Pyranometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur tingkat penyinaran/iradiasi matahari. Perangkat ini memiliki sensor yang mengukur kerapatan fluks elektromagnetik radiasi matahari pada bidang datar. Parameter kerapatan fluks elektromagnetik diubah menjadi parameter listrik dalam watt per meter persegi. Pyranometer digunakan dalam perangkat stasiun cuaca untuk menganalisis dan memprediksi kondisi cuaca. Sistem pembangkit listrik tenaga surya biasanya juga dipasang dengan perangkat ini. Hal ini dimaksudkan untuk memantau kondisi penyinaran matahari untuk menguji kinerja sistem pembangkit. Artikel ini membahas tentang metode karakterisasi pyranometer berbasis fotovoltaik. Metode karakterisasi dilakukan untuk menentukan parameter pengukuran seperti akurasi, presisi, dan histeresis. Mengetahui parameter tersebut akan memungkinkan untuk melihat kinerja pengukuran tingkat iradiasi matahari dengan alat ukur untuk tingkat iradiasi matahari, seperti pyranometer. Metode karakterisasi adalah membandingkan hasil pengukuran dengan instrumen standar. Pemantauan tingkat radiasi matahari juga optimal, akurat, dan presisi dengan metode pengukuran yang andal.
Metode Analisa
Penelitian karakterisasi pyranometer untuk mengukur tingkat penyinaran/iradiasi matahari dilakukan dalam beberapa tahap. Tahap pertama adalah identifikasi masalah, dimana masalah sistem instrumentasi yang cocok untuk pyranometer. Sistem instrumentasi ini digunakan agar sinyal listrik keluaran pyranometer dapat diukur dan diproses oleh pyranometer. Identifikasi tersebut mencakup penentuan sirkuit antarmuka sensor yang sesuai.
Setelah itu dilakukan tahap observasi eksperimental, dimulai dari set eksperimen hingga metode pengumpulan data. Metode pengumpulan datanya adalah dengan membandingkan pembacaan sensor dengan solar power meter (SPM) yang dilakukan dengan kenaikan dan penurunan juga dilakukan sebanyak 5 kali. Semua data yang terkumpul kemudian diolah dan dianalisis untuk menampilkan nilai karakter dari sensor pyranometer, seperti; nilai regresi, akurasi, presisi, kesalahan linieritas, dan kesalahan histeresis.
Implementasi dan Hasil
Penerapan metode di atas menunjukkan hasil yang baik dari pyranometer SP-Lite 3 dengan rangkaian antarmuka menggunakan modul op-amp AD620. Modul AD620 diatur untuk menaikkan tegangan pasif dari pyranometer menjadi 0 – 3,58 V. Dengan rentang tegangan ini, data dapat dibaca dan diproses pada program Arduino. Tak cukup sampai di situ, sistem instrumentasi juga ditambah dengan modul ADC eksternal untuk meningkatkan resolusi pembacaan tegangan menjadi 16-bit. Sedangkan hasil karakterisasi pyranometer SEM228 juga menunjukkan hasil yang baik, hanya saja akurasi dan presisinya masih di bawah SP-Lite 3. Pyranometer SEM228 dilengkapi dengan rangkaian antarmuka pengontrol Modbus. Modbus ini mengubah sinyal arus 4-20 mA menjadi sinyal tegangan 0 – 5V. Dengan pengaturan gain dan zero point, sistem instrumentasi untuk SEM228 ini dapat mengeluarkan tegangan sebesar 0,02 – 3,67 V.
Pyranometer fotovoltaik memiliki cara kerja yang sama seperti sel fotovoltaik. Perangkat sensor jenis ini dapat mengubah energi penyinaran matahari menjadi energi listrik. Pyranometer ini bekerja dengan menangkap sinar matahari dengan sudut tegak lurus terhadap probe. Pyranometer Kipp dan Zonen SP-Lite 2 memiliki rentang spektral 400 – 1100 nm dengan rentang pengukuran penyinaran hingga 2000 W/m². sedangkan pyranometer Sentec SEM228 memiliki rentang spektral 0,3 – 3 m dengan rentang pengukuran hingga 1800 W/m². Hasil pengujian beberapa parameter karakteristik sistem instrumentasi pada kedua pyranometer menunjukkan bahwa sistem instrumentasi SP-Lite 3 memiliki tingkat akurasi dan presisi yang lebih tinggi dibandingkan dengan sistem instrumentasi SEM228. Hal ini dikarenakan sistem instrumentasi SP-Lite 3 memiliki linieritas yang lebih baik. Di sisi lain, sistem instrumentasi SP-Lite 3 tidak memiliki efek histeresis yang lebih menonjol daripada SEM228. Hal ini dapat disebabkan karena SP-Lite 3 memiliki response time yang cepat, yaitu kurang dari 500 ns. Penggunaan rangkaian antarmuka antara pyranometer dan mikrokontroler sangat berguna untuk mengolah atau mengubah sinyal listrik sehingga dapat diproses oleh papan mikrokontroler, seperti Arduino. Selain itu, penggunaan ADC eksternal juga berguna untuk meningkatkan resolusi pengukuran sehingga diperoleh tingkat akurasi dan presisi sistem instrumentasi yang lebih tinggi.
Penulis: Prisma Megantoro, ST. MEng.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://beei.org/index.php/EEI/article/view/4390 atau https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85139158906&origin=resultslist&sort=plf-f
[1] P. Megantoro et al., “Analysis of instrumentation system for photovoltaic pyranometer used to measure solar irradiation level,” vol. 11, no. 6, pp. 3239–3248, 2022, doi: 10.11591/eei.v11i6.4390.