## PENINGKATAN SUHU MODUL DAN DAYA KELUARAN PANEL SURYA DENGAN MENGGUNAKAN REFLEKTOR

## I h s a n
Dosen pada Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN Alauddin Makassar Email: ihsan_physics@ymail.com
Abstract. Research  has  been  carried  out  with  the  title:  An  increase temperature  and  output  power  the  solar  panels  by  using  reflectors.  This study aimed to determine the effect of the reflector mounting solar panels to temperature and output power. Data collection was divided into two phases of data collection at the solar panel without reflector and retrieval of data on a panel by using reflectors. Corner reflector was varied from 10 o to 80 o . The results  showed  that  under  normal  conditions  (not  cloudy),  the  addition  of reflectors on the solar panel causing an increase in the intensity of sunlight on  the  surface  of  the  panel.  Increase  in  temperature  causes  an  increase  in the intensity of the module. Module temperature increase causes an increase in output power.
Keywords : Module temperature, output power, solar panels, reflectors

## PENDAHULUAN
nergi Matahari  memasok  energi  ke  bumi  dalam  bentuk  radiasi.  Tanpa radiasi    dari    matahari,    maka  kehidupan    di    bumi    tidak    akan    berjalan. Setiap tahunnya  ada  sekitar  3,9  x  10 24 Joule = 1,08  x  10 18 kWh energi matahari yang mencapai permukaan bumi, ini  berarti  energi   yang  diterima  bumi dari  matahari adalah 10.000 kali lebih banyak dari permintaan energi primer  secara global  tiap  tahunnya  dan  lebih  banyak dari  cadangan  ketersediaan  keseluruhan energi  yang ada di bumi.
Intensitas radiasi matahari diluar atmosfir bumi tergantung  pada  jarak  antara bumi    dengan    matahari.  Sepanjang    tahun,    jarak    antara    matahari    dengan    bumi bervariasi antara 1,47 x 10 8 km - 1,52 x 10 8 km. Akibatnya, iradians  E 0 berfluktuasi antara  1.325 W/m 2 - 1.412  W/m 2 .  Nilai  rata-rata  dari iradians ini disebut dengan solar constant (konstanta surya). Konstanta surya E 0 = 1.367 W/m 2 .
Nilai    konstan    ini    bukanlah    besarnya    radiasi  yang    sampai    dipermukaan bumi.  Atmosfir  bumi mereduksi dan mengurangi  radiasi  matahari  tersebut melalui proses  pemantulan,  penyerapan  (oleh  ozon,  uap  air,    oksigen    dan    karbondioksida) dan    penghamburan  (oleh    molekul-molekul    udara,    partikel    debu    atau  polusi). Untuk  cuaca  yang  cerah  pada  siang  hari, iradians yang mencapai permukaan bumi adalah 1.000 w/m 2 . Nilai ini relatif terhadap lokasi. Insolasi (energi radiasi) maksimum terjadi  pada  hari  yang  cerah  namun  berawan    sebagian.    Ini    karena    pemantulan
E
276 _ Jurnal Teknosains, Volume 7 Nomor 2, Juli  2013, hlm: 275-283
radiasi matahari  oleh  awan  sehingga  insolasi  (energi radiasinya) dapat mencapai 1.400 W/m 2 untuk periode yang singkat.
Sel Surya ( Solar Cell )
Seiring dengan peningkatan pengetahuan dan teknologi, manusia pada dewasa ini  telah  menemukan  sebuah  terobosan  baru  dalam  memanfaatkan  energi  cahaya matahari  dengan  menciptakan  alat  konversi  energi  matahari  menjadi  energi  listrik yang kemudian disebut photovoltaic . Selanjutnya dikembangkan menjadi Pembangkit Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS).  Sebelum  membahas  sistem  pembangkit  listrik  tenaga surya,  pertama-tama  akan  dijelaskan  secara  singkat  komponen  penting  dalam  sistim ini  yang  berfungsi  sebagai  perubah  energi  cahaya  matahari  menjadi  energi  listrik. Listrik  tenaga  matahari  dibangkitkan  oleh  komponen  yang  disebut  sel  surya  yang besarnya  sekitar  10  ~  15  cm  persegi.  Komponen  ini  mengkonversikan  energi  dari cahaya  matahari  menjadi  energi  listrik.  Sel  surya  merupakan  komponen  vital  yang umumnya  terbuat  dari  bahan  semikonduktor. Multicrystalline  silicon adalah  bahan yang  paling  banyak  dipakai  dalam  industri  sel  surya Multicrystalline dan monocrystalline  silicon menghasilkan  efisiensi  yang  relatif  lebih  tinggi  daripada amorphous  silicon .  Sedangkan amorphus  silicon dipakai  karena  biaya  yang  relatif lebih rendah.
Selain dari bahan nonorganik diatas dipakai pula molekul-molekul organik walaupun  masih  dalam  tahap  penelitian.  Sebagai  salah  satu  ukuran  performansi sel  surya  adalah  efisiensi.  Yaitu  prosentasi  perubahan  energi  cahaya  matahari menjadi  energi  listrik.  Efisiensi  dari  solar  cell  yang  sekarang  diproduksi  sangat bervariasi.
Gambar 1. Panel Surya ( sumber : panel-surya.blogspot.com )
Monocrystalline  silicon mempunyai  efisiensi  12~15  %. Multicrystalline silicon mempunyai  efisiensi  10~13  %. Amorphous  silicon mempunyai  efisiensi  6~9 %.  Tetapi  dengan  penemuan  metode-metode  baru  sekarang  efisiensi  dari multicrystalline  silicon dapat  mencapai  16.0  %  sedangkan monocrystalline dapat mencapai  lebih  dari  17  %.  Bahkan  dalam  satu  konferensi  pada  September  2000, perusahaan Sanyo mengumumkan bahwa mereka akan memproduksi sel surya  yang mempunyai  efisiensi  sebesar  20.7  %.  Ini  merupakan  efisiensi  yang  terbesar  yang pernah dicapai.  Tenaga listrik  yang dihasilkan oleh satu sel surya sangat kecil maka beberapa sel surya harus  digabungkan sehingga terbentuklah satuan komponen  yang disebut modul.
Produk yang dikeluarkan oleh industri-industri sel surya adalah dalam bentuk modul ini.  Pada  aplikasinya,  karena  tenaga  listrik  yang  dihasilkan  oleh  satu  modul masih cukup kecil (rata-rata maksimum tenaga listrik  yang dihasilkan 130 W) maka dalam  pemanfaatannya  beberapa  modul  digabungkan  dan  terbentuklah  apa  yang disebut array. Sebagai  contoh  untuk  menghasilkan  listrik  sebesar  3  kW  dibutuhkan array seluas kira-kira 20 ~ 30 meter persegi. Secara lebih jelas lagi, dengan memakai modul  produksi Sharp yang  bernomor  seri  NE-J130A  yang  mempunyai  efisiensi 15.3% diperlukan luas 23.1m 2 untuk menghasilkan listrik sebesar 3.00 kW
Gambar 2. Konsep Kerja Sel Surya ( panel-surya.blogspot.com )
Pembangkit  listrik  tenaga  surya  merupakan  sistem  yang  bersih  dan  ramah lingkungan.  Bandingkan  dengan  sebuah  generator  listrik,  ada  bagian  yang  berputar dan  memerlukan  bahan  bakar  untuk  dapat  menghasilkan  listrik.  Suaranya  bising, Selain itu gas buang yang dihasilkan dapat menimbulkan efek gas rumah kaca ( green house gas )  yang pengaruhnya dapat merusak ekosistem planet bumi kita. Sistem sel surya  yang  digunakan  di  permukaan  bumi  terdiri  dari  panel  sel  surya,  rangkaian kontroler  pengisian  ( charge  controller ),  dan  aki  (batere)  12  volt  yang maintenance free . Biasanya panel surya itu diletakkan dengan posisi statis menghadap matahari.
Padahal  bumi  itu  bergerak  mengelilingi  matahari.  Orbit  yang  ditempuh  bumi berbentuk elips dengan matahari berada di salah satu titik fokusnya. Karena matahari bergerak membentuk sudut selalu berubah, maka dengan posisi panel surya itu yang statis itu tidak akan diperoleh energi listrik yang optimal. Agar dapat terserap secara maksimum,  maka  sinar  matahari  itu  harus  diusahakan  selalu  jatuh  tegak  lurus  pada permukaan panel surya.
Jadi, untuk mendapatkan energi listrik yang optimal, sistem sel surya itu masih harus  dilengkapi  pula  dengan  rangkaian  kontroler  optional  untuk  mengatur  arah permukaan  panel  surya  agar  selalu  menghadap  matahari  sedemikian  rupa  sehingga sinar mahatari jatuh hampir tegak lurus pada panel suryanya.

## Perhitungan Daya Masukan dan Daya Keluaran
Sebelum    mengetahui    berapa    nilai    daya    sesaat  yang    dihasilkan        harus diketahui    daya    yang  diterima    (daya    input),    di    mana    daya    tersebut    adalah
278 _ Jurnal Teknosains, Volume 7 Nomor 2, Juli  2013, hlm: 275-283
perkalian  antara  intensitas  radiasi  matahari  yang diterima  dengan  luas  area  modul PV  dengan persamaan:
𝑃 𝑖𝑛 = 𝐼𝑟 𝐴 ...................................................................................................  (1)
Keterangan:
𝑃 𝑖𝑛 = Daya input akibat Radiasi matahari  (Watt) 𝐼𝑟 = intensitas radiasi matahari (Watt/m2) A = Luas area permukaan photovoltaic module  (m 2 )
Sedangkan  untuk  besarnya  daya  keluaran  pada solar cell (Pout)    yaitu perkalian    tegangan    rangkaian    terbuka    (Voc),  arus  hubung  singkat  (Isc),  dan Fill Factor (FF)  yang  dihasilkan    oleh    sel  Photovoltaik  yang  dapat    dihitung    dengan rumus sebagai berikut:
𝑃 𝑜𝑢𝑡 = 𝑉 𝑜𝑐 𝐼 𝑠𝑐 𝐹𝐹 .....................................................................................  (2)
Keterangan:
𝑃 𝑜𝑢𝑡 = Daya yang dibangkitkan oleh sel surya(Watt),
𝑉 𝑜𝑐 = Tegangan rangkaian terbuka pada sel surya (Volt) 𝐼 𝑠𝑐 =  Arus hubung singkat pada sel surya (Ampere)
𝐹𝐹 = Fill Factor dapat dihitung dengan rumus:
𝐹𝐹 = 𝑉 𝑜𝑐 − ln 𝑉 𝑜𝑐 + 0,72 𝑉 𝑜𝑐 + 1 ..................................................................................  (3)
Efisiensi    yang    terjadi    pada    sel    surya    adalah    merupakan    perbandingan daya  yang  dapat dibangkitkan oleh  sel  surya  dengan  energi  input  yang diperoleh dari    radiasi    matahari.    Efisiensi    yang  digunakan    adalah    efisiensi    sesaat    pada pengambilan data.
𝜂 = 𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 𝐼𝑛𝑝 100% ........................................................................................  (4)
Sehingga efisiensi yang dihasilkan:
𝜂 𝑠𝑒𝑠𝑎𝑎𝑡 = 𝑃 𝑖 𝐴 100% ....................................................................................  (5)
Keterangan:
𝜂 𝑠𝑒𝑠𝑎𝑎𝑡 = Efisiensi solar cell (%) 𝐼 = Intensitas cahaya matahari (cd) 𝑃 = Daya output yang dibangkitkan oleh sel surya (Watt)
𝐴 = Luas area permukaan modul photovoltaik ( 𝑚 2 )
Salah  satu  faktor  yang  dapat  mempengaruhi  peningkatan  kinerja  pada photovoltaik  adalah  banyaknya  jumlah  intensitas  cahaya  yang  mengenai  permukaan modul.  Hal  inilah  yang  mendasari  penulis  melakukan  penelitian  dengan menambahkan reflektor pada panel surya.

## Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah:
1. Untuk  mengetahui  hubungan  antara  intensitas  cahaya  terhadap  suhu photovoltaik.
2. Untuk  mengetahui  pengaruh  perbedaan  suhu  photovoltaik  modul  tanpa reflektor dengan photovoltaik modul yang diberi reflektor dengan variasi sudut reflektor terhadap daya keluaran.

## METODOLOGI PENELITIAN
Pengambilan  data  dalam  penelitian  ini  dilaksanakan  selama  3  hari  lapangan kampus II UIN ALAUDDIN Makasssar Samata, Kabupaten Gowa Sulawesi Selatan.
Alat  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah: Modul  Photovoltaik  (BP Solar,  1000  W/m 2 ) , multimeter,  reflektor  (cermin),  termokopel , luxmeter,  mistar  / penggaris dan kabel penghubung.

## Prosedur Pengambilan Data
Skema rangkaian pengambilan data ditunjukkan pada Gambar 3 berikut.
Gambar 3. Rangkain Percobaan
280 _ Jurnal Teknosains, Volume 7 Nomor 2, Juli  2013, hlm: 275-283
1. Pada pukul 10.00 tanpa menggunakan reflektor, mencatat penunjukan arus listrik, tegangan, intensitas dan suhu pada tabel pengamatan.
2. Meletakkan reflektor pada rangkaian sesuai gambar
3. Mencatat penunjukan arus, tegangan, intensitas dan suhu setiap kenaikan 10° dalam selang waktu 5 menit pada tabel pengamatan.
4. Mengulangi  langkah  (1)  sampai  (3)  setiap  1  jam  berikutnya  sampai  pukul  15.00 WITA.

## Teknik Analisa Data
Data  yang  diperoleh  dari  pada  tabel  pengamatan  dianalisis  dengan menggunakan  Persamaan  2  untuk  mengetahui  besarnya  daya  keluaran  (output). Selanjutnya data akan di sajikan dalam bentuk grafik hubungan antara suhu terhadap intensitas cahaya, dan suhu terhadap daya keluaran.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hubungan antara intensitas cahaya matahari terhadap suhu
Hubungan antara intensitas cahaya matahari terhadap suhu modul photovoltaik tanpa reflektor ditunjukkan pada Grafik 1 berikut:

## Grafik 1. Hubungan antara intensitas terhadap suhu modul tanpa reflektor
Pada  Grafik  1  terlihat  bahwa  secara  umum  pada  posisi  tanpa  menggunakan reflektor (0°), diperoleh intensitas tertinggi pada pukul 12.00 sebesar 1150 lux, 1100 lux, dan 1100 lux. Demikian pula nilai suhu tertinggi di peroleh juga pada pukul 12.00 sebesar  40°C,  41°C,  41°C.  Berdasarkan  grafik  tersebut,  terlihat  bahwa  peningkatan intensitas  cahaya  diikuti  dengan  peningkatan  suhu.  Hal  ini  dapat  dijelaskan  karena pada saat sumber cahaya tiba-tiba menurun, maka konsentrasi masing-masing elektron dan hole akan kembali seperti saat awal dimana belum diberi cahaya. Ketika cahaya dalam bentuk foton, mencapai permukaan modul PV, foton akan berinteraksi dengan materi,  sehingga  elektron  valensi  atom  yang  mengabsorpsi  foton  akan  mengalami penambahan  energi  dan  akan  melompat  ke  pita  konduksi  sebagai  elektron  bebas.
Interaksi ini secara langsung menyebabkan peningkatan suhu sel PV yang bergantung pada  intensitas  dan  lama  penyinaran  yang  berpengaruh  pada  efisiensi  konversi  yang dihasilkan pada pengujian dalam lingkungan sebenarnya, peningkatan suhu sel tidak hanya  disebabkan  oleh  interaksi  foton  dengan  sel  PV,  tetapi  juga  dipengaruhi  oleh suhu lingkungannya (Wenham, et.al, 2007).
Grafik  2  merupakan  grafik  hubungan  antara  intensitas  cahaya  terhadap  suhu dengan  menggunakan  reflektor.  Berdasarkan  grafik  tersebut  terlihat  bahwa  dengan adanya  peningkatan  atau  penurunan  nilai  intensitas  maka  diikuti  pula  dengan peningkatan atau penurunan nilai suhu.
Grafik 2. Hubungan antara intensitas terhadap suhu modul dengan reflektor
Nilai  intensitas  dan  suhu  pada  Grafik  2  terlihat  adanya  peningkatan  bila dibandingkan dengan Grafik 1 yang menggunakan modul tanpa adanya reflektor. Hal ini  menunjukkan  bahwa  pada  kondisi  matahari  yang  normal  (tidak  mendung), reflektor  memberikan  peranan  yang  besar  dalam  meningkatkan  nilai  intensitas  yang selanjutnya mempengaruhi suhu modul photovoltaik.

## Hubungan antara suhu terhadap daya keluaran
Berdasarkan hasil analisis data perhitungan daya keluaran, diperoleh hasil yang dinyatakan dalam Grafik 3 dan Grafik 4 berikut.
Grafik 3. Hubungan antara suhu terhadap daya keluaran untuk modul tanpa reflektor
282 _ Jurnal Teknosains, Volume 7 Nomor 2, Juli  2013, hlm: 275-283
Grafik  3  merupakan  grafik  hubungan  antara  suhu  modul  photovoltaik  tanpa menggunakan reflektor. Pada grafik tersebut terlihat bahwa pada kondisi normal (tidak mendung), suhu modul mengalami peningkatan sampai pada jam 12.00  yang diikuti dengan peningkatan daya keluaran. Setelah jam 12.00, terjadi penurunan suhu modul yang  diikuti  dengan  penurunan  daya  keluarannya.  Kenaikan  suhu  adalah  akibat  dari kenaikan irradiance , dimana tiap kali irradiance meningkat, maka variabel yang lain seperti  suhu,  arus  dan  tegangan  juga  ikut  meningkat  sehingga  dengan  sendirinya apabila irradiance meningkat maka daya keluarannya juga meningkat.(Evlita yohana, 2010)
Kondisi  optimum  untuk  semua  data  diperoleh  pada  jam  12.00  yang menghasilkan daya keluaran terbesar. Hal ini menunjukkan bahwa intensitas tertinggi pada kondisi normal (tidak mendung) terjadi pada siang hari.
Grafik 4. Hubungan antara suhu terhadap daya keluaran untuk modul dengan reflektor
Grafik  4  merupakan  grafik  hubungan  antara  suhu  terhadap  daya  keluaran modul photovoltaik dengan menggunakan reflektor. Bila dibandingkan dengan Grafik 3,  pada  Grafik  4  terlihat  adanya  peningkatan  daya  keluaran  yang  signifikan.  Hal  ini menunjukkan  bahwa  dengan  adanya  reflektor  menyebabkan  terjadinya  peningkatan intensitas  yang  menyebabkan  terjadinya  peningkatan  suhu  modul.  Peningkatan  suhu modul menyebabkan terjadinya peningkatan daya keluaran. Intensitas cahaya matahari mempengaruhi karakteristik arus-tegangan pada sel surya. Pengaruh intensitas cahaya matahari  terhadap  arus  yang  dihasilkan  lebih  besar  dibandingkan  dengan  tegangan terminalnya  hal  ini  yang  menyebabkan  daya  berbanding  lurus  terhadap  suhu (Abdullah, 1998 vide Laksanawati, 2006).
Parameter  sel  surya  yang  paling  berpengaruh  pada  kurva  daya  adalah  arus hubung  singkat  dan  tegangan  hubung  terbuka  untuk  parameter  internal,  sedangkan parameter eksternalnya meliputi suhu dan iradians ( Wibeng Diputra, 2008).

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Perubahan suhu modul photovoltaik dipengaruhi oleh perubahan intensitas cahaya matahari.
2. Terdapat peningkatan daya keluaran pada modul photovoltaik yang menggunakan reflektor bila dibandingkan dengan modul photovoltaik tanpa reflektor.

## DAFTAR RUJUKAN
Bakri,  Abdul  Haris. Dasar-dasar  Elektronika. Makassar:  Universitas  Negeri Makassar, 2008.
Kittel,  C.  1996. Introduction  to  Solid  State  Physics ,  7 th ed.  New  York:  John Willey and Sons.
Markvart,  Thomas. Solar    Electricity  John  wileys  &  sons .  United  Kingdom:  LTD, 2000.
Marsuki, Ditjen. Pembangkit Energi Listrik . Jakarta: Erlangga, 2005.
Naville, Richacard  C. Solar Energy Conversion. USA: Elsevier, 1995
Sen,  Zekai. Solar    Energy    Fundamentals    And    Modeling  Techniques. Istanbul: Springer, 2008.
Suyamto. Fisika bahan listrik. Yogyakarta: Pustaka pelajar, 2009.
Sze, S.M. 2002. Semiconductor Device Physics and Technology . United Stated of America: John Wiley and Sons, Inc.
Van  Vlack.  1983. Ilmu  dan  Teknologi  Bahan .  alih  bahasa  oleh  Sriati  Djapri.  Edisi kelima. Jakarta: Erlangga.
Wibowo,  Riyanto. Studi  penggunaan  solar  reflector  untuk  optimalisasi  output daya pada photovoltaik modul. Surabaya: Universitas Kristen petra, 2009