermin  datar  di  ke  dua  sisi  panel  surya  terhadap  kinerja  sistem.  Penelitian  dilakukan  dengan  metode eksperimental  dengan  melakukan  pengujian  terhadap  sistem  panel  surya  tanpa  reflektor  dan  dengan reflektor, dengan variasi sudut 120° dan 150° terhadap bidang datar panel. Hasil penelitian mendapatkan bahwa  penggunaan  reflektor  cukup  efektif  untuk  meningkatkan  serapan  cahaya  matahari  harian. Peningkatan tegangan adalah sebesar 0,34 Volt atau 2,83% pada sudut reflektor 120° dan   0,83 % pada sudut reflektor 150°.
Kata Kunci: panel surya, sel surya, cermin datar, reflektor, energi

## 1. Pendahuluan
Konsumsi  energi  listrik  semakin  meningkat  seiring  dengan  pertumbuhan  ekonomi  dan  kemajuan teknologi. Hal ini berimbas pada peningkatan eksploitasi sumber energi fosil,  yang saat ini masih banyak dipakai sebagai bahan bakar utama pembangkit listrik. Mengingat terbatasnya persediaan  sumber energi fosil,  maka  mulai  dicari  sumber  energi  lainnya  yang  bersifat renewable seperti  energi  matahari,  energi pasang  surut,  energi  angin,  dan  energi  panas bumi  [1]. Energi  matahari  khususnya  di  Indonesia  sebagai negara yang memiliki iklim tropis sangat berlimpah. Kekurangan pada energi matahari adalah tidak dapat langsung  dimanfaatkan  menjadi  energi  listrik.  Energi  matahari  terlebih  dahulu  dikonversikan  menjadi energi  listrik  dengan  bantuan  peralatan  seperti  panel  surya  ( solar  cell ), solar  cell  controler ,  baterai  dan inverter [2][3]. Perancangan sistem panel surya yang tepat dapat memastikan operasi yang aman, ekonomis dan ramah  lingkungan [4][5].
Sistem  panel  surya  sebagai  pembangkit  listrik  tenaga  surya  (PLTS)  dan  peralatan  bantu  lainnya mampu memenuhi kebutuhan listrik sesuai dengan jumlah beban yang dibutuhkan konsumen  [2]. Sistem panel  surya  saat  ini  sudah  banyak  dipergunakan  dengan  sistem off-grid maupun on-grid dengan  PLN. Walaupun  efisien  sistem  panel  surya  cukup  rendah  namun  kemampuannya  masih  dapat  dioptimalkan dengan memberikan pencahayaan yang cukup [6][7].  Salah satu solusi yang memungkinkan adalah dengan menambah jumlah cahaya yang mengenai permukaan modul surya dengan bantuan reflektor [5], [8]–[13]. Reflektor berfungsi memaksimumkan jumlah sinar matahari yang jatuh pada area permukaan panel surya, hal ini menyebabkan output daya listrik yang dihasilkan akan lebih besar. Peningkatan output daya listrik
yang dihasilkan  juga akan meningkat nilai efisiensi sistem panel surya [14]. Reflektor untuk panel surya dapat berbentuk cermin datar atau cekung dengan bahan terbuat dari cermin [12],  kaca berlapis aluminium foil [15] dan aluminium foil [13].
Riset  [5]  membahas  sistem  panel  surya  sebagai  sumber  energi  listrik  cadangan  dengan  kapasitas panel 300 Wp. Sistem panel surya ini berhasil memaksimalkan output dari dengan sudut kemiringan 20°- 30°.  Penghematan  energi  listrik  dengan  penggunaan  pemasangan  panel  surya  sebesar  30,54  kWh  atau 13,76%  dari  total  energi  listrik  yang  digunakan  dalam  rentang  waktu  satu  bulan,  sistem  ini  memiliki efisiensi 30,55%. Riset [9] menggunakan panel surya  fleksibel jenis monocrystalline 20 Wp untuk catu daya pendingin air. Hasil riset mendapatkan bahwa reflektor fleksibel yang dipasang dengan  sudut 0° dapat meningkatkan  sistem  pendinginan  dengan  efisiensi  15,41%  dan  pada  sudut  reflektor  20°  menghasilkan efisiensi  lebih  kecil  yaitu  14.74%.  Riset  lainnya  [8][10]  memakai  reflektor  berupa    cermin  datar  dan aluminium foil.
Reflektor pada riset [8] ditempatkan pada sisi panel dengan sudut bervariasi 15°-75° dengan tujuan mengetahui pengaruh penggunaan sudut reflektor pada keempat sisi panel surya terhadap daya output yang dihasilkan.  Penempatan  reflektor  dengan  sudut  30°    berhasil  menaikkan  daya  listrik  sebesar  14%  pada penggunaan  cermin  datar  dan  19%  pada  penggunaan  reflektor  aluminium  foil.  Sebaliknya  penggunaan reflektor  dengan  sudut  15°,  45°,  60°,  dan  75°  mengakibatkan  penurunan  kemampuan  panel  surya. Penurunan disebabkan reflektor menghalangi cahaya matahari  menuju ke panel, sehingga memunculnya bayangan terutama di pagi dan sore hari. Ref. [10] membagi panel menjadi dua array , instalasi reflektor di desain membentuk sudut 110° terhadap bidang datar panel surya. Pengukuran dilakukan dengan interval 30 menit mulai jam 08.00 -16.00 selama tujuh hari. Hasilnya riset menunjukkan, sistem dengan reflektor cermin dan aluminium dapat menghasilkan daya output 15% lebih tinggi dibandingkan dengan sistem tanpa reflektor. Riset ini masih dapat dikembang dengan memastikan intensitas cahaya yang sama pada pengujian atau dalam rentang waktu yang lebih lama. Riset [11] mengembangkan pengaturan reflektor ganda, dimana reflektor  sekunder  yang  diposisikan  di  atas  titik  fokus  reflektor  utama  mengarahkan  sinar  matahari  ke penyimpan  panas  yang  diposisikan  di  bawah  lubang  di  reflektor  utama.  Reflektor  ini  lengkapi  dengan pendekri sinar  matahari, tetapi penyimpanannya tidak bergerak. Dalam sistem ini baterai dapat di isi dari panas portabel, selama tersedianya sinar matahari, dan memanfaatkannya untuk memasak di malam hari.
Riset  ini  membahas  kemampuan solar  cell  monocrystalline berkapasitas  20  Wp  dengan  reflektor cermin datar sebagai prototipe untuk  penerangan rumah tinggal sederhana.  Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji  pengaruh  penggunaan  reflektor  dua  sisi  panel  surya  terhadap  kinerja  sistem.  Reflektor  terbuat dari kaca dengan variasi sudut 120° dan 150° terhadap bidang panel. Reflektor dengan perubahan sudut ini dimanfaatkan untuk peningkatan penyerapan sinar matahari yang akan disimpan ke dalam baterai. Kinerja sistem panel surya dengan reflektor cermin datar diamati berdasarkan perubahan  tegangan dan arus pada baterai, yang disuplai sebelum dan sesudah penggunaan reflektor per hari.

## 2. Metode Penelitian
Riset  pemanfaatan  sudut  reflektor  cermin  datar dua  sisi  ini  dengan solar  cell berkapasitas  20  Wp merupakan  penelitian  eksperimental.  Riset  ini  membandingkan  kemampuan  serapan  daya  dari  kinerja reflektor berdasarkan besaran sudut antara panel surya dan reflektor [8][10].
Gambar 1 . Panel surya dengan reflektor cermin datar

## Sumber: Dokumen pribadi (2022)
Pada riset ini digunakan sudut reflektor 120° dan 150° terhadap bidang panel ( Gambar 1 ). Pengujian dan  pengukuran  dilakukan  dengan  sistem  panel  surya  terhubung  langsung  beban. Besaran  listrik  diukur
menggunakan multi meter dan suhu didapat dari pembacaan pada aplikasi Android. Riset dilakukan pada musim penghujan dimana suhu berkisar 29-31°C.

## Komponen sistem panel surya
Sistem  panel  surya  tersusun  dari  beberapa  peralatan,  diantaranya  adalah  panel  surya, solar  cell controller , inverter, baterai dan beban. Spesifikasi dari peralatan-peralatan terdapat pada Tabel 1.
Tabel 1 . Spesifikasi sistem panel surya Peralatan Keterangan Panel surya Visero, Monocrystalline , 20WP Baterai Yuasa, Np7-12, 12 Volt Solar Charge Controller HQRG, 20 Amper, 12/24 Volt Lampu Mikolite, LED, 5 Watt, 10 Watt Inverter 500 Watt, PWM Reflektor Kaca cermin, 3 mm Sumber: Dokumen pribadi (2022)
Panel  surya  dengan  kapasitas  daya  20  Watt Peak memiliki  tegangan/arus  kerja  maksimum  17,5 Volt/1,14  Amper.  Selama  pengisian  kondisi  baterai  tidak  terhubung  ke  beban.  Baterai  yang  digunakan adalah  1  buah  baterai  kering  yang  memiliki  kapasitas  7  Ah  dan  tegangan  maksimum  12,8  Volt. Solar charger  controller yang  digunakan untuk  membatasi  arus  dan  tegangan  menuju baterai,  bekerja  dengan rating arus 20 Amper dan memiliki display arus dan tegangan. Beban penerangan yang dipakai pada rumah tinggal  sederhana  adalah  lampu  dengan  daya  5  Watt.  Inverter  berkapasitas  500  Watt  tipe pulsa  width modulation yang digunakan untuk mengubah tegangan arus searah dari baterai menjadi arus bolak balik dalam bentuk gelombang sinusoidal. Diagram satu garis sistem panel surya off-grid atau tidak terhubung ke sistem jaringan PLN terlihat pada Gambar 2 .
Gambar 2 . Diagram sistem panel surya Sumber: Dokumen pribadi (2022)

## Pengujian sistem panel surya
Penelitian sistem panel surya dimulai dari instalasi listriknya. Instalasi sistem panel dilakukan dengan menghubungkan masing-masing peralatan seperti panel surya, solar cell controller , inverter, baterai dan beban menggunakan kabel NYA 2,5 mm dan jumper ( Gambar 2 ). Setelah memastikan sistem terhubung dan sistem panel surya bekerja dengan baik. Dilakukan pengisian baterai hingga penuh yaitu bertegangan 12,8 Volt.
Pengujian sistem panel surya ini dilaksanakan per satu hari untuk setiap pengujian atau selama cuaca memungkinkan.  Pengujian  dimulai  pada  jam  10.00-16.00  (7  kali  pengukuran)  dalam  periode  satu  jam. Parameter pengukuran adalah arus, tegangan pada panel surya; tegangan dan arus yang keluar dari baterai menuju inverter serta arus dan tegangan yang di supply ke beban. Beban digunakan lampu LED dengan daya  5  Watt,  10  Watt.  Pengujian  dengan  pembebanan  pertama  dilakukan  tanpa  menggunakan  reflektor, dengan beban  lampu penerangan  5  Watt  dan  10  Watt.  Pengujian  kedua  menggunakan dua  cermin  datar
Solar cell Solar Charger Controller Inverter Lampu penerangan Akumulator
sebagai reflektor dengan sudut 120° dengan jenis variasi beban 5 Watt dan10 Watt serta pengujian ketiga menggunakan reflektor sudut 150° dengan variasi beban yang sama.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Hasil  pengujian  tanpa  beban  dan    dengan  beban  dengan  lampu  5  Watt  ( Gambar  3 ),    didapatkan perubahan  tegangan  dan  arus  yang  dihasilkan  pada  setiap  periode  pengukuran.    Terlihat  kenaikan  arus terjadi  pada  jam  11.00-12.00  namun  setelah  jam  13.00  cenderung  mengalami  penurunan.  Besarnya tegangan dan arus pembebanan dengan reflektor 150° dan tanpa reflektor menunjukkan pola yang sama. Perubahan cuaca dan suhu berbanding lurus terhadap tegangan dan arus yang dihasilkan oleh panel surya. Hasil pengukuran tegangan didapatkan nilai yang stabil di pengujian dengan reflektor sudut 120°, ini berarti selama pembebanan dan ketersediaan daya seimbang. Secara umum tegangan dan arus pengujian dengan beban 5 Watt menghasilkan daya listrik yang cukup untuk supply penerangan dan pengisian baterai, dengan drop tegangan baterai tidak melebihi 0,3 Volt selama pemakaian ( Tabel 2 ).
Gambar 3 . Hasil pengujian panel surya dengan pembebanan  lampu 5 Watt

## Sumber: Dokumen pribadi (2022)
Pada  pembebanan  dengan  lampu LED  10  Watt  ( Gambar  4 ) didapatkan tegangan dan  arus  relatif stabil.  Kenaikan  tegangan  mencapai  13,3  Volt  pada  12.00-13.00  namun  terus  mengalami  penurunan sebanding dengan lama pembebanan. Tegangan akhir pengujian dengan sudut reflektor 150° mengalami kenaikan  sebesar  0,2  Volt.  Sebaliknya  pada  pengujian  lainnya  yaitu  dengan  reflektor  120°  dan  tanpa reflektor tegangan mengalami penurunan 0,4-0,79 Volt ( Tabel 2 ). Penurunan tegangan ini terjadi karena besarnya daya listrik yang dipergunakan tidak sebanding dengan daya yang dihasilkan panel. Penurunan tegangan  cukup  besar  0,79  Volt  pada  panel  surya  tanpa  reflektor,  dengan  kata  lain  reflektor  cukup membantu  walaupun  dalam  musim  penghujan  untuk  mengatasi drop tegangan  dari  penggunaan penerangan.
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 11 11,5 12 12,5 13 13,5 14 14,5 15 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 T ega nga n (V o lt ) Jam Pengukuran Tegangan 150 Tegangan 120 Tegangan Arus 150 Arus 120 Arus 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 11 12 13 14 15 10.00 11.00 12.00 13.00
14.00
15.00 16.00 T ega nga n (V o lt ) Jam Pengukuran
Tegangan 150
Tegangan 120
Tegangan Arus 150 Arus 120 Arus
A rus ( A mpe r) A rus ( A mpe r)
Sistem  panel  surya  ini  mampu  memenuhi  kebutuhan  energi  listrik  rumah  sederhana,  pengujian dengan pembebanan selama 7 jam dengan penggunaan reflektor 120 ̊ atau 150 ̊ pada musim penghujan ini dapat menjadi acuan kemampuan sistem memenuhi kebutuhan konsumen akan daya listrik. Hasil penelitian tanpa reflektor menunjukkan hasil drop tegangan terjadi terbesar adalah 0,79 Volt, pada pembebanan 10 Watt. Tanpa reflektor daya beban lebih besar dari daya yang dapat disuplai dari sistem panel atau tegangan bertambah dengan peningkatan beban dari 5 Watt ke 20 Watt.
Selisih tegangan baterai  ( Tabel 2 ) pada pengambilan data di jam 10.00 dan 16.00 dalam satu hari pengujian. Kenaikan tegangan harian baterai relatif kecil pada pengujian dengan reflektor, yaitu 0,19 Volt atau  0,83  %  pada  pengujian  dengan  sudut  150°,    dan  0,34  Volt  atau  2,83%  pada  sudut  120°.    Namun besarnya perubahan tegangan dengan reflektor lebih kecil dibandingkan tanpa reflektor, dengan kata lain reflektor mampu mensuplai daya lebih baik dibandingkan dengan tanpa reflektor. Perubahan arus yang di supply berbanding  lurus  terhadap  kenaikan  daya  beban.  Besarnya    arus  dengan  beban  yang  sama  yang dipakai jangka tertentu, akan menurun tegangan baterai terutama pada sistem panel surya ini.
Tabel 2 . Perubahan tegangan berdasarkan sudut reflektor Sudut Penempatan Reflektor Beban (Watt) Perubahan Tegangan (Volt) Tanpa reflektor 5 0.11 120 ̊ (0.34)* 150 ̊ 0.31 Tanpa Reflektor 10 0.79 120 ̊ 0.4 150 ̊ (0.19)* *Kenaikan tegangan Sumber: Dokumen pribadi (2022)

## 4. Kesimpulan
Sistem  panel  surya  tanpa  penggunaan  reflektor  pada  pengujian  pembebanan  dapat  menurunkan kemampuan daya baterai sebanding dengan  lama pembebanan. Penggunaan reflektor cukup efektif untuk meningkatkan serapan cahaya matahari harian di musim penghujan,  besar peningkatan tegangan sebesar 0,34 Volt atau 2,83% pada sudut reflektor 120° dan bersudut   0,83 % pada  sudut 150°.

## 5. Singkatan
LED Light Emitting  Diode % Persen ° Derajat Sudut PLN Perusahaan Listrik Negara NYA Ah Kabel  tunggal dengan inti tembaga Ampere hours

## 6. Referensi
[1] L.  Putriyana,  A.  F.  Ladiba,  and  H.  Soekarno,  “Simulasi  Numerik  Lapangan  Panas  Bumi  Sirung Pantar, Kabupaten Alor, Nusa Tenggara Timur,” Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan , vol. 20, no. 1, pp. 1–12, 2021.
[2] E.  M.  Salilih  and  Y.  T.  Birhane,  “Modeling  and  Analysis  of  Photo-Voltaic  Solar  Panel  under Constant Electric Load,” J. Renew. Energy , vol. 2019, pp. 1–10, 2019, doi: 10.1155/2019/9639480.
[3] M. Abdel-Nasser and K. Mahmoud, “Accurate Photovoltaic Power Forecasting Models Using Deep LSTM-RNN,” Neural Comput. Appl. , vol. 31, no. 7, pp. 2727–2740, 2019, doi: 10.1007/s00521-017- 3225-z.
[4] S. S.  Sunardi, A.  H.  Su’udy,  A.  Cundoko,  and  D.  T.  Istiantara,  “Optimalisasi  Pemanfaatan  SHM (Solar Home System) Sebagai Pembangkit Energi Listrik Ramah Lingkungan,” Eksergi , vol. 17, no. 2, p. 76, 2021, doi: 10.32497/eksergi.v17i2.2165.
[5] R.  Sulistyowati  and  A.  Fadholi,  “Optimalisasi  Panel  Surya  Untuk  Skala  Rumah  Tangga,” Pros. Semin. Nas. Tek. Elektro, Sist. Informasi, dan Tek. Inform. , vol. 1, no. 1, pp. 11–20, 2022.
[6] H. Romadhon and B. Budiyanto, “Pemanfaatan Intensitas Radiasi Cahaya Lampu dengan Reflektor Panel  Surya  sebagai  Energi  Harvesting,” Resist.  (Elektronika  Kendali  Telekomun.  Tenaga  List. Komputer) , vol. 3, no. 2, p. 45, 2020, doi: 10.24853/resistor.3.2.45-56.
[7] A. Bughneda, M. Salem, A. Richelli, D. Ishak, and S. Alatai, “Review of Multilevel Inverters for PV Energy System Applications,” Energies , vol. 14, no. 6, 2021, doi: 10.3390/en14061585.
[8] Karnadi, A. Hiendro, and R. Kurnianto, “Peningkatan Daya Output Panel Surya Dengan Penambahan Reflektor Cermin Datar dan Aluminium Foil,” pp. 2–4, 2017.
[9] D. Almanda and B. P. Piliang, “Perbandingan Sistem Pendingin pada Konsentrasi Water Coolant, Air  Mineral,  dan  Air  Laut  Menggunakan  Panel  Surya  Fleksibel  Monocrystaline  20  Wp,” Resist. (elektRonika  kEndali  Telekomun.  tenaga  List.  kOmputeR) ,  vol.  2,  no.  2,  p.  73,  2019,  doi: 10.24853/resistor.2.2.73-82.
[10]  F.  Mujaahid,  S.  Febriyanto, R. Syahputra,  and  K.  Purwanto,  “Impact  of  the  Solar  Energy System With and Without Reflector on Home-Scale Batik Industry,” J. Phys. Conf. Ser. , vol. 1471, no. 1, 2020, doi: 10.1088/1742-6596/1471/1/012046.
[11]  A. Veremachi, B. C. Cuamba, A. Zia, J. Lovseth, and O. J. Nydal, “PCM Heat Storage Charged with a  Double-Reflector  Solar  System,” J.  Sol.  Energy ,  vol.  2016,  pp.  1–8,  2016,  doi: 10.1155/2016/9075349.
[12]  A. Patil, “Improvement of Solar Energy by Mirror Reflection Technique,” Int. J. Res. Appl. Sci. Eng. Technol. , vol. 7, no. 6, pp. 1687–1692, 2019, doi: 10.22214/ijraset.2019.6283.
[13]  B. Widodo, “Peningkatan Energi Listrik Serta Daya Keluaran Pada Panel Surya dengan Penambahan Sistem Pendingin Heatsink Dan Reflektor Aluminium Foil,” no. 03, 2022.
[14]  D.  Amalia,  H.  Abdillah,  and  T.  W.  Hariyadi,  “Analisa  Perbandingan Daya  Keluaran  Panel  Surya Tipe Monokristalin 50wp yang Dirangkai Seri Dan Paralel Pada Instalasi Plts off-Grid,” J. Elektro dan Mesin Terap. , vol. 8, no. 1, pp. 12–21, 2022.
[15]  A. Singhal, A. Bhatt, and T. Raval, “Performance  Enhancement of Solar Flat Plate Collector with Aluminium Foil Reflectors And Trapezoidal Glass Cover,” ARPN J. Eng. Appl. Sci. , vol. 14, no. 17, pp. 2948–2953, 2019.