Panel surya atau modul fotovoltaik merupakan salah satu solusi pembangkit energi terbarukan unggulan, namun kinerjanya sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan di sekitarnya. Faktor-faktor lingkungan seperti intensitas cahaya matahari, suhu, kelembaban, arah dan kemiringan panel, serta keberadaan bayangan menjadi elemen penting yang menentukan seberapa optimal daya listrik yang dapat dihasilkan.
Pemahaman mendalam terhadap pengaruh lingkungan ini tidak hanya membantu dalam merancang sistem panel surya yang efisien, tetapi juga memungkinkan pengelolaan dan pengawasan energi yang lebih efektif di berbagai kondisi geografis dan cuaca. Berikut ini akan dijelaskan berbagai parameter lingkungan yang memengaruhi kinerja daya listrik keluaran panel surya, disertai dengan alat-alat instrumentasi dan/atau solusi antisipasinya yang tepat.
1. Intensitas Cahaya Matahari (Solar Irradiance)
Panel surya, sebagai salah satu solusi energi terbarukan yang ramah lingkungan sangat bergantung pada intensitas cahaya matahari yang jatuh di permukaan panel. Intensitas radiasi matahari, yang diukur dalam satuan W/m², memiliki variasi yang signifikan tergantung pada lokasi geografis dan kondisi cuaca.
Diagram
Semakin tinggi intensitas cahaya yang diterima panel, semakin besar pula daya listrik yang dapat dihasilkan. Sebaliknya, kondisi cuaca mendung atau berawan yang menghalangi sinar matahari dapat menyebabkan penurunan signifikan pada keluaran daya. Hal ini menunjukkan bahwa daya yang dihasilkan oleh modul fotovoltaik memiliki hubungan yang sangat erat (dalam hal ini berbanding lurus) dengan tingkat radiasi sinar matahari yang diterima.
Dengan pemahaman ini, penting bagi perencana sistem pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) untuk melakukan pengukuran radiasi matahari secara akurat sebelum merancang dan membangun instalasi. Pengukuran ini tidak hanya diperlukan saat tahap perencanaan, tetapi juga penting untuk dilakukan selama pembangunan dan monitoring secara berkala setelah sistem beroperasi. Adapun beberapa alat instrumentasi untuk membantu dalam pengukuran intensitas cahaya matahari dalam bentuk irradiasi.
Kipp & Zonen Pyranometer SMP3
+ HIOKI LR8101 Data Logger
2. Suhu Lingkungan
Diagram Hubungan Karakteristik Irradiasi dan Suhu pada Panel Surya
Meskipun panel surya bergantung pada sinar matahari sebagai sumber energi utama, faktor lain yang tidak kalah penting adalah suhu lingkungan di sekitar panel. Setiap panel surya memiliki suhu kerja optimal, dan ketika suhu lingkungan melebihi batas tersebut, efisiensi panel dapat menurun. Hal ini disebabkan oleh peningkatan resistansi internal pada panel yang mengurangi kinerja konversi energi.
Datasheet Panel Surya JA Solar
Sel surya beroperasi dengan efisiensi terbaik pada suhu sekitar 25°C. Ketika suhu sel meningkat melebihi angkatersebut, nilai tegangan terbuka ( ) akan menurun, mengakibatkan penurunan daya keluaran. Penurunan daya ini bersifat proporsional terhadap kenaikan suhu. Setiap kenaikan suhu sebesar 10°C di atas suhu normal (25°C) akan menyebabkan penurunan daya sekitar 0,4%. Artinya, jika suhu sel meningkat, misalnya, hingga 35°C, daya yang dihasilkan bisa berkurang sekitar 4%, dan jika suhunya mencapai 45°C, penurunan daya bisa mencapai 8%. Dalam hal ini, koefisien temperatur dari modul fotovoltaik menjadi sangat relevan untuk mengukur efisiensi energi yang berkurang akibat kenaikan suhu.
Untuk itu, penting untuk memantau dan mengelola suhu panel surya agar tetap berada dalam kisaran yang optimal. Adapun beberapa alat instrumentasi untuk membantu dalam pengukuran suhu ambient (lingkungan sekitar) dan modul sel panel surya.
Sensor Temperatur Ambient TA-I-4090
Sensor Temperatur Module Tm-I-4090
+ HIOKI LR8101 Data Logger
HIOKI Temperature Logger LR5011 + Sensor Temperature
3. Kelembaban Udara
Tingkat kelembaban udara yang tinggi merupakan salah satu tantangan utama dalam menjaga kinerja optimal panel surya, terutama di daerah dengan iklim tropis atau curah hujan tinggi. Kelembaban berlebih dapat menyebabkan kondensasi pada permukaan panel atau bahkan pada komponen internalnya. Kondensasi ini dapat mengurangi efisiensi penyerapan cahaya matahari, pada akhirnya menurunkan daya listrik yang dihasilkan.
Korosif kelembapan tinggi pada panel surya
Selain itu, kelembaban yang bercampur dengan oksigen dan air berpotensi masuk melalui retakan atau kerusakan kecil pada panel, sehingga menimbulkan korosi pada kabel dan konektor. Korosi ini tidak hanya mengurangi efisiensi pengaliran arus listrik tetapi juga meningkatkan risiko kerusakan serius, seperti hubungan arus pendek yang dapat merusak sistem secara keseluruhan.
Untuk mengatasi masalah ini, penting untuk memastikan bahwa panel surya memiliki perlindungan kedap udara dan kualitas penyegelan yang baik. Selain itu, pemantauan kelembaban dan perawatan berkala pada modul dan kabel dapat mencegah kerusakan lebih lanjut. Adapun beberapa alat instrumentasi untuk membantu dalam pengukuran kelembapan sekitar panel surya.
HIOKI Humidity Logger LR5001 + Sensor Humidity
HIOKI Wireless Humidity Logger LR8514 + Sensor Temperature
4. Partikel atau Polusi Udara
Keberadaan partikel seperti debu, kotoran, dedaunan, atau bahkan kotoran burung yang menempel pada permukaan panel surya dapat menjadi penghalang utama dalam proses penyerapan sinar matahari. Partikel-partikel ini menciptakan lapisan yang mengurangi jumlah cahaya yang mencapai sel surya, sehingga menurunkan daya listrik yang dihasilkan. Bahkan akumulasi debu tipis sekalipun dapat berdampak signifikan pada efisiensi konversi energi, terutama jika dibiarkan tanpa perawatan dalam jangka waktu lama.
Polusi udara, termasuk asap dan debu dari aktivitas industri atau kendaraan, juga berkontribusi pada penurunan kinerja panel surya. Partikel halus ini dapat menempel di permukaan modul, menyebabkan efek serupa dengan kotoran fisik. Dalam beberapa kasus, polusi udara juga dapat menyerap atau menyebarkan sinar matahari sebelum mencapai panel, yang lebih lanjut mengurangi intensitas radiasi matahari yang diterima.
Untuk meminimalkan dampak partikel dan polusi udara, diperlukan perawatan rutin berupa pembersihan panel secara berkala. Selain itu, penggunaan sistem pembersih otomatis dapat membantu menjaga permukaan panel tetap bersih dan bebas dari hambatan. Dengan memastikan panel surya berada dalam kondisi optimal, efisiensi sistem dapat dipertahankan, bahkan di lingkungan dengan tingkat polusi udara yang tinggi.
5. Angin dan Cuaca Ekstrem
Angin dan cuaca ekstrem menjadi faktor lingkungan yang sangat memengaruhi keandalan dan umur panjang panel surya. Angin kencang, misalnya, dapat mengganggu struktur pemasangan panel, terutama jika tidak dirancang dengan kekuatan dan stabilitas yang memadai. Dalam kasus ekstrem, angin yang sangat kuat dapat merusak atau bahkan mencabut panel dari penyangganya, menimbulkan kerugian yang signifikan.
Selain angin, fenomena cuaca seperti hujan es dan badai juga menimbulkan ancaman besar bagi panel surya. Permukaan panel yang terkena hujan es berukuran besar dapat retak atau pecah, tidak hanya mengurangi efisiensi tetapi juga dapat menyebabkan kerusakan permanen pada modul. Namun, tidak semua cuaca membawa dampak negatif. Hujan ringan, misalnya, justru dapat membantu membersihkan debu atau kotoran yang menempel pada panel sehingga meningkatkan efisiensi kinerjanya.
Untuk menghadapi tantangan ini, instalasi panel surya harus dirancang dengan mempertimbangkan kekuatan struktur terhadap angin dan perlindungan dari cuaca ekstrem. Penggunaan material berkualitas tinggi untuk rangka pemasangan, seperti baja galvanis atau aluminium yang tahan korosi, serta pelindung panel seperti kaca tempered yang tahan benturan, dapat meningkatkan daya tahan terhadap kondisi cuaca yang berat. Dengan perencanaan yang tepat, sistem panel surya dapat bertahan dan berfungsi secara optimal, bahkan dalam menghadapi cuaca yang tidak menentu.
6. Bayangan (Shading)
Bayangan dari bangunan, pohon, atau objek lain dapat menjadi hambatan signifikan dalam kinerja panel surya. Ketika sebagian atau seluruh permukaan panel tertutupi bayangan, sinar matahari tidak dapat sepenuhnya mencapai sel fotovoltaik, sehingga efisiensi konversi energi menurun drastis. Masalah ini menjadi lebih kompleks karena bayangan tidak hanya mengurangi produksi energi, tetapi juga berisiko merusak modul panel secara fisik.
Ketika panel surya terkena bayangan sebagian, fenomena yang dikenal sebagai hot spot dapat terjadi. Sel-sel yang tertutup bayangan menghasilkan pelepasan panas yang lebih tinggi, menyebabkan peningkatan suhu lokal pada area tersebut. Hot spot ini tidak hanya mengurangi efisiensi panel tetapi juga berpotensi mempercepat kerusakan modul fotovoltaik, mempersingkat umur pakainya.
Selain itu, bayangan juga dapat berdampak pada rangkaian listrik di dalam sistem PLTS. Dalam konfigurasi seri, satu sel yang tertutup bayangan dapat memengaruhi kinerja seluruh rangkaian, membuat produksi energi menjadi jauh lebih rendah dari kapasitas optimalnya. Untuk mengatasi tantangan ini, penting untuk melakukan analisis lokasi secara mendalam sebelum instalasi panel surya, memastikan bahwa posisi panel tidak terkena bayangan sepanjang hari.
7. Arah dan Kemiringan Panel
Panel yang tidak diarahkan secara optimal ke arah matahari atau memiliki sudut kemiringan yang kurang tepat akan menghasilkan daya yang lebih rendah. Arah dan sudut ini perlu disesuaikan dengan lintang geografis lokasi pemasangan.
Orientasi dari rangkaian sel surya (larik) ke arah matahari secara optimum adalah penting agar panel/deretan sel surya dapat menghasilkan energi maksimum. Selain arah orientasi, sudut orientasi (tilt angle) dari panel/deretan sel surya juga sangat mempengaruhi hasil energi maksimum.
Sebagai guideline, untuk lokasi yang terletak di belahan Utara latitude, maka panel atau deretan sel surya sebaiknya diorientasikan ke Selatan. Orientasi ke Timur Barat walaupun juga dapat menghasilkan sejumlah energi dari panel-panel atau deretan sel surya, tetapi tidak akan mendapatkan energi matahari optimum. Begitupun untuk lokasi yang terletak di belahan Selatan latitude, maka panel atau deretan sel surya diorentasikan ke Utara.
Ingin memastikan instalasi panel surya Anda bekerja dengan optimal? Hubungi kami sekarang juga untuk mendapatkan solusi instrumentasi terbaik dari Hioki. Radius Electric, sebagai distributor resmi Hioki, siap membantu Anda dengan alat ukur berkualitas tinggi. Klik tombol WhatsApp di pojok kanan bawah untuk berkonsultasi langsung dengan tim kami.
Author: Muhammad Masrizkar
Sumber:
- Asy’ari, H., Jatmiko, & Angga. (2012). Intensitas Cahaya Matahari Terhadap Daya Keluaran Panel Sel Surya. Simposium Nasional RAPI XI FT UMS, 52–57.
- Bagus Ramadhani (2018). Do’s & Don’ts Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Jakarta: Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH Energising Development (EnDev) Indonesia.
- Raza, Muhammad Qamar & Nadarajah, Mithulananthan & Ekanayake, C.. (2016). On recent advances in PV output power forecast. Solar Energy. 136. 10.1016/j.solener.2016.06.073.
- Razak, Amelia & Yusoff, Mohd & Wai Zhe, Leow & Irwanto, Muhammad & Ibrahim, Safwati & Zhafarina, M.. (2016). Investigation of the Effect Temperature on Photovoltaic (PV) Panel Output Performance. International Journal on Advanced Science, Engineering and Information Technology. 6. 682. 10.18517/ijaseit.6.5.938.
