## JURNAL ILMIAH FLASH
Vol. 5 No. 1, Halaman: 10 - 15 Juni 2019

## MODEL ESTIMASI KARAKTERISTIK MODUL PHOTOVOLTAIC POLYCRYSTALLINE DAN MONOCRYSTALLINE 50 WP
Rusman Sinaga 1 *, Marthen Dangu Elu Beily 2 1,2 Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Kupang Jalan Adisucipto Penfui Kupang Indonesia 85361
* E-mail: sinagarusman@gmail.com

## Abstrak
Rasio  elektrifikasi  di  Kabupaten  Kupang  masih  60%.  Rata-rata  rumah  tangga  yang  belum mendapatkan  pasokan  listrik  berada  di  perdesaan  terpencil  yang  sulit  dijangkau  oleh  jaringan  PLN. Alternatif yang paling baik dalam penyediaan sumber energi listrik di perdesaan Kabupaten Kupang yang belum terjangkau oleh jaringan PLN adalah menggunakan modul PV. Tujuan penelitian ini adalah untuk  membandingkan  efisiensi  modul  PV  bahan monocrystalline dengan polycrystalline dan menemukan  model  estimasi  karakteristik  modul  PV  pada  saat  musim  kemarau.  Metode  yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode observasi yaitu melakukan pengukuran variabel SR, S, I SC dan V OC . Hasil penelitian menunjukkan bahwa modul PV monocrystalline lebih efisien dibandingkan dengan  modul  PV polycrystalline. Pada  penggunaan  modul  PV monocrystalline ,  model  estimasi persamaan regresi adalah I sc = 0.0009 SR + 1.9497 dan V oc = 28.02 - 0.2683 S. Pada penggunaan modul PV polycrystalline model estimasi persamaan regresi adalah I sc = 0.001 SR + 1.6649 dan V oc = 25.644 - 0.2196 S.
Kata kunci : Model estimasi, modul PV, monocrystalline , polycrystalline,

## PENDAHULUAN
Masih  terdapat  30,910  dari  78,011 rumah  tangga  di  Kabupaten  Kupang  yang belum  mendapatkan  pasokan  energi  listrik dengan rasio elektrifikasi 60%. Rata-rata rumah tangga  yang  belum  mendapatkan  pasokan energi  listrik  tersebut  berada  di  perdesaan terpencil yang sulit dijangkau oleh jaringan PLN [1],  pada  hal  salah  satu  sumber  penghasilan utama di perdesaan Kabupaten Kupang adalah dari  hasil  pertanian,  selain  untuk  penerangan dimalam  hari  para  petani  sangat  berharap dapat  mengoperasikan  pompa  air  listrik  untuk mendapatkan  air  dari  sumur-sumur  karena curah hujan di Kabupaten  tersebut relatif kecil sepanjang tahun.
Alternatif  yang  paling  baik  dalam penyediaan sumber energi listrik di perdesaan Kabupaten Kupang yang belum terjangkau oleh jaringan  PLN  adalah  menggunakan  modul Photovoltaic (modul  PV)  [2].  Intensitas  radiasi sinar matahari di Kupang sangat optimum pada musim kemarau. Pada pagi, siang dan sore hari radiasi  sinar  matahari  sangat  berpengaruh terhadap  luaran  energi  PLTS  [3].  Perubahan intensitas  sinar  matahari  dan  sudut  datang sinar  matahari  sangat  berpengaruh  terhadap
tegangan  yang  diterima  modul  PV  [4].  Kinerja modul  PV  berupa  output  daya  maksimum bervariasi  dengan  musim.  Pada  akhir  musim panas dan atau kemarau, suhu akan meningkat dan kinerja modul PV cenderung meningkat [5]. Namun  demikian  yang  menjadi  permasalahan penggunaan modul PV saat ini adalah memilih bahan PV yang tepat berdasarkan kondisi iklim terutama radiasi matahari dan suhu.
Penelitian ini mengkaji pengaruh radiasi matahari terhadap arus hubungan singkat  dan juga  pengaruh  suhu  terhadap  tegangan rangkaian terbuka baik modul PV monocrystalline maupun polycrystalline sehingga  para  pengguna  dan  atau  calon pengguna  modul  PV  dapat  memilih  diantara kedua bahan modul PV tersebut.
Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk membandingkan efisiensi modul PV monocrystalline dan polycrystalline dan menemukan model estimasi karakteristik Modul PV monocrystalline maupun polycrystalline di Kabupaten Kupang pada saat musim kemarau, sehingga  para  pengguna  modul  PV  dapat memilih bahan terbaik sesuai dengan kebutuhan.  Selain keperluan pengguna modul PV  khususnya  di  Kabupaten  Kupang,  hasil penelitian  ini  diharapkan  bermanfaat  bagi
Wp
Sinaga 1 *, Beily 2 11
mahasiswa sebagai
referensi dalam mengadakan praktikum pengujian karakteristik modul PV.

## METODE PENELITIAN
Metode
yang
digunakan untuk memperoleh data
sekunder adalah menggunakan metode study literature, sedangkan  untuk  mendapatkan  data  primer menggunakan metode observasi yaitu melakukan pengukuran variabel radiasi matahari  (SR),  suhu  modul  (S),  arus  hubung singkat  (I SC )  dan  tegangan  rangkaian  terbuka (V OC ). Pengukuran dilakukan
secara bersamaan untuk bahan modul PV monocrystalline dan polycrystalline di Fenun 2 Desa Baumata Kecamatan Taebenu Kabupaten  Kupang  pada  bulan  Juli,  Agustus dan  September  2018.  Alat  yang  digunakan dalam pengukuran antara lain adalah: 1) Solar power meter untuk mengukur radiasi matahari (Gambar  1).  2)  Thermometer  digital  untuk mengukur suhu dibawah modul PV (Gambar 1). 3)  Ampere  meter  digunakan  untuk  mengukur arus hubung singkat (Gambar 2). 4) Volt meter digital  digunakan  untuk  mengukur  tegangan rangkaian  terbuka  (Gambar  2).  5)  Clinometer diguanakan untuk
mengukur derajat kemiringan modul PV sebesar 10 o menghadap utara  (Gambar  3)  dan  6)  Kompas  digunakan untuk mengukur penempatan posisi modul PV menghadap  utara  (Gambar  3).  Rakaian pengukuran modul PV disajikan pada Gambar 4. [6], [7].
Bahan  utama  yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah dua unit modul PV 50 Wp yang  terdiri  dari  satu  unit  modul  PV monocrystalline dan satu unit PV polycrystalline seperti disajikan pada Gambar 5.
Gambar 1. Solar power meter dan
thermometer digital
Gambar 2. Ampere meter dan volt meter
Gambar 3. Clinometer dan kompas
Gambar 4. Rangkaian pengukuran modul PV
Gambar 5. Modul PV monocrystalline (kiri) dan polycrystalline (Kanan)
Metode  analisis  data  yang  digunakan untuk  menemukan  pengaruh  radiasi  matahari terhadap  arus  hubung  singkat  dan  pengaruh suhu  terhadap  tegangan  rangkaian  terbuka menggunakan  analisis  regresi  linier  [8], sedangkan  luaran  daya  modul  PV  yang merupakan arus hubung singkat (I sc ) berbanding  lurus  dengan  tegangan  rangkin terbuka  (V oc )  pada  modul  PV  dihitung menggunakan persamaan (1) [9]:
P o = I sc . V oc …………………………………………………... (1) Dimana: P o
: Daya output Solar PV (W)
I sc
: Arus hubung singkat (A) V oc : Tegangan rangkaian terbuka (V)
Besaran  daya  radiasi  matahari  yang  datang sebagai daya input modul  PV  dapat dilakukan dengan perhitungan menggunakan persamaan (2).
P i = SR. A SPV ……………………………………………….. (2)
Dimana: P i : Daya masuk ke panel surya (W) A SPV : Luas permukaan Solar PV (m 2 ) SR : Radiasiadiasi matahari (W/m2)
Effisiensi  Solar  PV  (Ƞ)  dihitung  dengan menggunakan persamaan (3)
Ƞ = Po Pi x 100% ………………………… (3)
Bagan alir penelitian disajikan pada Gambar 6.

## Observasi Modul PV
Monocrystalline dan
Polycrystalline Mulai Persiapan Alat dan Bahan Merakit Komponen Modul PV MODEL ESTIMASI KARAKTERISTIK MODUL PV Pengukuran Tegangan Rangkaian Terbuka (Voc) Arus Hubung Singkat (Isc)
Radiasi Matahari (SR) Suhu Modul PV (S) Selesai ANALISIS DATA (Kwantitatif & Regresi Linear) Desain Rangkaian Instalasi Modul PV dan Layout

## Gambar 6. Bagan alir penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil yang ditampilakan dalam artikel ini untuk  pengukuran  radiasi  matahari  adalah pengukuran pada bulan Agustus 2018, dimana pada  bulan  Agustus  tersebut  adalah  puncak radiasi mata hari tertinggi di Kabupaten Kupang sebesar  1,510  W/m 2 .  Pengukuran  radiasi matahari  tiga  bulan  terakhir  di  Kabupaten Kupang disajikan pada Gambar 7.
Gambar 7. Hasil pengukuran SR di Kabupaten Kupang
Hasil pengukuran variabel V oc, I sc, SR dan S pada modul PV monocrystalline menunjukkan bahwa V oc rata-rata 16.42 Volt , I sc rata-rata 2.96 Ampere, sedangkan SR rata-rata berada  pada  1,098  W/m 2 dan  SR  maksimum berada  pada  pukul  11:30  Wita  sebesar  1,510 W/m 2 , sementara S rata-rata sebesar 43 0 C dan 504 1,510 0 500 1000 1500 2000 Rad ias i Ma ta h ar i SR (W/m 2 ) Waktu Jul-18
Aug-18 Sep-18
Wp
Sinaga 1 *, Beily 2 13
suhu  modul  PV  tertinggi  adalah  56 o C  pada pukul 11:30 dan 12.00 Wita. Hasil pengukuran variabel  modul  PV monocrystalline disajikan pada Tabel 1

## Tabel 1. Hasil pengukuran variabel modul PV monocrystalline
Hasil perhitungan daya output (Po) rata- rata  modul  PV monocrystalline sebesar  48.67 Watt  sedangkan  daya  input  (Pi)  rata-rata sebesar 397.60 Watt sehingga efisiensi modul PV  rata-rata  adalah  13%.  Hasil  perhitungan variabel Po, Pi dan Ƞ disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil perhitungan efisiensi modul PV monocrystalline
Hasil pengukuran variabel V oc, I sc, SR dan S  pada  modul  PV  bahan polycrystalline menunjukkan  bahwa  V oc rata-rata  15  Volt , I sc rata-rata 2.75 Ampere, sedangkan SR rata-rata berada  pada  1,098  W/m 2 dan  SR  maksimum berada  pada  pukul  11:30  Wita  sebesar  1,510 W/m 2 , sementara S rata-rata sebesar 48 o C dan suhu  modul  PV  tertinggi  adalah  56 o C  pada pukul 10:00 dan 12.00 Wita. Hasil pengukuran variabel  modul  PV polycrystalline disajikan pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil pengukuran variabel modul PV
polycrystalline
Hasil perhitungan daya output (Po) rata- rata  modul  PV polycrystalline sebesar  40.76 Watt  sedangkan  daya  input  (Pi)  rata-rata sebesar 397.60 Watt sehingga efisiensi modul PV  rata-rata  adalah  11%.  Hasil  perhitungan variabel Po, Pi dan Ƞ disajikan pada Tabel 4.

## Tabel 4. Hasil perhitungan efisiensi modul PV polycrystalline
Berdasarkan fenomena radiasi matahari di  Kabupaten  Kupang  Hasil  perhitungan efisiensi  modul  PV  ( Ƞ)  menunjukkan  bahwa penggunaan  modul  PV monocrystalline lebih efisien  dibandingkan  dengan  modul  PV polycrystalline , dimana rata-rata efisiensi modul PV monocrystalline 13% sedangkan modul PV polycrystalline  sebesar  11%.  Karakteristik efisiensi  Modul  PV  terhadap  waktu  disajikan pada Gambar 8.
Pukul
(WITA) V oc (V) I sc (A) SR (W/m 2 ) S ( o C) 9:00 18.00 2.50 732 36 9:30 18.00 2.70 1,025 36 10:00 19.00 3.50 1,164 37 10:30 19.50 3.20 1,291 37 11:00 19.50 3.30 1,464 37 11:30 13.50 3.50 1,510 56 12:00 13.00 3.30 1,400 56 12:30 15.50 3.00 1,391 46 13:00 14.50 2.90 1,318 48 13:30 17.00 2.80 1,017 42 14:00 15.00 2.70 801 49 14:30 16.00 2.60 586 44 15:00 15.00 2.50 580 38 Rata-rata 16.42 2.96 1,098 43.23 Variabel Pengukuran Pukul (WITA) Po(W) Pi (W) ƞ (%) 9:00 45.00 265.01 17% 9:30 48.60 371.01 13% 10:00 66.50 421.37 16% 10:30 62.40 467.34 13% 11:00 64.35 530.01 12% 11:30 47.25 546.62 9% 12:00 42.90 506.80 8% 12:30 46.50 503.51 9% 13:00 42.05 477.01 9% 13:30 47.60 368.15 13% 14:00 40.50 289.96 14% 14:30 41.60 212.01 20% 15:00 37.50 209.96 18% Rata-rata 48.67 397.60 13%
Variabel Perhitungan Pukul (WITA) V oc (V) I sc (A) SR (W/m 2 ) S ( o C) 9:00 16.00 2.30 732 38 9:30 17.00 2.85 1,025 40 10:00 13.00 3.10 1,164 56 10:30 13.00 3.07 1,291 55 11:00 13.50 3.08 1,464 55 11:30 13.50 3.09 1,510 56 12:00 13.50 3.00 1,400 54 12:30 14.00 2.93 1,391 53 13:00 14.50 2.85 1,318 51 13:30 15.50 2.67 1,017 48 14:00 17.00 2.38 801 43 14:30 17.50 2.35 586 42 15:00 17.00 2.09 580 37 Rata-rata 15.00 2.75 1,098.34 48.47 Variabel Pengukuran Pukul (WITA) Po(W) Pi (W) ƞ (%) 9:00 36.80 265.01 14% 9:30 48.45 371.01 13% 10:00 40.30 421.37 10% 10:30 39.90 467.34 9% 11:00 41.58 530.01 8% 11:30 41.71 546.62 8% 12:00 40.54 506.80 8% 12:30 40.97 503.51 8% 13:00 41.28 477.01 9% 13:30 41.35 368.15 11% 14:00 40.39 289.96 14% 14:30 41.05 212.01 19% 15:00 35.53 209.96 17% Rata-rata 40.76 397.60 11% Variabel Perhitungan
Gambar 8. Karakteristik efisiensi modul PV terhadap Waktu Pada
penggunaan
modul PV
monocrystalline , setiap kenaikan radiasi Matahari  (SR)  1  W/m 2 ,  maka  arus  hubung singkat modul PV (I sc ) akan bertambah 0.0009 Amper. Model estimasi persamaan regresi I sc = 0.0009 SR + 1.9497 dengan R 2 =71 %, artinya 71%  I sc dipengaruhi  oleh  radiasi  matahari  dan 29%  dipengaruhi  oleh  variabel  lainnya.  Model estimasi  pengaruh  SR  terhadap  I SC modul PV monocrystalline disajikan pada Gambar 9.
Gambar 9. Model estimasi pengaruh SR terhadap I SC modul PV monocrystalline
Pada penggunaan modul PV polycrystalline setiap kenaikan radiasi matahari (SR) 1 W/m 2 , maka arus hubung singkat modul PV (I sc ) akan bertambah 0.001 Ampere. Model estimasi  persamaan    regresi  I sc =  0.001  SR  + 1.6649    dengan  R 2 =  86  %,  artinya  86%  I sc dipengaruhi  oleh  radiasi  matahari  dan  14% dipengaruhi  oleh  variabel  lainnya.  Model estimasi  pengaruh  SR  terhadap  I SC modul l PV polycrystalline disajikan pada Gambar 10.
Gambar 10. Model estimasi pengaruh SR terhadap I SC modul PV polycrystalline
Pada penggunaan modul PV monocrystalline ,  setiap  kenaikan  suhu  modul PV  sebesar  1 o C,  maka  tegangan  rangkaian terbuka  (V oc )  akan  turun  0.2683  Volt.  Model estimasi  persamaan    regresi  V oc =    28.02- 0.2683 S,  dengan R 2 =77 %, artinya 77% V oc dipengaruhi  oleh  suhu  modul  PV  dan  23% dipengaruhi  oleh  variabel  lainnya.  Model estimasi  pengaruh  S  terhadap  V oc modul  PV monocrystalline disajikan pada Gambar 11.
Gambar 11. Model estimasi pengaruh S terhadap V oc modul PV monocrystalline
Pada penggunaan modul PV polycrystalline, setiap kenaikan suhu modul PV sebesar  1 o C,  maka  tegangan  rangkaian terbuka  (V oc )  akan  turun  0.2196  Volt.  Model estimasi  persamaan  regresi  V oc =    25.644  - 0.2196 S,  dengan R 2 = 87 %, artinya 87% V oc dipengaruhi  oleh  suhu  modul  PV  dan    13% dipengaruhi  oleh  variabel  lainnya.  Model estimasi  pengaruh  S  terhadap  V oc modul  PV polycrystalline disajikan pada Gambar 12.
Wp
Sinaga 1 *, Beily 2 15
Gambar 12. Model estimasi pengaruh S terhadap V oc modul PV polycrystalline

## PENUTUP

## KESIMPULAN
Berdasarkan fenomena radiasi matahari di  Kabupaten  Kupang  modul  PV  50  Wp monocrystalline lebih  efisien  dibandingkan dengan modul PV polycrystalline . Efisiensi rata- rata modul PV monocrystalline 13% sedangkan modul PV polycrystalline 11%.
Pada
penggunaan modul
PV
monocrystalline ,  model  estimasi  persamaan regresi adalah I sc = 0.0009 SR + 1.9497 dan V oc =  28.02-  0.2683  S.  Pada  penggunaan  modul PV polycrystalline model  estimasi  persamaan regresi adalah I sc = 0.001 SR + 1.6649 dan V oc = 25.644 - 0.2196 S.

## SARAN
Berdasarkan fenomena perubahan iklim di Indonesia yang selalu mengalami perubahan,  maka  radiasi  matahari  juga  akan berubah  sesuai  dengan  kondisi  iklim  tersebut, sehingga perlu dilakukan penelitian sepanjang tahun untuk mendapatkan data series minimal lima  tahun  terakhir,  sehingga  dapat  dilakukan pemodelan dinamis untuk memprediksi radiasi matahari sampai sepuluh tahun kedepan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Sinaga  R.  Prastowo,  Simangunsong B.C.H.,  Leabman  A.,  Tambunan  A.H. (2019).  Analysis  of barriers  in  supplying electricity  using  interpretative  structural modeling. Energy  Strategy  Reviews. 25:11-17
[2] Sinaga  R.,  Prastowo,  Simangunsong B.C.H., Tambunan A.H.  (2017). Analisis alternatif  solusi  penyediaan  sumber
energi  listrik  studi  kasus:  Kabupaten Kupang. JTEP. 5 (3): 283-290
[3] Sinaga  R.  (2011).  Pengaruh  parameter lingkungan  dan  penempatan  posisi modul  terhadap  luaran  energi  PLTS menggunakan solar cell 50 Wp, 12 Volt. Jurnal  Studia  Teknologia.  SAINTEK.
4(2): 178-187.
[4] Bahari  S,  Laka  A,  Rosmiati.  (2017). Pengaruh  Perubahan  Arah  Sudut  Sel Surya  Mengunakan  Energi  Matahari Intensitas  Cahaya  Terhadap  Tegangan.
Jurnal UMJ . 2:1-8
[5] Tanesab J, Parlevliet D, Whale J, Urmee T.  (2016).  Dust  effect  and  its  economic analysis  on  PV  modules  deployed  in  a temperate climate zone. Energy
Procedia 100: 65-68
[6] Yanuar,  Umar  L,  Setiadi  RN.  2012. Evaluasi  Nilai  Tahanan  Internal  Modul Panel  PV  Berdasakan  Permodelan Kurva I (V). Prosiding Seminar Nasional Fisika  Terapan  III  Departemen  Fisika Universitas Airlangga. Surabaya
[7] Tino A.A. 2016. Dampak debu terhadap kinerja  modul  photovoltaik  di  kampus Politeknik  Negeri  Kupang. Jurnal  Ilmiah Flash. 2(1) 26-33
[8] Harlan J. (2018). Analisis Regresi Linier. Depok. Penerbit Gunadarma
[9] Napitupulu RAM, Simanjuntak S,
Sibarani  S.  (2017).  Pengaruh  Material Monokristal  dan  Polikristal  Terhadap Karakteristik  Sel  Surya  20  Wp  dengan tracking  sistem  Dua  Sumbu.  Medan. Laporan  Penelitian.  Universitas  HKBP Nomensen.