Desain Model Parameter dan Monitoring Panel Surya Menggunakan IOT

(1)

Desain Model Parameter dan Monitoring Panel Surya Menggunakan IOT

Selamat Meliala^1*, Faisal Manurung², Raihan Putri³, Asran⁴, Teuku Multazam⁵

1,2,3,4,5Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Malikussaleh, Lhokseumawe Indonesia

Diterima: 13 Desember 2022 Disetujui: 23 Desember 2022

Abstract

Utilizing sunlight to then be converted solar energy through a solar panel process to produce unidirectional electrical energy. Solar panel monitoring still uses a lot of manual measuring tools and records measurement results manually which requires quite a lot of human power, both on a small and large scale. Writing this research will discuss designing a monitoring and recording system for 30 WP solar panel data based on the Internet of Things and discuss the tilt angle of the solar panel and the elevation angle of the sun which affect the output of the solar panel with a battery load and a 12 volt DC lamp. The method in this design is divided into two, namely hardware design and software design. This tool uses Arduino Uno as a controller, NodeMCU as internet media, and an SD Card as a solar panel parameter data recorder. Based on the results and discussion of the tool designed to be able to monitor solar panel parameters for 7 hours per day and monitoring is carried out for 11 days. Data shows that solar panels can produce maximum power during testing on December 27, 2021 of 40 W at a tilt angle of 28° with an efficiency of 75.76% and a fill factor of 60.20%. The lowest power generated by solar panels during testing on January 3, 2021 was 26.55 W at a tilt angle of 27° with an efficiency of 85,247and a fill factor of 39.97%.

Keywords: solar panels, internet of things, data recorders, monitoring, tilt angles

Abstrak

Memanfaatkan sinar matahari untuk kemudian diubah menjadi tenaga listrik melalui proses panel surya sehingga menghasilkan energi listrik searah. Monitoring solar panel masih banyak menggunakan alat ukur manual dan mencatat hasil pengukuran secara manual pasti memerlukan tenaga manusia yang cukup banyak, baik dalam skala kecil maupun skala besar. Penelitian membahas tentang merancang sistem monitoring dan perekam data panel surya 30 WP berbasis Internet Of Things dan membahas sudut kemiringan solar panel dan sudut ketinggian matahari yang mempengaruhi hasil output solar panel dengan beban baterai dan lampu DC 12 volt. Metode dalam perancangan ini dibagi menjadi dua yaitu perancangan perangkat keras (hardware) dan perancangan lunak (sofware). Alat ini menggunakan Arduino Uno sebagai pengontrol, NodeMCU sebagai media internet dan SD Card sebagai perekam data parameter solar panel.

Berdasarkan hasil alat yang dirancang mampu memonitoring parameter solar panel selama 7 jam per-hari dan monitoring dilakukan selama 11 hari. Data menunjukkan jika untuk solar panel bisa menghasilkan daya maksimal selama pengujian pada bertepatan pada 27 Desember 2021 sebesar 40 W pada sudut kemiringan 28° dengan efisiensi 75,76% serta fill factor 60,20%. Daya terendah yang dihasilkan solar panel selama pengujian pada tanggal 3 Januari 2021 sebesar 26,55 W pada sudut kemiringan 27° dengan efisiensi 85,247% serta fill factor 39,97%.

Kata Kunci: solar panel, internet of things, perekam data, monitoring, sudut kemiringan

1. Pendahuluan

Radiasi matahari merupakan salah satu parameter cuaca yang paling berpengaruh dalam sistem iklim, dimana seluruh fenomena cuaca dan iklim pada mulanya disebabkan oleh variasi distribusi penerimaan radiasi matahari. Fluktuasi intensitas radiasi matahari yang diterima di permukaan bumi membentuk pola iklim dalam berbagai skala waktu [1]. Tidak hanya mempengaruhi sistem cuaca dan iklim, pola radiasi matahari juga memberikan informasi penting dalam berbagai sektor, seperti pertanian, sumber daya air, dan energi. Meskipun demikian, radiasi matahari merupakan salah satu parameter cuaca yang belum banyak ditinjau dalam kajian iklim di Indonesia, mengingat sedikitnya jaringan pengamatan radiasi matahari di wilayah Indonesia [2].

Indonesia merupakan negara yang terletak di garis khatulistiwa yang mempunyai tingkat radiasi matahari rata-rata yang relatif tinggi yaitu 4,5 kWh/𝑚²/hari [3]. Walaupun hanya pada jam-jam tertentu intensitas yang diserap solar panel akan optimal. Indonesia negara kepulauan yang disinari oleh cahaya

(2)

matahari selama lebih kurang selama 10 sampai 12 jam perharinya. Hanya saja dalam 10 atau 12 jam tersebut tidak semuanya dalam keadaan cerah, terkadang cuaca mendung, berawan dan hujan, selain itu energi yang dihasilkan dari solar panel dipengaruhi oleh faktor lainnya, yaitu faktor sudut datang sinar matahari setiap jamnya yang berubah-ubah dan pergerakan matahari salama 1 tahun yang mempengaruhi radiasi matahari sebagai energi masukan solar panel. Solar panel yang terpasang selama bersifat statis (tidak mengikuti pergerakan matahari). Kondisi ini maka panel surya tidak dapat menangkap secara maksimal pancaran sinar matahari sepanjang hari dan akibatnya energi listrik yang dibangkitkan tidak maksimal.

Perubahan kapasitas energi listrik pada solar panel untuk menciptakan tegangan dan arus dipengaruhi oleh suhu di sekitar permukaan solar panel dan intensitas cahaya matahari. Bahkan perubahan suhu cepat dan ekstrim dapat dapat menyebabkan gangguan produksi listrik pada suatu modul solar panel [4].

.

2. Metode Penelitian Solar Panel

Solar panel adalah perangkat semikonduktor yang dapat mengubah radiasi matahari menjadi listrik.

kemampuannya untuk mengubah sinar matahari menjadi listrik tanpa konversi menengah membuatnya unik untuk memanfaatkan energi matahari yang tersedia menjadi listrik yang berguna.

Berbagai faktor mengatur energi yang diihasilkan oleh solar panel seperti,

➢ Intensitas cahaya: Semakin tinggi sinar matahari yang jatuh pada panel surya, semakin banyak energi yang dihasilkan oleh panel surya.

➢ Area sel: Dengan meningkatkan area sel solar panel, arus yang dihasilkan sel meningkat.

➢ Sudut datang: Jika cahaya yang jatuh pada sel solar panel tegak lurus dengan permukaannya, daya yang dihasilkannya optimal. Idealnya, sudut harus 90^otetapi praktis harus sedekat 90^o[5].

Prinsip kerja Solar Panel

Solar panel menggunakan bahan semikonduktor yang berbeda untuk membuat p-n junction, akan ada batas butir yang akan menghambat pegerakan elektron dari satu sisi ke sisi lain dengan cara menghamburkan elektron dan hole dengan demikian. Cara doping dalam mempertimbangkan semikonduktor silikon tipe-p dan tipe-p tipis. Jika menambah sedikir pengotor pentavalen pada saat ini, sebagian dari si tipe-p akan diubah menjadi silokon tipe-n dan persimpangan antara kedua wilayah ini.

Proses yang mengikuti setelah pembentukan pn junction terdiri dari 2 jenis-difusi dan drift. Ada perbedaan konsentrasi hole dan elektron pada kedua sisi sambungan, lubang dari sisi p berpindah ke sisi n dan elektron dari sisi n berpindah ke sisi p. Ini menimbulkan arus berpindah melintas persimpangan [6] seperti yang tampak pada Gambar 1.

Gambar 1. Prinsip kerja panel surya [6].

Ketika elektron berpindah dari sisi n ke sis p, donor terionisasi tertinggal dari sisi n, yang tidak bergerak. Saat proses berlangsung, lapisan muatan positif di kembangkan di sisi-n persimpangan. Demikian pula, ketika sebuah lubang bergerak dari sisi-p ke sisi-n, dan akseptor terionisasi tertinggal di sisi-p, menghasilkan pembentukan lapisan muatan negatif di kedua sisi persimpangan ini disebut sebagai daerah penipisan. Karena wilayah muatan ruang positif ini di kedua sisi persimpangan. Karena medan listrik ini, sebuah elektron di sisi-p persimpangan bergerak ke sisi-n persimpangan, gerakan ini disebut drift [8].

(3)

Nilai-Nilai Solar Panel

Konversi sinar matahari menjadi listrik ditentukan oleh berbagai nilai-nilai solar panel. Untuk memahami nilai solar panel, pada kurva I-V seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Sedangkan kurva diplot berdasarkan data pada Tabel 1.

Tabel 1 Nilai kurva I-V karakteristik

Ampere Volt Watt

0 Voc 11,4 0

0,2 11,06 2,21

0,4 10,59 4,24

0,5 10,24 5,12

0,6 9,54 5,72

0,061 9,39 5,73

𝐼_𝑀 = 0,62 𝑉_𝑀= 9,27 𝑃_𝑀=5,75

0,63 9,08 5,72

0,64 8,72 5,58

𝐼_𝑆𝐶=0,65 0 0

Sumber: Data pengujian panel surya, 2022.

Gambar 2. Kurva karateristik I-V.

Sumber : Hasil pengujian, 2022.

Parameter solar panel sesuai standar pabrikan STC (Standard Test Condition). Di bawah STC radiasi matahari yang sesuai dengan 1000 𝑊/𝑚^𝟐 dan suhu operasi solar panel sama dengan 25^𝟎C [9]. Parameter solar panel adalah sebagai berikut;

1. Short Circuit Carrent (𝐼_𝑆𝐶)

Short circuit current merupakan arus maksimum yang dihasilkan oleh solar panel, diukur dalam ampere (A) atau mili-ampere (mA). Seperti dari Tabel 1 dan Gambar 2 bahwa tegangan open circuit adalah nol ketika solar panel menghasilkan arus maksimal (𝐼_𝑆𝐶 =0,65). Nilai Short circuit tergantung pada luas sel solar panel, radiasi matahari yang jatuh pada sel.

2. Open Circuit Voltage (𝑉_𝑂𝐶)

Open Circuit Voltage merupakan tegangan maksimum yang dapat dihasilkan solar panel dalam kondisi open circuit. 𝑉_𝑂𝐶 diukur menggunakan avometer melalui kabel yang terpasang ke solar panel. Jika dua atau lebih panel surya disambungkan secara seri maka akan terjadi 𝑉_𝑂𝐶. Tegangan paling tinggi umumnya terjadi pada pertengahan pagi karena matahari terbit dengan cepat dan suhu panel surya masih cukup rendah. Nilai 𝑉_𝑂𝐶 tidak boleh melebihi tegangan yang diizinkan solar charge controller (SCC). Beberapa solar charge controller akan otomatis mati jika tegangan yang diterima melampaui batas, tetapi ada juga yang terus beroperasi dengan resiko masa pakai lebih pendek dan dapat mengakibatkan kerusakan [10].

3. Maxsimum Power Poin (𝑃𝑀𝑎𝑥)

Maximum Power Poin mewakili daya maksimum yang dapat dihasilkan solar panel pada STC ( yaitu pancaran sinar matahari 1000 𝑊/𝑚² dan suhu operasi solar panel 25⁰C). Diukur dalam 𝑊𝑝𝑒𝑎𝑘. Selain STC, solar panel memiliki 𝑃𝑀𝑎𝑘𝑠 pada nilai pancaran dan suhu operasi solar panel berbeda. Solar panel dapat beroperasi pada kombinasi arus dan tegangan yang berbeda. Tetapi hanya dapat menghasilkan daya maksimum (𝑃_𝑀𝑎𝑥) pada kombinasi tegangan dan arus tertentu.

Seperti di tunjukkan pada Gambar 2 titik daya maksimum berada di lutut kurva I-V dan merupakan hasil dari 𝐼𝑀𝑎𝑥 dan V.

(4)

.

𝑃_{𝑚𝑎𝑘𝑠}= 𝐼_𝑚𝑎𝑥× 𝑉_𝑚𝑎𝑥 (1)

𝑃_{𝑚𝑎𝑘𝑠}= 𝐼_𝑚𝑎𝑥× 𝑉_𝑚𝑎𝑥= 0,62 × 9,27 = 5,75 𝑊_{𝑝𝑒𝑎𝑘} 4. Current at Maximum Power Poin (𝐼_𝑚𝑎𝑥)

Current at Maximum Power Poin mewakili arus yang akan dihasilkan solar panel saat beroperasi pada power point maksimum. Dengan satuan 𝐼_{𝑚𝑎𝑘𝑠} dan dapat dilihat pada Gambar 2 bahwa nilainya selalu lebih kecil dari arus 𝐼_𝑆𝐶 dan di ukur dalam ampere (A).

5. The Voltage Maximum Power Poin (𝑉𝑚𝑎𝑥)

(𝑉_𝑚𝑎𝑥) mewakili tegangan yang akan dihasilkan solar panel saat beroperasi pada power point maximum. Dengan satuan 𝑉_𝑚𝑎𝑥dan dapat dilihat pada Gambar 2 bahwa nilainya selalu kecil dari tegangan open circuit voltage.

6. Fill Factor (FF)

Fill Factor mewakili area yang dicakup oleh persegi panjang 𝐼𝑚𝑎𝑘𝑠 − 𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠 dengan area yang dicakup oleh persegi panjang 𝐼_𝑠𝑐-𝑉_𝑜𝑐 seperti dengan garis putus-putus pada Gambar 2 Fill Factor isian mewakili kuadrat dari kurva I-V. ini diwakili dalam persentase (%), semakin tinggi faktor pengisian dalam persen, semakin baik solar panel.

𝐹𝐹 = ^𝑃^{𝑚𝑎𝑘𝑠}

(𝐼_𝑆𝐶× 𝑉_𝑜𝑐) × 100% (2)

Berdasarkan data pada Tabel 1 dan Gambar 2 dapat ditentukan fill factor dengan rumus dari persamaan 2 sebagai berikut;

𝐹𝐹 = 5,75

(0,65 × 11,4) × 100% = 77,59%

7. Efisiensi

Efisiensi solar panel didefinisikan sebagai daya keluaran maksimum ( 𝑃_{𝑚𝑎𝑘𝑠}) dibagi dengan daya input (𝑃_𝑖𝑛) dapat diukur dalam persentase (%), yang menunjukkan bahwa persentase input daya sinar matahari ini diubah menjadi daya listrik. Oleh karena itu, untuk menghitung efisiensi kalikan 𝑃_𝑖𝑛pada STC dengan luas [11]. Efisiensi dapat dihitung sebagai berikut;

ŋ = 𝑃_{𝑚𝑎𝑘𝑠}

(𝑃_𝑖𝑛× 𝑙𝑢𝑎𝑠 ) × 100%

(3)

Jika luas solar panel diberikan adalah 0,01 𝑚², 𝑃_{𝑚𝑎𝑘𝑠}= 5,75 𝑊_{𝑝𝑒𝑎𝑘}maka efisiensi pada kondisi uji standar dapat diberikan dengan rumus persamaan 2 sebagai berikut :

ŋ = ^{5,75 𝑊}^{𝑝𝑒𝑎𝑘}

1000 𝑊/𝑚² ×0,01 𝑚² 𝑥100% = 57,5%.

Faktor yang mempengaruhi maksimum solar panel tergantung pada : 1. Suhu pada solar panel

2. Intesitas cahaya matahari

3. Posisi letak solar panel terhadap matahari [12].

Gambar 3. Pengaruh suhu pada karakteristik I-V solar panel [13]

(5)

Efek Perubahan Intensitas Cahaya Matahari

Mengubah insiden intensitas cahaya matahari pada solar panel mengubah semua parameter solar panel, termasuk arus hubung singkat, tegangan rangkaian terbuka, fill factor dan efisiensi. Intensitas cahaya pada solar panel disebut jumlah matahari, di mana 1 matahari sesuai dengan penerangan standar pada 1𝑘𝑊/𝑚². Misalnya sistem dengan 10𝑘𝑊/𝑚² insiden pada solar akan beroperasi pada 10 matahari. Modul solar panel yang di rancang untuk beroperasi dibawah 1 kondisi matahari disebut pelat datar, sedangkan modul yang menggunakan sinar matahari terkonsentrasi disebut konsentrator. Solar panel mengalami variasi harian dalam intensitas cahaya, dengan daya datang dari matahari bervariasi antara 0 dan 1𝑘𝑊/𝑚². Pada tingkat cahaya rendah, efek menjadi semakin penting

Sudut Ketinggian Matahari

Untuk menghitung posisi matahari dan kemiringan solar panel adalah sebagai berikut [15] : 𝛿 = 23,45° sin [360

365(𝑛 − 81)] (4)

𝛽𝑁 = 90° − 𝐿 + 𝛿 (5)

𝑇𝑖𝑙𝑡 = 90° − 𝛽𝑁 (6)

Dimana :

𝛿 = Sudut deklinasi matahari (°) 𝛽𝑁 = Sudut ketinggian matahari (°) Tilt = Sudut kemiringan solar panel (°)

Selain posisi kemiringan solar panel, perlu juga untuk menghitung sudut azimuth daru matahari.

Sudut azimuth adalah sudut penyimpangan dari selatan dengan proyeksi radiasi langsung pada bidang horizontal. Ke sebelah timur adalah negatif dan ke sebelah barat adalah positif. Sudut azimuth dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan 7 [16]:

𝐻 = 15°

𝐻𝑜𝑢𝑟× ℎ𝑜𝑢𝑟 (7)

cos β = cos 𝐿 cos 𝛿 cos 𝐻 + sin 𝐿 cos 𝛿 (8)

sin 𝜑𝑠 = sin 𝛿 sin 𝐻 sin 𝛽

(9) Dimana :

H = Posisi matahari setiap jam (°)

cos β = Sudut ketinggian matahari setiap jam (°) Sin 𝜑𝑠 = Arah sudut azimut (°)

3. Hasil dan Pembahasan

3.1. Rancang Bangun sistem Inter of Things Sistem rangkaian monitoring

Dari rangkaian sistem alat yang ditunjukkan pada Gambar 4 menunjukkan proses sistem perangkat keras monitoring parameter solar panel.

1. Solar panel merupakan sumber energi yang mampu mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Dalam penelitian ini solar panel akan digunakan sebagai monitoring dari parameter solar panel.

2. Baterai merupakan penyimpanan energi dari solar panel.

3. SCC (Solar Charge Controller) merupakan pengendalian arus dari solar panel ke baterai.

4. Lampu DC merupakan beban yang digunakan untuk melihat arus keluaran dari baterai.

5. Arduino uno sebagai pengedali sensor dimana arduino uno membaca data dari sensor dan pengiriman data ke Nodemcu.

6. Nodemcu sebagai penerima dari data dari arduino uno dan akan ditampikan ke aplikasi blynk dari smartphone andorid.

7. Sensor arus dan sensor tegangan modul yang digunakan untuk mengukur nilai dimana interface dengan Arduino Uno. Penggunaan sensor arus juga bertujuan untuk mengukur dari parameter solar panel.

(6)

8. Sensor suhu merupakan sensor yang akan mengukur suhu permukaan dari solar panel.

9. Modul SD card merupakan modul yang mampu merekam data dari parameter solar panel yang didukung SD card sebagai penyimpanan data yang interface dengan arduino uno.

Gambar 4. Perancangan model menggunakan perangkat keras dengan software Fritzing Sumber : Hasil rancangan peneliti, 2022

3.2. Perancangan Sistem Monitoring Parameter Solar Panel

Komponen utama yang akan..digunakan..pada alat monilitoring solar panel, yaitu..Arduino..Uno, ESP8266, modul INA219 yang terangkai sebagai sensor tegangan dan arus yang akan di monitoring aplikasi blynk yang diunduh pada ponsel android. Berikut flowchart perancangan sistem monitoring solar panel yang di tunjukkan..pada..Gambar 5.

Gambar 5. Flowchart solar panel sistem monitoring Sumber: Peneliti, 2022

3.3. Pengujian Kemiringan Solar panel

Pengujian dilakukan di jurusan Teknik Elektro pada Gambar 6 dengan kordinasi 5.12 LU dan 97.03 BT. Agar mendapatkan kimiringan yang optimal maka akan mencari sudut kemiringan menggunakan sudut

(7)

azimuth saat pengujian, kita dapat menentukan ketinggian matahari untuk setiap lokasi di bumi dan untuk setiap saat sepanjang tahun.

Pertama menghitung sudut deklinasi untuk waktu tertentu. Sebelum menghitung sudut deklinasi maka, terlebih dahulu menghitung jumlah hari berdasarkan tanggal 27 Desember 2021 dan 3 Januari 2022.

Penghitungan hari dimulai dari 1 januari, maka dapatlah jumlah hari 𝑑 = 361 hari untuk bulan Desember dan d = 3 untuk bulan Januari.

Gambar 6. Lokasi penelitian Sumber: Google Maps

3.4. Keseluruhan Pengkabelan Perangkat Keras

Rangkaian keseluruhan memiliki beberapa komponen yaitu sensor INA219, sensor DHT11, RTC DS1307, SD Card, Arduino Uno, dan NodeMCU. Dimana rangkaian ini dihubungkan pada Gambar 7.

Gambar 7. Sistem komunikasi perangkat keras keseluruhan Sumber: Rancangan peneliti, 2022

Tabel 2. Pengkabelan keseluruhan perangkat keras

Arduino NodeMCU INA219 BH1750 SD1307 SD Card Thermistor

VCC VCC VCC VCC VCC VCC

GND GND GND GND GND GND GND

SCL SCL SCL SCL

SDA SDA SDA SDA

D4 CS

D13 SCK

D12 MISO

D11 MOSI

TX D6

RX D7

D8

(8)

Arduino NodeMCU INA219 BH1750 SD1307 SD Card Thermistor

A0 A0

A1 A1

A2 A2

A3 A3

A4 A4

Sumber: Datasheet pin semua perangkat keras, 2022

3.5. Hasil perhitungan arah dan sudut panel surya

Untuk menentukan posisi optimal matahari terhadap solar panel di gedung Teknik Elektro Univeristas Malikussaleh kota Lhokseumawe dengan kordinasi 5.12LU dan 97.03BT. Pertama menghitung jumlah hari selama 1 tahun berdasarkan kalender yag dimulai 1 Januari hingga 31 Desember. Pada Tabel 3 merupakan jumlah hari setiap minggi selama 1 tahun.

Tabel 3. Hasil pengujian dan perhitungan per hari dalam setiap minggu selama 1 tahun.

Tanggal n Tanggal n Tanggal n

01 Jan 1 07 Mei 126 10 Sep 249

08 Jan 7 14 Mei 133 17 Sep 256

15 Jan 14 21 Mei 140 24 Sep 263

22 Jan 21 28 Mei 147 01 Oct 270

29 Jan 28 04 Jun 153 08 Oct 277

05 Feb 34 11 Jun 160 15 Oct 284

12 Feb 41 18 Jun 167 22 Oct 291

19 Feb 48 25 Jun 174 29 Oct 298

26 Feb 55 02 Jul 181 05 Nov 304

05 Mar 64 09 Jul 188 12 Nov 311

12 Mar 71 16 Jul 195 19 Nov 318

19 Mar 78 23 Jul 202 26 Nov 325

26 Mar 85 30 Jul 209 03 Dec 332

02 Apr 91 06 Aug 215 10 Dec 339

09 Apr 98 13 Aug 222 17 Dec 346

16 Apr 105 20 Aug 229 24 Dec 353

23 Apr 112 27 Aug 236 31 Dec 360

30 Apr 119 03 Sep 242

Sumber: Hasil penelitian, 2022

Gambar 8. Hasil rancangan peletakan sensor temperatur panel surya Sumber: Rancangan peneliti, 2022

Pengukuran/monitoring suhu dibawah solar panel dengan mengukur suhu pada 5 buah titik yaitu titik A, titik B, titik C, titik D dan titik E. Penempatan sensor suhu terdapat pada Gambar 8. Hal ini, pengukuran sensor suhu di rata-ratakan untuk mendapatkan nilai suhu total solar panel dan akan di rata-rata untuk mendapatkan suhu setiap jamnya dan intensitas cahaya menggunakan luxmeter pada Tabel 4.

Keterangan Suhu:

Titik A = Suhu 1 Titik B = Suhu 2

(9)

Titik C = Suhu 3 Titik D = Suhu 4 Titik E = Suhu 5

Tabel 4. Rerata hasil pengukuran temperatur, intensitas cahaya dan suhu di lokasi pengujian Waktu

(WIB)

Temperatur rata - rata

(⁰C)

Intensitas Cahaya

(Klux)

Waktu (WIB)

Temperatur rata - rata

(⁰C)

Intensitas Cahaya

(Klux)

9.00 31,58 23,16 12.40 45,41 59,34

9.20 33,63 26,62 13.00 46,70 62,47

9.40 35,15 28,73 13.20 47,82 65,16

10.00 35,36 33,19 13.40 48,33 69,07

10.20 35,81 36,16 14.00 47,99 65,93

10.40 37,21 38,51 14.20 46,22 61,87

11.00 38,40 42,74 14.40 44,63 56,06

11.20 39,46 41,76 15.00 42,14 51,43

11.40 41,23 49,75 15.20 39,74 47,12

12.00 42,81 52,76 15.40 37,27 41,06

12.20 44,23 55,94 16.00 34,74 35,25

Sumber: Hasil data pengukuran, 2022

Tabel 5 merupakan jumlah hari untuk menghitung sudut deklinasi dalam 1 tahun (12 bulan), untuk menentukan sudut deklinasi matahari berdasarkan kalender dan perpindahan matahari setiap tahunnya berdasarkan persamaan 4. Tabel 5 merupakan hasil dari perhitungan sudut deklinasi setiap minggu selama 1 tahun.

Tabel 5. Hasil pergukuran sudut deklinasi setiap minggu selama satu tahun.

Tanggal 𝛿 Tanggal 𝛿 Tanggal 𝛿

01 Jan -23,01 07 Mei 16,40 10 Sep 5,79

08 Jan -22,42 14 Mei 18,29 17 Sep 3,01

15 Jan -21,43 21 Mei 19,92 24 Sep 0,20

22 Jan -20,13 28 Mei 21,26 01 Oct -2,61

29 Jan -18,54 04 Jun 22,17 08 Oct -5,40

05 Feb -16,96 11 Jun 22,93 15 Oct -8,10

12 Feb -14,90 18 Jun 23,35 22 Oct -10,69

19 Feb -12,61 25 Jun 23,43 29 Oct -13,12

26 Feb -10,14 02 Jul 23,18 05 Nov -15,05

05 Mar -6,76 09 Jul 22,59 12 Nov -17,10

12 Mar -4,01 16 Jul 21,67 19 Nov -18,91

19 Mar -1,21 23 Jul 20,44 26 Nov -20,44

26 Mar 1,61 30 Jul 18,91 03 Dec -21,67

02 Apr 4,01 06 Aug 17,38 10 Dec -22,59

09 Apr 6,76 13 Aug 15,36 17 Dec -23,18

16 Apr 9,41 20 Aug 13,12 24 Dec -23,43

23 Apr 11,92 27 Aug 10,69 31 Dec -23,35

30 Apr 14,26 03 Sep 8,48

Tabel 5 merupakan sudut deklinasi setiap minggu dari 1 Januari hingaa 31 Desember, Januari hingga Maret kemiringan matahari berada disisi Selatan bumi terdapat pada tabel di atas bernilai “min”. Bulan April hingga September kemiringan matahari telah berada disisi Utara bumi terdapat pada tabel di atas bernilai “plus”. Dan pada Oktober hingga Desember kemiringan matahari kembali ke sisi Selatan terdapat pada tabel di atas bernilai “min”.

Berdasarkan tinjauan teoritis persamaan 5, dapat ditentukan nilai sudut ketinggian matahari (altitude angle) setiap minggu selama 1 tahun., berlaku di wilayah Jurusan Teknik Elektro Universitas Malikussaleh kota Lhokseumawe seperti pada Tabel 6.

(10)

Tabel 6. Hasil perhitungan sudut altitude angle di Lhokseumawe

Tanggal 𝛽𝑁 Tanggal 𝛽𝑁 Tanggal 𝛽𝑁

01 Jan 61,86 07 Mei 101,28 10 Sep 90,67

08 Jan 62,45 14 Mei 103,17 17 Sep 87,89

15 Jan 63,44 21 Mei 104,80 24 Sep 85,08

22 Jan 64,74 28 Mei 106,14 01 Oct 82,26

29 Jan 66,33 04 Jun 107,05 08 Oct 79,47

05 Feb 67,91 11 Jun 107,81 15-Oct 76,77

12 Feb 69,97 18 Jun 108,23 22 Oct 74,18

19 Feb 72,26 25 Jun 108,31 29 Oct 71,75

26 Feb 74,73 02 Jul 108,06 05 Nov 69,82

05 Mar 78,11 09 Jul 107,47 12 Nov 67,77

12 Mar 80,86 16 Jul 106,55 19 Nov 65,96

19 Mar 83,66 23 Jul 105,32 26 Nov 64,43

26 Mar 86,49 30 Jul 103,79 03 Dec 63,20

02 Apr 88,89 06 Aug 102,26 10 Dec 62,28

09 Apr 91,64 13 Aug 100,24 17 Dec 61,69

16 Apr 94,29 20 Aug 98,00 24 Dec 61,44

23 Apr 96,80 27 Aug 95,57 31 Dec 61,52

30 Apr 99,14 03 Sep 93,36

Dari Tabel 6 dapat dilihat hasil perhitungan sudut altitude angle matahari setiap minggu selama 1 tahun di wilayah Jurusan Teknik Elektro Universitas Malikussaleh kota Lhokseumawe. Nilai terendah terjadi pada bulan Januari dan meningkat setiap bulannya hingga bulan Agustus. Pada bulan September nilai altitude angle matahari mulai turun hingga Desember. Perhitungan sudut altitude angle berhubungan dengan sudut deklinasi dan latitude wilayah kota Lhokseumawe.

Berdasarkan tinjauan teoritis persamaan 6, dapat ditentukan nilai kemiringan optimal solar setiap minggu selama 1 tahun untuk wilayah kota Lhokseumawe. Tabel 7 merupakan hasil sudut kemiringan solar setiap minggu selama 1 tahun.

Tabel 7. Hasil perhitungan sudut kemiringan solar panel selama 1 tahun

Tanggal Kemiringan Tanggal Kemiringan Tanggal Kemiringan

01 Jan 28,13 07 Mei -11,28 10 Sep -0,67

08 Jan 27,54 14 Mei -13,17 17 Sep 2,10

15 Jan 26,55 21 Mei -14,80 24 Sep 4,91

22 Jan 25,25 28 Mei -16,14 01 Oct 7,73

29 Jan 23,66 04 Jun -17,05 08 Oct 10,52

05 Feb 22,08 11 Jun -17,81 15-Oct 13,22

12 Feb 20,02 18 Jun -18,23 22 Oct 15,81

19 Feb 17,73 25 Jun -18,31 29 Oct 18,24

26 Feb 15,26 02 Jul -18,06 05 Nov 20,17

05 Mar 11,88 09 Jul -17,47 12 Nov 22,22

12 Mar 9,13 16 Jul -16,55 19 Nov 24,03

19 Mar 6,33 23 Jul -15,32 26 Nov 25,56

26 Mar 3,50 30 Jul -13,79 03 Dec 26,79

02 Apr 1,10 06 Aug -12,26 10 Dec 27,71

09 Apr -1,64 13 Aug -10,24 17 Dec 28,30

16 Apr -4,29 20 Aug -8,00 24 Dec 28,55

23 Apr -6,80 27 Aug -5,57 31 Dec 28,47

30 Apr -9,14 03 Sep -3,36

Sumber: Hasil data pengukuran, 2022.

(11)

Tabel 8 merupakan sudut ketinggian matahari pada pukul 13.00 WIB, untuk menghitung sudut ketinggian matahari terlebih dahulu menghitung sudut jam, pada penelitian ini menghitung sudut jam pada pukul 13.00 WIB adalah 1 jam, untuk menghitung sudut jam menggunakan persamaan 7.

𝐻 = 15°

ℎ × (−1) = −15°

Setelah sudut jam telah diketahui maka menghitung sudut ketinggian matahari setiap jam, untuk menghitung ketinggian matahari menggunakan persamaan 8. Tabel 8 merupakan hasil dari perhitungan sudut ketinggian matahari setiap minggu dalam 1 tahun.

Tabel 8. Hasil perhitungan sudut ketinggian matahari pukul 13.00 WIB

Tanggal Sin 𝛽 Tanggal Sin 𝛽 Tanggal Sin 𝛽

01 Jan 58,28 07 May 71,46 10 Sep 75,05

08 Jan 58,79 14 May 70,29 17 Sep 74,89

15 Jan 59,64 21 May 69,20 24 Sep 74,23

22 Jan 60,75 28 May 68,26 01 Oct 73,13

29-Jan 62,09 04 Jun 67,60 08 Oct 71,69

05 Feb 63,39 11 Jun 67,04 15 Oct 70,03

12 Feb 65,06 18 Jun 66,72 22 Oct 68,25

19 Feb 66,83 25 Jun 66,66 29 Oct 66,44

26 Feb 68,63 02 Jul 66,85 05 Nov 64,93

05 Mar 70,88 09 Jul 67,29 12 Nov 63,28

12 Mar 72,45 16 Jul 67,97 19 Nov 61,78

19 Mar 73,73 23 Jul 68,85 26 Nov 60,49

26 Mar 74,62 30 Jul 69,89 03 Dec 59,43

02 Apr 75,00 06 Aug 70,87 10 Dec 58,64

09 Apr 74,99 13 Aug 72,05 17 Dec 58,12

16 Apr 74,51 20 Aug 73,17 24 Dec 57,90

23 Apr 73,68 27 Aug 74,13 31 Dec 57,98

30 Apr 72,62 03 Sep 74,73

3.6. Hasil Pengukuran Monitoring Parameter Solar Panel

Pengukuran/monitoring tegangan dan arus dilakukan dengan mengukur nilai (arus dan tegangan) input dan nilai (arus dan tegangan) output secara close circuit atau pengukuran dengan menggunakan beban baterai. Baterai juga diberi lampu 25 watt DC, adanya lampu DC untuk mengosongkan baterai secara langsung saat agar pengujian dapat selama 7 Jam. Nilai arus dan tegangan yang terukur menggunakan sensor INA219 di rata-ratakan untuk mendapatkan nilai setiap jamnya. Tabel 9 menunjukkan hasil monitoring arus dan tegangan selama pengujian.

Tabel 9. Hasi pengujian dan monitoring tegangan dan arus menggunakan data logger Waktu

(WIB)

Vin rata - rata (V)

Vout rata - rata (V)

IIn rata- rata (A)

IOut rata - rata (A)

9.00 11,60 11,79 0,42 2

9.20 11,70 11,77 0,48 2,11

9.40 11,70 11,80 0,53 2,10

10.00 11,84 11,78 0,60 2,23

10.20 11,88 11,80 0,64 2,13

10.40 11,77 11,77 0,65 2,19

11.00 11,72 11,87 0,68 2,28

11.20 11,89 11,66 0,71 2,22

11.40 11,85 11,66 0,71 2,27

12.00 11,93 11,71 0,76 2,36

12.20 11,94 11,76 0,79 2,55

12.40 11,91 11,78 0,77 2,53

13.00 12,01 11,82 0,79 2,63

13.20 11,95 11,79 0,79 2,53

13.40 12,01 11,89 0,82 2,56

14.00 11,69 11,86 0,75 2,48

14.20 11,83 11,87 0,67 2,56

14.40 11,84 11,90 0,62 2,50

(12)

Waktu (WIB)

Vin rata - rata (V)

Vout rata - rata (V)

IIn rata- rata (A)

IOut rata - rata (A)

15.00 11,72 11,91 0,62 2,42

15.20 11,85 11,90 0,57 2,42

15.40 11,87 11,92 0,51 2,29

16.00 11,79 11,93 0,44 2,28

Sumber: Pengolahan data, 2022

Perhitungan daya maksimal dilakukan dengan menggunakan nilai arus maksimal dan tegangan maksimal yang telah di dapatkan dengan menggunakan persamaan 1, sehingga setiap nilai arus dikalikan dengan tegangan yang didapatkan pada waktu yang sama. Selain menghitung daya yang dihasilkan, efesiensi solar panel juga dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan 3, dan fill factor menggunakan persamaan 2, Tabel 10 merupakan hasil perhitungan daya, fill factor dan efisiensi yang dihasilkan solar panel selama pengujian (11 hari).

Tabel 10. Hasil perhitungan daya, fill faktor, dan efisiensi menggunakan data Logger IOT.

Date Pin

(W)

Pmax (W)

Fill factor (%)

Effisiensi (%)

27/12/2021 12,06852 40,0044 60,20769 75,76623

28/12/2021 12,03328 35,853 53,95973 68,10256

29/12/2021 12,33522 34,7802 52,34513 64,44765

30/12/2021 11,40188 20,559 30,94185 41,21426

31/12/2021 11,84368 36,3916 54,77033 70,23223

03/01/2022 8,04055 26,5599 39,97336 85,2477

04/01/2022 11,64834 36,06 54,27127 70,75932

05/01/2022 10,68526 38,308 57,65457 81,94573

06/01/2022 10,54056 38,656 58,17832 83,82531

07/01/2022 12,24585 36,8472 55,45602 68,77609

08/01/2022 11,3668 35,1923 52,96535 70,7671

Sumber: Pengolahan data, 2022 4. Kesimpulan

Berdasarkan hasil dari penelitian ini maka dapat disimpulkan sebagai berikut bahwa naik turun arus dan tegangan serupa dengan suhu dan intensitas cahaya dan berpengaruh dengan kinerja solar panel secara berbanding lurus, pengaruh rata-rata puncak intensitas cahaya matahari sebesar 69,07 Klux. Sementara suhu bodi solar panel rata-rata mencapai puncak pada 48,33 °𝐶.

Daya optimal selama pengujian pada tanggal 27 Desember 2021 sebesar 40 W pada sudut kemiringan 28° dengan efisiensi 75,76% dan fil factor 60,20%. Daya terendah yang dihasilkan solar panel selama pengujian pada tanggal 3 Januari 2021 sebesar 26,55 W pada sudut kemiringan 27° dengan efisiensi 85,247% dan fill factor 39,97.

5. Saran

Untuk mendapatkan keluaran daya panel surya optimal dan intensitas cahaya matahari di suatu daerah diperlukan pengaturan dari sudut kemiringan di posisi pemasangan pada panel surya yang kondisi statis. Rancangan penempatan panel surya ini bersifat statis oleh karena itu diperlukan sistim Maximum Power Point Tracker (MPPT) untuk mengoptimal cahaya matahari (iradiasi) yang mengenai permukaan panel surya.

7. Referensi

[1] S. Meliala, R. Putri, S. Saifuddin, and M. Sadli, “Perancangan Penggunan Panel Surya Kapasitas 200 WP On Grid System pada Rumah Tangga di Pedesaan,” JET (Journal Electr. Technol., vol. 5, no. 3, pp. 100–111, 2020.

[2] M. N. A. Romadhoni, E. Erlina, and S. Azzahra, “Perencanaan Pembangunan Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya On Grid Pada Atap Gedung (Roof Top) Berkapasitas 10 kWPdi Inspektorat Daerah Kota Samarinda,” Institut Teknologi PLN, 2020.

[3] W. A. M. Silalahi, “Analisis Pengaruh Intensitas Cahaya Matahari Dan Suhu Permukaan Panel Surya Terhadap Energi Yang Dihasilkan,” Kumpul. Karya Ilm. Mhs. Fak. sains dan Tekhnologi, vol. 2, no. 2, p. 83, 2021.

(13)

[4] I. P. Ramdhani, “Solo Convention Hall dengan Pendekatan Arsitektur High-Tech,” Tugas Akhir, Universitas Negeri Sebelas Maret , 2011.

[5] W. Indrasari, R. Fahdiran, and Habiburosid, “Karakterisasi Panel Surya Hybrid Berbasis Sensor INA219,” in PROSIDING Seminar Nasional Fisika (E-Journal), 2019, vol. 8, pp. SNF2019--PA.

[6] T. R. I. F. A. D. I. Kusuma, “Pengaruh Sistem Pengarah Panel Otomatis Terhadap Output Daya Pada Prototipe Panel Surya Kapasitas 400 WP,” Politeknik Negeri Sriwijaya, 2020.

[7] F. Hindarti and E. Ayuningtyas, “Analisis Desain Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Kapasitas 150 WP Sebagai Suplai Energi Pada Fotobioreaktor Mikroalga,” J. Rekayasa Lingkung., vol. 20, no. 1, 2020.

[8] R. Muttaqin, “Analisa Performansi dan Monitoring Pembangkit Listrik Tenaga Surya di Departemen Teknik Fisika FTI-ITS,” Tugas Akhir, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2017.

[9] F. Hidayanti, “Aplikasi Sel Surya: Sistem Sel Surya Wearable.” Penerbit: LP UNAS, 2021.

[10] J. Setiono and others, “Analisis Daya Listrik yang Dihasilkan Panel Surya Ukuran 216 cm X 121 cm Berdasarkan Intensitas Cahaya,” PROSIDING SNTT2, 2014.

[11] S. Bahari, A. Laka, and R. Rosmiati, “Pengaruh Perubahan Arah Sudut Sel Surya Mengunakan Energi Matahari Intensitas Cahaya Terhadap Tegangan,” Pros. Semnastek, 2017.

[12] I. A. Kurniawan, “Analisa Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Sebagai Pemanfaatan Lahan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Paiton,” Tugas Akhir, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2016.

[13] A. K. Albahar and M. F. Haqi, “Pengaruh Sudut Kemiringan Panel Surya (PV) Terhadap Keluaran Daya,” J. Ilm. Elektrokrisna, vol. 8, no. 3, 2020.

[14] M. Mundzir, “Azimuth Elevation Calculator Berbasis Ponsel,” METIK J., vol. 1, no. 2, pp. 41–46, 2017.

[15] R. Rusmana, “Pemanfaatan Baterai Bekas Sebagai Bahan Baku Perovskite Pada Pembuatan Sel Surya,” Universitas Darma Persada, 2017.

[16] A. Ayubi, “Analisis Performa Baterai pada Kursi Roda Berpengendali Posisi Tubuh (Body Motion Tracking) Terhadap Pembebanan dan Kontur Lintasan,” Tugas Akhir, Universitas Sumatera Utara, 2019.