Pengaruh temperatur permukaan sel surya terhadap daya pada

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
Pengaruh temperatur permukaan sel surya terhadap daya pada kondisi
eksperimental dan nyata
Muhammad Rizali1, a *, Irwandy2,b
1
Akademi Teknik Pembangunan Nasional Banjarbaru, Indonesia
2
Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru, Indonesia
a
[email protected]
Abstrak
Pada penggunaan sel surya di lingkungan nyata, akan terjadi perubahan temperatur permukaan
sebagai akibat dari kondisi alam. Para peneliti sering memodelkan cahaya matahari untuk
eksperimental dengan menggunakan lampu. Pada penelitian ini dilakukan pengukuran daya
keluaran dengan rekayasa temperatur permukaan sel surya dengan penyemprotan udara panas, pada
sel surya dalam kondisi nyata serta eksperimental dengan menggunakan lampu H4 100 watt. Hasil
yang didapat menunjukkan pada metode eksperimen bahwa pada kondisi rentang temperatur
<56⁰C, daya keluaran akan meningkat seiring dengan kenaikan temperatur permukaan sel surya.
Dalam kondisi nyata terdapat fluktuasi daya keluaran sel surya dikarenakan faktor lingkungan.
Daya keluaran eksperimen dengan lampu H4 adalah maksimal 35% dari daya keluaran dengan sinar
matahari langsung.
Kata kunci : sel surya, temperatur permukaan, kondisi eksperimental, kondisi nyata
dimodelkan dengan sumber cahaya lain,
seperti lampu.
Pada penelitian ini akan diteliti tentang
pengaruh temperatur permukaan sel surya
terhadap
daya
keluarannya,
serta
perbandingan antara kondisi nyata di
lingkungan
dengan
eksperimen
yang
menggunaan lampu.
Pendahuluan
Pada penggunaan sel surya sebagai sumber
energi alternatif pengganti bahan bakar fosil,
banyak faktor yang berpengaruh pada daya
keluaran dan efisiensi dari sel surya tersebut,
misalnya posisi penempatan, intensitas radiasi
matahari, iklim dan cuaca, jenis sel surya
uang digunakan, dan lain sebagainya.
Sel surya sebagai media yang mengubah
energi matahari menjadi energi listrik, pada
penggunaannya selalu terpapar cuaca
langsung. Kondisi lingkungan akan selalu
senantiasa berubah, seperti intensitas radiasi
matahari yang fluktuatif, tergantung pada
iklim dan cuaca. Karena kondisi lingkungan
yang fluktuatif tersebut, maka temperatur
permukaan sel surya juga akan mengalami
perubahan, dan ada kemungkinan ada
perubahan daya yang dibangkitkan oleh sel
surya tersebut yang disebabkan oleh
perbedaan temperatur permukaan sel surya.
Oleh sebab tersebut di atas, para peneliti di
bidang sel surya sering menggunakan
eksperimen rekayasa energi matahari yang
Tinjauan Pustaka
Energi matahari sebagai sumber energi
utama di alam dapat dimanfaatkan untuk
pembangkit listrik, salah satunya dengan
menggunakan sel surya (photovoltaic).
Banyak hal yang mempengaruhi kinerja sel
surya, seperti intensitas radiasi matahari,
posisi sel surya, kondisi iklim dan cuaca,
kejernihan udara, dan lain sebagainya.
Temperatur
udara
ambient
juga
mempengaruhi kinerja sel surya, dimana
kenaikan temperatur udara akan menurunkan
kinerja dari sel surya tersebut. [1]
Temperatur sel surya yang mengalami
kenaikan temperatur akan menurunkan
KE-67
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
tegangan output namun menaikkan arus
outputnya. Akan tetapi apabila temperatur
permukaan panel surya terus naik maka
arusnya
cenderung
konstan
namun
tegangannya tetap turun sehingga daya
keluarannyapun akan turun. Apabila daya
keluarannya turun maka dengan sendirinnya
efisiensinya juga akan turun [2].
Untuk daerah tropis yang dekat dengan
garis ekuator, sudut arah sel surya
diperhitungkan akan bekerja optimal di
rentang sudut kemiringan 0⁰-15⁰ mengarah ke
utara [3].
Gambar 1. Skema penelitian dengan sinar
matahari langsung
Metode Penelitian
Pada penelitian ini akan dilakukan dua
eksperimen, yaitu :
1. Eksperimen dengan sinar matahari
langsung di lingkungan, yaitu dengan
merekayasa temperatur permukaan sel
surya dengan semburan udara panas,
kemudian
dilakukan
pengukuran
temperatur permukaan serta daya keluaran
dari sel surya tersebut. Sel surya
diletakkan dalam posisi horisontal.
2. Eksperimen
dengan
menggunakan
pemodelan sinar matahari dengan
menggunakan lampu, kemudian dilakukan
rekayasa temperatur permukaan sel surya
dengan semburan udara panas, kemudian
dilakukan
pengukuran
temperatur
permukaan serta daya keluaran dari sel
surya tersebut. Untuk menghindari adanya
bias dari sumber cahaya lain, maka
eksperimen dengan lampu ini dilakukan
pada malam hari dan di dalam ruangan
tertutup. Jarak antara sel surya dan lampu
yaitu 40 cm.
Gambar 2. Skema penelitian dengan
menggunakan lampu
Hasil dan Pembahasan
Dari penelitian, didapatkan data temperatur
permukaan sel surya dan daya keluaran pada
setiap menit pengujian, untuk pengujian
dengan sinar matahari langsung (gambar 3),
dan pengujian dengan menggunakan lampu
H4 (gambar 4). Pada gambar 3 dan 4 tersebut,
dapat dilihat pemberian semburan udara panas
pada permukaan sel surya dapat menaikkan
temperatur sebesar 3⁰C untuk sinar matahari
langsung, dan 8⁰C untuk pengujian dengan
lampu H4.
Pada pengujian dengan sinar matahari
langsung (gambar 3), terjadi fluktuasi
temperatur permukaan dan daya keluaran sel
surya, hal ini disebabkan oleh faktor
lingkungan yang tidak terkontrol, seperti
misalnya intensitas cahaya, angin, temperatur
udara sekitar, dan lain sebagainya.
Pada pengujian dengan sinar lampu H4
(gambar 4), menunjukkan bahwa dengan
meminimalisir faktor lingkungan pada
penelitian, akan menghasilkan temperatur
permukaan dan daya keluaran yang lebih
stabil. Pada gambar 4 ini juga terlihat bahwa
Alat yang digunakan adalah sel surya, noncontact infra red thermometer, alat ukur
tegangan dan arus listrik DC, stopwatch, dan
hairdryer.
Data pada penelitian diambil dengan
interval waktu satu menit. Skema penelitian
dapat dilihat pada gambar 1 untuk
pengambilan data dengan kondisi nyata
dengan sinar matahari langsung, dan gambar
2 untuk pengambilan data dengan eksperimen
pemodelan dengan lampu.
KE-67
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
penambahan temperatur permukaan sel surya
akan meningkatkan daya keluarannya.
daya keluaran sel surya seiring dengan
kenaikan temperatur permukaan sel surya.
Dari gambar 5 dan 6 tersebut,terjadi
perbedaan daya keluaran dan temperatur
optimal dimana daya puncak sel surya itu
terjadi. Pada pengujian dengan sinar matahari
langsung, daya keluaran tertinggi dicapai pada
temperatur 43-46⁰C. Sedangkan untuk
pengujian dengan lampu, didapat daya
keluaran tertinggi di rentang temperatur 5357⁰C.
Pada pengujian dengan sinar matahari
langsung, dengan faktor-faktor lingkungan
lain, membuat temperatur sel surya tidak
dapat dinaikkan lebih tinggi lagi, seperti yang
terlihat pada gambar 3, dari menit ke 6 sampai
10, setelah itu cenderung turun, dan baru naik
lagi temperaturnya setelah menit ke 11. Hal
ini menunjukkan daya keluaran sel surya pada
pengujian dengan sinar matahari langsung
sudah bekerja pada titik optimumnya (3watt),
sehingga daya keluaran tidak bisa dinaikkan
terus.
Berbeda halnya dengan pengujian dengan
menggunakan lampu, daya keluaran lebih
kecil dibandingkan dengan sinar matahari
langsung, hal ini dimungkinkan karena
intensitas cahayanya lebih kecil daripada sinar
matahari langsung, sehingga daya keluaran sel
surya masih bisa ditingkatkan dengan cara
menaikkan temperatur permukaannya, akan
tetapi
perlu
dipertimbangkan
faktor
perpindahan panas dan disipasi energi pada
sel surya tersebut. Dengan keterbatasan
tersebut, maka daya keluaran pun hanya
sebagian kecil dari daya maksimal dari sel
surya tersebut.
Jika diperhitungkan, daya keluaran
maksimal sel surya dengan menggunakan
lampu H4 yang sebesar 0,685watt maka
hanya berkisar 35% dari daya keluaran
maksimal pada kondisi nyata dengan sinar
matahari langsung, dengan daya keluaran
1,96watt.
Gambar 3. Data daya keluaran dan temperatur
sel surya dengan sinar matahari langsung
Gambar 4. Data daya keluaran dan temperatur
sel surya dengan menggunakan sinar lampu
H4
Berdasarkan data pada gambar 3 dan 4
tersebut, kemudian digambarkan hubungan
antara temperatur permukaan sel surya
dengan daya keluarannya. Pada gambar 5
ditunjukkan dengan grafik hasil regresi,
bahwa kenaikan temperatur permukaan sel
surya akan diiringi oleh kenaikan daya
keluarannya, untuk pengujian dengan sinar
matahari langsung.
Pada pengujian dengan lampu H4 seperti
yang ditunjukkan pada gambar 6, terjadi
fenomena yang sama, yaitu terjadi kenaikan
KE-67
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
adalah maksimum 35% dari pengujian
dengan sinar matahari langsung.
Referensi
[1] Kho Hie Khwee. 2013. Pengaruh
Temperatur Terhadap Kapasitas Daya
Panel Surya (Studi Kasus: Pontianak).
Jurnal ELKHA Vol.5, No 2.
[2] Muchammad. 2010. Pengaruh suhu
permukaan photovoltaic module 50 watt
peak Terhadap daya keluaran yang
dihasilkan
menggunakan
reflector
Dengan variasi sudut reflektor 0⁰, 50⁰,
60⁰, 70⁰, 80⁰. Jurnal Rotasi Vol 12. No.
4.
[3] Rizali, M. 2014. Solar angle and
geometry factor softwarewith object
oriented
programming.
Prosiding
Seminar Nasional Industri Kimia dan
Sumber daya alam. Univ. Lambung
Mangkurat
Gambar 5. Hubungan antara temperatur
permukaan sel surya terhadap daya keluaran
pada pengujian dengan sinar matahari
langsung
[4] Anonimous. 1991. Maintenance and
operation of stand alone photovoltaic
systems. Sandia National Lab.
Gambar 6. Hubungan antara temperatur
permukaan sel surya terhadap daya keluaran
pada pengujian dengan lampu H4
Kesimpulan
Dari penelitian ini dapat diambil kesimpulan,
bahwa :
1. Temperatur
permukaan
sel
surya
berpengaruh terhadap daya keluaran sel
surya, dimana semakin tinggi temperatur
permukaan maka daya keluaran sel surya
semakin meningkat.
2. Pengujian daya keluaran sel surya secara
eksperimen dengan lampu H4 100watt
KE-67