Peningkatan Effisiensi Elektrik Modul Surya Menggunakan Bahan Berubah Fasa dan Maximum Power Point Tracking (MPPT)
Fery Hidayat 1 , Yuli Setyo Indartono 2 , Aryadi Suwono 2
1 Institut Teknologi Nasional Bandung, 2 Institut Teknologi Bandung Email: feryhidayat06@gmail.com

## ABSTRAK
Pemanfaatan  Modul  Surya  (Photovoltaic-PV)  untuk  membangkitkan  daya  elektrik  terkendala  oleh efisiensi  yang  masih  rendah.  Efisiensi  elektrik  tersebut  juga  akan  turun  seiring  dengan  peningkatan temperatur  sel  PV  selama  PV  beroperasi.  Penggunaan  Crude  Palm  Oil  (CPO)  sebagai  bahan  berubah fasa  (Phase  Change  Material-PCM)  bertujuan  untuk  menghambat  kenaikan  temperatur  sel-PV, sedangkan  untuk  mendapatkan  daya  maksimum  dengan menggunakan  Maximum  Power  Point Tracking (MPPT). Jurnal ini memuat hasil pengujian penggunaan PCM dan MPPT untuk meningkatkan efisiensi elektrik PV,  dan dari hasil  pengujian menunjukkan bahwa  kombinasi antara PCM dan MPPT pada PV mampu meningkatkan efisiensi PV secara sigifikan dari 9,64% menjadi 16,27%.
Kata kunci : Modul surya (PV), Bahan Berubah Fasa (PCM), Maximum Power Point Tracking (MPPT).

## ABSTRACT
Utilization  of  Photovoltaic-PV  to  generates  electric  power  is  constrained  by  low  efficiencies  of  the  PV system.  The  electrical  efficiensies  will  decrease  by  increasing  PV  cells  temperature  during  operations. Crude  Palm  Oil  as  Phase  Change  Material  (PCM)  are  used  to  prevent  temperature  rising  of  PV  cells, wherease  to  get  the  maximum  power  of  PV  by  using  Maximum  Power  Point  Tracking  (MPPT).  This journal coutains the result of testing the use of PCM and MPPT can improve electrical efficienciy of PV, and from the test result showed used both PCM and MPPT on PV is able to improve electrical efficiency around 9.64% to 16.27 %.
Keywords: Photovoltaic-P), Phase Change Material (PCM), Maximum Power Point Tracking (MPPT).

## 1. PENDAHULUAN
Pemanfaatan  energi  fosil    dalam  memenuhi  kebutuhan  energi  dunia  berkisar  diangka  80% dibandingkan  dengan  sumber  energy  lainnya.  Dampak  negatif  pemanfaatan  energi  fosil  terhadap lingkungan  serta  sifat  tidak  terbarukan  dari  energi  jenis  ini  mendorong  berbagai  penelitian  untuk menemukan sumber energi baru dan terbarukan. Salah satu bentuk energi baru dan terbarukan adalah pemanfaatan energi surya.
Negara Kesatuan Republik Indonesia (NKRI) terletak pada 6º LU - 11º LS dan 95º - 141º BT memiliki intensitas iradiasi matahari  tahuhan rata-rata 4,8 kWh/m 2 /hari[1],dimana peluang pemanfaatan energi surya ini dengan menggunakan Sel Photovoltaic (PV). Namun harga investasi untuk suatu sistem PV masih  relatif  mahal  dan terkendala oleh  efisiensi  elektriknya masih  kecil yaitu pada interval 17-20% serta  penurunan  efisiensi  PV  seiring  meningkatnya  temperatur  PV.  Pada  PV  hanya  sekitar  13-16% iradiasi  matahari  yang  diubah  menjadi  listrik,  sisanya  terbuang  sebagai  panas.  Iradiasi  matahari menaikkan  temperatur  PV  serta  menurunkan  efisiensi  konversi  energi  dari  energi  matahari  menjadi listrik sebesar 0,4%-0,5% K -1 . Pengujian independen suatu PV “BP Saturn” menunjukkan penurunan efisiensi konversi daya listrik dari sebesar 15,8% pada 25 o C menjadi 12% pada 80 o C[2]. Pemanfaatan teknologi PCM dapat dijadikan pilihan untuk menghambat kenaikan temperature PV pada saat operasi puncak PV sehingga penurunan efisiensi modul PV juga dapat dihambat.
Crude Palm Oil (CPO) termasuk jenis PCM organik karena memiliki susunan fatty acids. Dari suatu percobaan  terhadap  lima  sampel  CPO,    diketahui  memiliki  densitas  0,909  g/mL  –  0,917  g/mL  pada temperatur  25oC  dan  0,888  g/mL  –  0,891  g/mL  pada  temperatur  55 o C.  Titik  leleh  CPO  berada  pada interval  temperatur  38,52 o C  –  39,78 o C,  titik  kristalisasi  CPO  berkisar  antara  temperatur  21,12 o C  – 23,55 o C[4].

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Tahapan kegiatan penelitian ini Penulis mengumpulkan informasi tentang PV, MPPT, serta PCM dari buku,  jurnal  dan  hasil  penelitian.  Selanjutnya  Penulis  merancang  instalasi  PV,  instalasi  PV  yang menggunakan PCM, MPPT serta instalasi PV kombinasi PCM dan MPPT,  kemudian akan dilakukan tahapan pengujian.
Pada  pengujian  instalasi  PV,  Penulis  mengumpulkan  besaran  output  PV  berupa  arus-tegangan  (I-V), juga  dilakukan  pengukuran  temperature  permukaan  atas  dan  permukaan  bawah  PV  serta  iradiasi matahari. Tahapan analisis dilakukan dengan mengolah data besaran ouput PV untuk menghitung daya dan  efisiensi  elektrik  PV,  PV/PCM,  PV/MPPT,  PV/PCM  dan  MPPT.  Pengolahan  data  hasil pengukuran  dilaksanakan  menurut  Skema  proses  pengolahan  data  keluaran  modul  PV  (Gambar.1). Analisis  juga  dilakukan  terhadap  fenomena-fenomena  yang  berkaitan  dengan  hubungan  temperature dengan  iradiasi,  daya,  dan  efisiensi  elektrik  PV    yang  terjadi  selama  berlangsungnya  tahapan pengujian instalasi PV.
Tahapan  penarikan  kesimpulan  dilakukan  Penulis  dengan  membandingkan  kenaikan  efisiensi  yang dicapai oleh PV-PV/PCM, PV-PV/MPPT dan PV-PV/PCM dan MPPT, serta keterkaitan fungsi antara PCM dan MPPT.
Gambar 1. Skema proses pengolahan data keluaran modul PV.

## 3. ALAT DAN BAHAN
Pemilihan Crude Palm Oil (CPO) sebagai PCM karena memenuhi kriteria sebagai berikut:
1. Harga CPO relatif murah dan mudah didapatkan di Indonesia.
2. Titik leleh, densitas, panas spesifik dan konduktivitas termal CPO cukup tinggi.
3. Crude Palm Oil (CPO) merupakan bahan organik sehingga ramah lingkungan.
Modul Surya (PV) yang digunakan berjumlah dua buah, jenis monocrystalline tipe SMI 10-50 berkapasitas 50 Wp.
Tabel 1. Spesifikasi Teknis Modul Surya SMI 10-50. Type SMI 10-50 Maximum Power (Pmax) 50 Wp Maximum Power Voltage (Vmp) 21,8 V Maximum Power Current (Imp) 2,29 A Open Circuit Voltage (Voc) 26,60 V Open Circuit Current (Isc) 2,65 A Maximum system voltage 1000 V
Penigkatan Efisiensi Elektrik Modul Surya Menggunakan Bahan Berubah Fasa dan Maximum Power Point Tracking (MPPT)
Controller yang  digunakan  adalah  sebuah Morningstar’s  Tristar  controller  tipe  TS  45 dan Morningstar  SunSaver  controller  tipe  SS-MPPT-15L ,  serta  sebuah  multimeter  tipe  Heles  UX-369, pengukuran iradiasi matahari dengan menggunakan Solar Power Meter Tenmars tipe TM-206 . Pengukuran temperatur modul surya dengan menggunakan Temperature data acquisition device OM- DAQ-USB-2400  Series dengan  8  Channel  termokopel  sehingga  pengukuran  modul  surya  dapat dilakukan pada waku yang sama.

## 3. PENGUJIAN

## 3.1 Pemilihan Termokopel Tipe-K
Sebelum pengujian terhadap modul surya, dilakukan proses kalibrasi termokopel tipe K dengan menggunakan TRH central sebagai kalibrator.
Tabel 2. Selisih Pembacaan Temperatur Termokopel Tipe-K terhadap TRH central.
Tipe K T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 (± ˚C) (˚C) (˚C) (˚C) (˚C) (˚C) (˚C) (˚C) (˚C) TRH 0,37 0,34 0,28 0,26 2,10 1,99 1,19 1,26
(˚C)
Dari Tabel 2 di atas maka termokopel yang akan digunakan dalam pengujian adalah T1, T2, T3, T4 dan T7.

## 3.2 Pengukuran massa padat Crude Palm Oil (CPO)
Pengukuran massa padat bertujuan untuk mengetahui titik leleh dari CPO. hasil pengukuran massa padat CPO dapat dilihat pada grafik massa padat CPO.
Gambar 2. Grafik massa padat CPO.
Berikut ini adalah massa padat CPO pada berbagai tingkatan temperatur.
Tabel 3. Massa padat CPO pada berbagai tingkatan temperatur (T).
CPO Temperatur (˚C) 25 32 35 40 45 50 Sisa massa padat (gr) 50,427 50,427 23,045 4,855 1,036 0 Sisa massa padat (%) 100 100 45,700 9,628 2,054 0
0 10 20 30 40 50 60 20 25 30 35
40
45 50 55 Mass a Pada t CPO (gra m) T emperatur (˚C)

## 3.3 Instalasi Pengujian Modul surya
Pengujian menggunakan dua buah Modul surya, Modul surya A dan Modul surya B. Bagian belakang Modul  Surya  A  tidak  menggunakan  PCM  sedangkan  pada  Modul  surya  B  dipasang  PCM  (CPO) yang diisikan dalam rectangular tube berukuran 1” x 1,5” dan dipasang dibagian permukaan belakang Modul surya B.
Gambar 3. Instalasi pengujian Modul surya.
Gambar 4. Pemasangan PCM pada Modul surya.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian modul surya A dengan modul surya B yang menggunakan PCM hasil terlihat pada gambar, kenaikan  iradiasi  matahari  akan  diikuti  kenaikan  temperatur  sel  PV.  Pada  Modul  surya  B,  kenaikan temperatur dihambat akibat panas permukaan sel PV sebagian besar diserap oleh PCM, hal ini dilihat pada Modul surya B temperatur terukur selalu lebih rendah dari Modul surya A. Saat temperatur PCM mencapai 50 o C, penyerapan menjadi tidak efektif karena PCM sudah berubah fasa menjadi cair 100% yaitu pada nilai iradiasi mencapai 1037 W/m 2 dan temperatur 57 o C, terlihat kurva temperatur Modul surya B memotong kurva temperatur Modul surya A.
Respon PCM terhadap penurunan iradiasi yang berlangsung cepat dan tiba-tiba sangat lambat, hal ini diakibatkan  karena  PCM  memiliki  inersia  termal  yang  tinggi  sehingga  ketahanan  untuk mempertahankan temperaturnya juga tinggi. Namun pada saat iradiasi naik secara cepat dan tiba-tiba kembali turun, karena sifat yang sama PCM akan memperlambat kenaikan temperatur permukaan PV. Respon PCM terhadap penurunan iradiasi yang berlangsung cepat dan tiba-tiba sangat lambat, hal ini diakibatkan karena PCM memiliki inersia termal yang tinggi sehingga ketahanan untuk mempertahankan temperaturnya juga tinggi.  Namun pada  saat iradiasi naik  secara cepat dan tiba-tiba  kembali  turun,  karena  sifat  yang  sama  PCM  akan  memperlambat  kenaikan temperatur permukaan PV.
Penigkatan Efisiensi Elektrik Modul Surya Menggunakan Bahan Berubah Fasa dan Maximum Power Point Tracking (MPPT)
Gambar 5. Grafik temperatur permukaan atas dan iradiasi Matahari PV dan PV/PCM.
Gambar 6. Grafik temperatur permukaan bawah PV dan PV/PCM serta iradiasi Matahari.
Daya  elektrik  Modul  surya  B  selalu  lebih  tinggi  dari  Modul  surya  A.  Hal  ini  karena  PCM  bekerja efektif  dalam  menghambat  kenaikan  temperatur  permukaan  PV.  Pada  saat  terjadi  penurunan  iradiasi tiba-tiba  dan  berlangsung  sangat  cepat  terlihat  daya  kedua  Modul  surya  turun  mengikuti  turunnya iradiasi,  pada  saat  hal  ini  terjadi,  daya  kedua  Modul  surya  bernilai  hampir  sama.  Selisih  daya  yang mengecil  antara  Modul  surya  B  dengan  Modul  surya  A  dapat  disebabkan  karena  pengaruh  inersia termal  yang  dimiliki  CPO.  penggunaan  PCM  pada  Modul  surya  B  tercatat  dapat  menghasilkan kenaikan daya elektrik rata-rata sebesar 20,94%. Selain itu juga meningkatkan efisiensi elektrik rata- rata dari 6,42% menjadi 7,72%.
0 200 400 600 800 1000 0 40 80 120 160 8:00 9:12 10:24 11:36
12:48 14:00 15:12 TEMP. ATAS PV TEMP. ATAS PV/PCM
LINGKUNGAN
IRADIASI
Iradia si (W/m2 ) Tem peratu r PV (˚C) Waktu 0 200 400 600 800 1000 0 40 80 120 160 8:00 9:12 10:24 11:36
12:48 14:00 15:12
TEMP. BAWAH PV
TEMP. BAWAH PV/PCM LINGKUNGAN IRADIASI
Iradia si (W/m 2 ) Tem peratu r PV (˚C) Waktu
Gambar 7. Grafik daya PV dan PV/PCM serta iradiasi matahari.
Gambar 8. Grafik efisiensi elektrik PV dan PV/PCM serta iradiasi matahari.
Penggunaan MPPT  pada Modul surya B (tanpa  menggunakan PCM) selalu  menghasilkan daya yang lebih  besar.hal  ini  disebabkan  Modul  surya  B  selalu  menghasilkan  tegangan  keluaran  sesuai  dengan spesifikasi Modul surya yaitu pada interval 15,12 V – 21,87 V sedangkan Modul surya A yang tidak menggunakan MPPT selalu menghasilkan tegangan keluaran sesuai tegangan baterai yaitu 11,67 V  – 17,79  V.  Penurunan  iradiasi  tidak  terlalu  berpengaruh  pada  tegangan  keluaran  Modul  surya  namun sangat  berpengaruh  pada  arus  keluaran  Modul  surya,  hal  ini  diakibatkan  karena  adanya reverse bias dari efek photovoltaic .
0 200 400 600 800 1000 0 10 20 30 40 50 8:00 9:12 10:24 11:36
12:48 14:00 15:12
DAYA PV DAYA PV/PCM IRADIASI Day a PV (W) Iradia si (W/m 2 ) Waktu 0 200 400 600 800 1000 0 10 20 30 8:00 9:12 10:24 11:36
12:48 14:00 15:12
EFISIENSI PV EFISIENSI PV/PCM IRADIASI Efisiensi PV (%) Waktu Iradia si (W/m 2 )
Penigkatan Efisiensi Elektrik Modul Surya Menggunakan Bahan Berubah Fasa dan Maximum Power Point Tracking (MPPT)
Gambar 9. Grafik tegangan PV dan PV/MPPT serta iradiasi matahari.
Gambar 10. Grafik arus PV dan PV/MPPT serta iradiasi matahari.
0 200 400 600 800 1000 0 20 40 60 9:55 11:07 12:19 13:31
14:43 15:55 Tegangan PV Tegangan PV/MPPT Iradiasi Waktu Tega ng an (V) Iradia si (W/m 2 ) 0 200 400 600 800 1000 0 3 6 9 12 15 9:55 11:07 12:19 13:31
14:43 15:55
Arus PV Arus PV/MPPT Iradiasi Waktu Arus (A) Iradia si (W/m 2 )
Gambar 11. Grafik daya PV dan PV/MPPT serta iradiasi matahari.
Gambar 12. Grafik efisiensi PV dan PV/MPPT serta iradiasi matahari.
Daya  dan  efisiensi  modul  PV/MPPT  masih  tinggi  saat  terjadinya  penurunan  iradiasi  secara  tiba-tiba dan berlangsung cepat disebabkan MPPT yang memungkinkan modul PV selalu bekerja pada kondisi optimumnya.
Pengujian Modul surya A dengan Modul surya B yang menggunakan PCM dan MPPT, Modul surya B selalu menghasilkan temperatur sel PV lebih rendah serta daya dan efisiensi elektrik yang lebih besar. Penurunan  daya  akibat  terlambatnya  respon  PCM  terhadap  penurunan  iradiasi  tiba-tiba  dan berlangsung sangat cepat mampu diantisipasi dengan menggunakan MPPT.
0 200 400 600 800 1000 0 50 100 150 9:55 11:07 12:19 13:31
14:43 15:55 Daya PV Daya PV/MPPT Iradiasi Waktu Day a (W) Iradia si (W/m 2 ) 0 200 400 600 800 1000 0 20 40 60 9:55 11:07 12:19
13:31 14:43 15:55 Efisiensi PV Efisiensi PV/MPPT
Iradiasi Waktu Efisiensi (%) Iradia si (W/m 2 )
Gambar 13. Grafik temperature atas PV dan PV/PCM & MPPT serta iradiasi matahari.
Gambar 14. Grafik temperature bawah PV dan PV/PCM & MPPT serta iradiasi matahari. 0 200 400 600 800 1000 0 25 50 75 100 125 150 7:30 8:34 9:39 10:44
11:49 12:54 13:58 15:03
TEMP. ATAS PV TEMP. ATAS PV/PCM & MPPT Lingkungan IRADIASI Iradia si (W/ m 2 ) Tem perat ur (˚ C) Waktu 0 200 400 600 800 1000 0 25 50 75 100 125 150 7:20 8:25 9:30 10:35
11:39 12:44 13:49 14:54
TEMP. BAWAH PV TEMP. BAWAH PV/PCM&MPPT Lingkungan IRADIASI Iradia si (W/ m 2 ) Tem peratu r (˚ C) Waktu
Gambar 15. Grafik daya PV dan PV/PCM & MPPT serta iradiasi matahari.
Gambar 16. Grafik efisiensi PV dan PV/PCM & MPPT serta iradiasi matahari.

## 5. KESIMPULAN
Dari  hasil  pengujian  dapat  disimpulkan  bahwa  penggunaan  MPPT  pada  Modul  surya  mampu meningkatkan  efisiensi  elektrik  Modul  surya  rata-rata  dari  10,71%  menjadi  16,55%.  Daya  elektrik meningkat  dari  18,79  W menjadi  27,37  W dengan kenaikan daya rata-rata yang bisa dicapai sebesar 45,66%.  Penggunaan  CPO  sebagai  PCM  pada  Modul  surya  mampu  meningkatkan  efisiensi  elektrik Modul  surya  rata-rata  dari  6,42%  menjadi  7,72%.  Daya  elektrik  meningkat  dari  14,78  W  menjadi 17,87W dengan kenaikan daya rata-rata yang bisa dicapai sebesar 20,94%.
0 200 400 600 800 1000 0 25 50 75 100 125 150 7:26 8:52 10:19 11:45
13:12 14:38 16:04 Daya PV Daya PV/PCM dan MPPT
Iradiasi Waktu Iradia si (W/m 2 ) Day a (W) 0 200 400 600 800 1000 0 25 50 75 100 125 150 7:26 8:52 10:19 11:45
13:12 14:38 16:04 Efisiensi PV
Efisiensi PV/PCM dan MPPT Iradiasi Waktu Iradia si (W/m 2 ) Efisiensi (%)

## Penigkatan Efisiensi Elektrik Modul Surya Menggunakan Bahan Berubah Fasa dan Maximum Power Point Tracking (MPPT)
Modul  surya  yang  dilengkapi  dengan  MPPT  dan  juga  menggunakan  CPO  sebagai  PCM  mampu menghasilkan peningkatan efisensi elektrik Modul surya rata-rata dari 9,64% menjadi 16,27% dengan kenaikan daya elektrik dari 14,12 W menjadi 22,02 W serta kenaikan daya rata-rata yang bisa dicapai sebesar  55,97%.  Penggunaan  PCM  dan  MPPT  secara  bersama-sama  pada  Modul  surya  terbukti mampu meningkatkan efisiensi elektrik Modul surya secara signifikan dimana kombinasi CPO sebagai PCM  mampu  menurunkan  temperatur  sel  PV  pada  saat  iradiasi  maksimum,  namun  reaksi  akibat penurunan  iradiasi  tiba-tiba  yang  lambat  di  respon  oleh  PCM  karena  adanya  inersia  termal  mampu diminimalisasi oleh komponen MPPT.

## Ucapan Terima Kasih
Terima  kasih  disampaikan  kepada  Pusat  Penelitian  Energi  Baru  Terbarukan  (PPEBT),    Institut Teknologi Bandung serta para staf di dalamnya karena telah memberikan waktu,  sarana dan prasarana selama penelitian berlangsung.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Reinders,  A.,Susandi,  A.,Iswarayoga,  N.,Sablerolle,  T.,Veldhuis,  H.  (2012)  : Solar  Energy  in Indonesia:  Grid-Tied  Photovoltaics  for  Electricity  Supply  on  Islands,  INDF  Project  Report,  3, International Solar Energy Conference, Bandung-Indonesia.
[2] Huang.  MJ,  P.C  Eames,  and  B.  Norton.,  (2003)  :  Thermal  Regulation  of  Building-Integrated Photovoltaics  Using  Phase  Change  Material-International, Journal  of  Heat  and  Mass  Transfer , 47, 2715.
[3] Laila,  L.,  (2012)  :  Penambahan  Bahan  Berubah  Fasa  pada  Batako  sebagai  Bahan  Campuran Dinding  Bangunan  untuk  Penghematan  Energi  pada  Sistem  Pengkondisian  Udara, Makalah Tugas Akhir Sarjana , Institut Teknologi Bandung, Bandung-Indonesia.
[4] Wulandari,  N.,  Tien,  R.,  Muchtadi.,  Slamet,  B.,  Sugijono.,  (2011)  :  Sifat  Fisik  Minyak  Sawit Kasar dan korelasinya dengan Atribut Mutu, Institut Pertanian Bogor, Bogor-Indonesia.