MODEL PREDIKSI RADIASI MATAHARI WILAYAH INDONESIA DENGAN MENGGUNAKAN MODEL ANFIS DAN APLIKASINYA
TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung
Oleh
YUSUF SURYO UTOMO NIM : 22406001 Program Studi Sains Kebumian
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009
MODEL PREDIKSI RADIASI MATAHARI WILAYAH INDONESIA DENGAN MENGGUNAKAN MODEL ANFIS DAN APLIKASINYA
Oleh YUSUF SURYO UTOMO NIM : 22406001
Program Studi Sains Kebumian Institut Teknologi Bandung
Menyetujui
Tanggal 3 Maret 2009
Pembimbing I
Pembimbing II
Prof. Dr. Bayong Tjasyono H.K., DEA
Prof. The Houw Liong, Ph.D
ABSTRAK MODEL PREDIKSI RADIASI MATAHARI WILAYAH INDONESIA DENGAN MENGGUNAKAN MODEL ANFIS DAN APLIKASINYA Oleh
Yusuf Suryo Utomo NIM : 22406001 Analisis korelasi menunjukkan bahwa terdapat korelasi yang kuat antara konstanta matahari dengan aktivitas matahari dan fluks sinar kosmik. Terdapat korelasi yang lebih tinggi (tetapi dengan tanda yang berlawanan) antara variasi konstanta matahari dan variasi bilangan sunspot daripada variasi konstanta matahari dan variasi fluks sinar kosmik. Terjadi korelasi positif antara konstanta matahari dan bilangan sunspot, dengan koefisien korelasi 0,89 dan 0,96 masing-masing untuk data bulanan dan tahunan. Sebaliknya terjadi korelasi negatif antara konstanta matahari dan fluks sinar kosmik, yaitu –0,65 (bulanan) dan –0,69 (tahunan). Korelasi negatif terjadi pula antara aktivitas matahari dan fluks sinar kosmik, yaitu –0,73 (bulanan) dan –0,77 (tahunan). Saat aktivitas matahari mengalami penurunan hingga kondisi minima terjadi peningkatan liputan awan akibat meningkatnya ion-ion sekunder yang dihasilkan oleh sinar kosmik. Meningkatnya liputan awan tersebut mengakibatkan menurunnya nilai konstanta matahari dan jumlah radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi. Prediksi radiasi matahari bulanan dilakukan pada 14 lokasi di Indonesia dengan menggunakan model Adaptive Neuro-Fuzzy Inferrence System (ANFIS). Data pengukuran lama penyinaran matahari dan radiasi matahari bulanan periode tahun 1994 - 2003 digunakan sebagai input data. Secara umum, prediksi dengan model ANFIS memberikan hasil prediksi yang cukup baik dengan nilai rata-rata Root Mean Square Error (RMSE) relatif rendah. Panjang waktu prediksi bervariasi antara 3 hingga 9 bulan bergantung pada karakteristik dan panjang data dengan kesalahan hasil prediksi kurang dari 10%. Hasil prediksi kemudian divalidasi mengunakan data lapangan dan data satelit dari situs NASA SSE dengan kesalahan hasil validasi kurang dari 10%. Selanjutnya untuk tujuan aplikasi, keluaran ANFIS digunakan dalam perancangan sistem pemompaan air dengan photovoltaic (PV) menggunakan metode Lost of Energy Probability (LOEP). Metode tersebut dapat menghitung ukuran sistem berupa luas dan jumlah modul PV serta kapasitas baterai yang diperlukan oleh sistem. Ditemukan 4 lokasi yang cocok untuk sistem tersebut yaitu, Makassar, Pontianak, Padang dan Bengkulu karena komponen radiasi langsungnya lebih tinggi daripada komponen radiasi baur. Kata kunci : bilangan sunspot, ANFIS, lama penyinaran matahari, radiasi matahari, sinar kosmik, LOEP.
i
ABSTRACT SOLAR RADIATION PREDICTION MODEL FOR INDONESIA REGION USING ANFIS MODEL AND ITS APPLICATION Yusuf Suryo Utomo NIM : 22406001
Correlation analysis shows a strong correlation between solar activity and cosmic ray flux and solar constant. A higher correlations (but with opposite sign) are found between solar constant variations and sunspot number variations than between variations in cosmic ray flux and solar constant. It was found a positive correlation between solar constant and sunspot number, with correlation coefficient about 0.89 and 0.96 for monthly and yearly data, respectively. In other hand, a negative correlation between solar constant and cosmic ray flux, i.e. –0.65 and –0.69. It was found a negative correlation also between solar activity and cosmic rays flux, i.e. –0.73 (monthly) and –0.77 (yearly). When solar activities decrease until minima condition, the cloud cover rate increase due to secondary ions produced by cosmic rays. The increasing of the cloud cover rate cause the decreasing of solar constant value and solar radiation on the earth surface. Monthly solar radiation prediction for 14 locations in Indonesian region using Adaptive Neuro-Fuzzy Inferrence System (ANFIS) model has been done. Sunshine duration and solar radiation measurement of period 1994 – 2003 are used as input data. Generally, prediction using ANFIS method give a good result with low Root Mean Square Error (RMSE) relatively. Prediction time-length varies of 3 to 9 months with error prediction less than 10%, depends on characteristic and data length. In addition, prediction result has been validated using ground data and satelite data from NASA SSE website with error validation less than 10%. In addition, the ANFIS outputs were used for designing a solar water pumping system by using Lost of Energy Probability (LOEP) method for application purpose. Using this method size of the system, i.e. area and number of PV module and battery capacity can be calculated. It was found 4 match locations for this system, i.e. Makassar, Pontianak, Padang and Bengkulu because of their higher dirrect radiation than diffuse radiation component. Keywords: sunspot number, ANFIS, sunshine duration, solar radiation, cosmic ray, LOEP.
ii
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS
Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.
Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
Tesis ini dapat dikutip sebagai :
Utomo, Y.S., 2009, Model Prediksi Radiasi Matahari Wilayah Indonesia dengan menggunakan Model ANFIS dan Aplikasinya, Tesis Magister, Program Studi Sains Kebumian, Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian, Institut Teknologi Bandung.
iii
Puji syukur kepada-Mu ya Allah Atas ijin dan perkenan-Mu, segala sesuatu dapat terjadi
Kupersembahkan kepada : Yang tersayang Dik Rus, Adhie dan Silvina Bapak & Ibuku Karsono & Padmotiyoso Bangsa dan Almamaterku And to whom it may concern
iv
KATA PENGANTAR
Penulis panjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan ijinNya sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan tahap Magister ini. Tesis ini disusun dalam rangka memenuhi salah satu syarat kelulusan memperoleh gelar Magister Sains Bidang Khusus Sains Atmosfer pada Program Studi Sains Kebumian, Sekolah Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. Ide awal dan pembahasan dalam tesis ini merupakan akumulasi dari seluruh proses kegiatan perkuliahan di bangku kuliah dan didukung oleh akumulasi keterlibatan penulis dalam kegiatan penelitian. Data yang digunakan dalam tesis ini sebagian besar merupakan data lapangan hasil akuisisi para peneliti pada Pusat Penelitian Fisika LIPI, Bandung. Harapan penulis, semoga tulisan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan khususnya bidang radiasi matahari (solar radiation). Dalam menyelesaikan tesis ini penulis mendapat bantuan, masukan dan saran dari berbagai pihak, untuk itu penulis menyampaikan ucapan terima kasih secara khusus dan penghargaan yang tinggi kepada: 1. Prof. Dr. Bayong Tjasyono Hanggoro Kasih, DEA selaku Dosen Wali, pembimbing I sekaligus Dosen Penguji dan Prof. The Houw Liong, Ph.D selaku pembimbing II dan Dosen Penguji, atas segala saran, bimbingan dan nasehatnya dalam penulisan tesis ini. 2. Seluruh Staf Pengajar S2 Program Studi Sains Kebumian FITB atas bimbingan selama kuliah, juga kepada seluruh karyawan Program Magister dan Doktor Sains Kebumian FITB yang senantiasa memberikan pelayanan administrasi yang sangat baik kepada penulis. 3. Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia yang telah memberikan kesempatan dan dukungan finasial selama menempuh pendidikan S2 melalui Program beasiswa pendidikan pascasarjana dalam negeri. 4. Kepala Pusat Penelitian Fisika, Kepala Bidang Fisika Industri dan Lingkungan atas dukungan fasilitas penelitian dan seluruh karyawan PPF LIPI atas kerjasama yang baik dan dukungan moralnya. 5. Pak Has atas saran dan diskusi yang sangat bermanfaat.
v
6. Rekan-rekan S2 Sains Kebumian khususnya Angkatan 2006 atas bantuan moril dan diskusi-diskusinya selama menempuh pendidikan S2. 7. Dik Rus, Adhie, Silvina, Bapak Karsono dan Ibu Padmo atas segala jerih payah, pengorbanan, kesabaran, dan ketulusannya serta membuat segalanya menjadi mungkin.
Penulis berharap tesis ini dapat memberi manfaat dan dapat dijadikan sebagai bahan masukan bagi siapa saja yang membacanya.
Bandung, 2 Maret 2009.
Penulis
vi
DAFTAR ISI ABSTRAK ..................................................................................................................... i ABSTRACT .................................................................................................................. ii PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS ......................................................................... iii KATA PENGANTAR .................................................................................................. v DAFTAR ISI ............................................................................................................... vii DAFTAR LAMPIRAN................................................................................................ ix DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI .................................................................. xvi DAFTAR TABEL .................................................................................................... xviii DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG ............................................................ xix Bab I
Pendahuluan .................................................................................................... 1
I.1
Latar Belakang ........................................................................................... 1
I.2
Maksud dan Tujuan Penelitian................................................................... 4
I.3
Ruang Lingkup dan Batasan Masalah........................................................ 5
I.4
Hipotesis ..................................................................................................... 5
I.5
Sistematika Pembahasan ............................................................................ 6
Bab II
Tinjauan Pustaka ............................................................................................ 7
II.1
Aktivitas Matahari...................................................................................... 7
II.2
Konstanta Matahari .................................................................................... 8
II.3
Sinar Kosmik............................................................................................ 14
II.4
Korelasi Konstanta Matahari, Aktivitas Matahari dan Sinar Kosmik...... 15
II.5
Radiasi Matahari ...................................................................................... 16
II.6
Model Estimasi Radiasi Matahari ............................................................ 21
II.7
Photovoltaic (PV) sebagai Sumber Energi .............................................. 29
Bab III
Data dan Metodologi .................................................................................. 32
III.1 Data .......................................................................................................... 32 III.2 Metodologi ............................................................................................... 35 Bab IV
Hasil dan Analisis ....................................................................................... 48
IV.1 Analisis Variabilitas ................................................................................. 48 IV.2 Analisis Korelasi ...................................................................................... 49 IV.3 Hasil Pemodelan Radiasi Matahari dengan ANFIS ................................. 61
vii
IV.4 Hasil Prediksi Radiasi Matahari di Wilayah Indonesia............................ 63 IV.5 Aplikasi Hasil Pemodelan Radiasi Matahari............................................ 68 IV.6 Analisis Potensi Energi Matahari ............................................................. 70 Bab V
Kesimpulan dan Saran ................................................................................. 73
V.1
Kesimpulan .............................................................................................. 73
V.2
Saran......................................................................................................... 74
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 75
viii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Data LPM (Lama Penyinaran Matahari) dan radiasi matahari bulanan…………………………………………………………. A-1 A.1. Data lama penyinaran matahari bulanan (kiri) dan radiasi matahari bulanan (kanan) Stasiun Sampali-Medan tahun 1999 – 2002…………………………………….………... A-2 A.2. Data lama penyinaran matahari bulanan (kiri) dan radiasi matahari bulanan (kanan) Stasiun Sicincin – Padang Pariaman tahun 1991 – 1998…………………………….. A-2 A.3. Data lama penyinaran matahari bulanan (kiri) dan radiasi matahari bulanan (kanan) Stasiun Kenten – Palembang tahun 1995 – 1999………………..……………………… A-2 A.4. Data lama penyinaran matahari bulanan (kiri) dan radiasi matahari bulanan (kanan) Stasiun Pulau Baai-Bengkulu tahun 1994 – 2002……………………………………….. A-2 A.5. Data lama penyinaran matahari bulanan (kiri) dan radiasi matahari bulanan (kanan) Stasiun Darmaga – Bogor tahun 1993 – 2002………………………………..……… A-3 A.6. Data lama penyinaran matahari bulanan (kiri) dan radiasi matahari bulanan (kanan) Bandung tahun 1994 – 2002…..A-3 A.7. Data lama penyinaran matahari bulanan (kiri) dan radiasi matahari bulanan (kanan) Stasiun Siliwangi – Semarang tahun 1994 – 2002……………………………………….. A-3 A.8. Data lama penyinaran matahari bulanan (kiri) dan radiasi matahari bulanan (kanan) Stasiun Karangploso – Malang tahun 1994 – 2002……………………………………….. A-3 A.9. Data lama penyinaran matahari bulanan (kiri) dan radiasi matahari bulanan (kanan) Stasiun Banjarbaru tahun 1995 – 2002……………………………………………… A-4 A.10. Data lama penyinaran matahari bulanan (kiri) dan radiasi matahari bulanan (kanan) Stasiun Siantan – Pontianak tahun 1992 – 2001……………………………………….. A-4 A.11. Data lama penyinaran matahari bulanan (kiri) dan radiasi matahari bulanan (kanan) Stasiun Kayuwatu – Manado tahun 1994 –1999…………………………………..……. A-4 A.12. Data lama penyinaran matahari bulanan (kiri) dan radiasi matahari bulanan (kanan) Stasiun Panakkukang-Makassar tahun 1994 – 1997……………………………………….. A-4 A.13. Data lama penyinaran matahari bulanan (kiri) dan radiasi matahari bulanan (kanan) Stasiun Selaparang – Mataram tahun 2001 – 2003……………………………………….. A-5 A.14. Data lama penyinaran matahari bulanan (kiri) dan radiasi matahari bulanan (kanan) Stasiun Lasiana – Kupang tahun 1994 – 2000……………………………..…..…….. A-5
ix
Lampiran B Grafik pembelajaran, hasil cek data dan prediksi radiasi matahari bulanan dengan MODEL ANFIS beserta validasinya…….……..B-1 B.1.a. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Sampali-Medan tahun 1999-2002……………..………………………........B-2 B.1.b. Hasil cek data radiasi matahari Stasiun Sampali-Medan.....B-2 B.1.c. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Sampali-Medan tahun 1999-2002 dan prediksi 9 bulan ke depan (atas), serta error/kesalahannya (bawah)……………………..……...…B-3 B.1.d. Hasil prediksi 9 bulan ke depan radiasi matahari SampaliMedan (atas) dan error/kesalahannya (bawah)…………...B-3 B.1.e. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran Stasiun Sampali-Medan (atas) dan error/kesalahannya (bawah)…………………………………………………....B-4 B.1.f. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran satelit (atas) dan error/kesalahannya (bawah)…………….B-4 B.2.a. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Sicincin – Padang Pariaman tahun 1991 – 1998………………………...…....B-5 B.2.b. Hasil cek data radiasi matahari Stasiun Sicincin - Padang Pariaman……………………………………………..…....B-5 B.2.c. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Sicincin – Padang Pariaman tahun 1991 – 1998 dan prediksi 6 bulan ke depan (atas), serta error/kesalahannya (bawah)……………….....B-6 B.2.d. Hasil prediksi 6 bulan ke depan radiasi matahari Sicincin – Padang Pariaman (atas) dan error/kesalahannya (bawah)..B-6 B.2.e. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran Stasiun Sicincin – Padang Pariaman (atas) dan error/ kesalahannya (bawah)……………………………….….....B-7 B.2.f. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran satelit (atas) dan error/kesalahannya (bawah)……………..B-7 B.3.a. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Kenten – Palembang tahun 1991 – 1998………………………….....B-8 B.3.b. Hasil cek data radiasi matahari Stasiun Kenten-Palembang …………………………………………………………..... B-8 B.3.c. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Kenten – Palembang tahun 1991 – 1998 dan prediksi 6 bulan ke depan (atas), serta error/kesalahannya (bawah)………………..... B-9 B.3.d. Hasil prediksi 6 bulan ke depan radiasi matahari Kenten – Palembang (atas) dan error/kesalahannya (bawah)…........ B-9 B.3.e. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran Stasiun Kenten – Palembang (atas) dan error/kesalahannya (bawah)………………………………B-10 B.3.f. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran satelit (atas) dan error/kesalahannya (bawah)……..…...... B-10 B.4.a. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Pulau Baai – Bengkulu tahun 1994 – 2002……………………………. B-11 B.4.b. Hasil cek data radiasi matahari Stasiun Pulau Baai – Bengkulu…………………………………..…………….. B-11
x
B.4.c. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Pulau Baai – Bengkulu tahun 1994 – 2002 dan prediksi 9 bulan ke depan (atas), serta error/kesalahannya (bawah)………………….. B-12 B.4.d. Hasil prediksi 9 bulan ke depan radiasi matahari Pulau Baai – Bengkulu (atas) dan error/kesalahannya (bawah)…..…..... B-12 B.4.e. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran Stasiun Pulau Baai – Bengkulu (atas) dan kesalahannya (bawah)………………………………………….…............ B-13 B.4.f. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran satelit (atas) dan error/kesalahannya (bawah)…….............. B-13 B.5.a. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Darmaga – Bogor tahun 1993 – 2001………………………………….……... B-14 B.5.b. Hasil cek data radiasi matahari Stasiun Darmaga – Bogor.. B-14 B.5.c. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Darmaga – Bogor tahun 1993 – 2001 dan prediksi 7 bulan ke depan (atas), serta error/kesalahannya (bawah)………………………..…….... B-15 B.5.d. Hasil prediksi 7 bulan ke depan radiasi matahari Darmaga – Bogor (atas) dan error/kesalahannya (bawah)…………...... B-15 B.5.e. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran Stasiun Darmaga – Bogor (atas) dan error/kesalahannya (bawah)…………………………………………………….. B-16 B.5.f. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran satelit (atas) dan error/kesalahannya (bawah)…………….... B-16 B.6.a. Data pembelajaran radiasi matahari Bandung tahun 1994-2002………………………………………….............. B-17 B.6.b. Hasil cek data radiasi matahari Bandung………………...... B-17 B.6.c. Data pembelajaran radiasi matahari Bandung tahun 1994-2002 dan prediksi 6 bulan ke depan (atas), serta error/kesalahannya (bawah)…………………………………………………….. B-18 B.6.d. Hasil prediksi 6 bulan ke depan radiasi matahari Bandung (atas) dan error/kesalahannya (bawah)…………………….. B-18 B.6.e. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran Bandung (atas) dan error/kesalahannya (bawah)………….. B-19 B.6.f. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran satelit (atas) dan error/kesalahannya (bawah)……………... B-19 B.7.a. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Siliwangi – Semarang tahun 1994 – 2000…………………………….... B-20 B.7.b. Hasil cek data radiasi matahari Stasiun Siliwangi – Semarang……………………………………………........... B-20 B.7.c. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Siliwangi – Semarang tahun 1994 – 2000 dan prediksi 4 bulan ke depan (atas), serta error/kesalahannya (bawah)…………..………. B-21 B.7.d. Hasil prediksi 4 bulan ke depan radiasi matahari Siliwangi – Semarang (atas) dan error/kesalahannya (bawah)…............ B-21 B.7.e. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran Stasiun Siliwangi – Semarang (atas) dan kesalahannya (bawah)…………………………………………..……….... B-22
xi
B.7.f. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran satelit (atas) dan error/kesalahannya (bawah)……..………. B-22 B.8.a. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Karangploso – Malang tahun 1994 – 2002……………………………...… B-23 B.8.b. Hasil cek data radiasi matahari Stasiun KarangplosoMalang…………………………………………………..… B-23 B.8.c. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Karangploso – Malang tahun 1994 – 2002 dan prediksi 6 bulan ke depan (atas), serta error/kesalahannya (bawah)…………..………. B-24 B.8.d. Hasil prediksi 6 bulan ke depan radiasi matahari Karangploso – Malang (atas) dan error/kesalahannya (bawah)…………... B-24 B.8.e. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran Stasiun Karangploso – Malang (atas) dan kesalahannya (bawah)……………………………………………...…….. B-25 B.8.f. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran satelit (atas) dan error/kesalahannya (bawah)……………... B-25 B.9.a. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Banjarbaru tahun 1995 – 2002…………………………………………........... B-26 B.9.b. Hasil cek data radiasi matahari Banjarbaru………...…….... B-26 B.9.c. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Banjarbaru tahun 1995 – 2002 dan prediksi 4 bulan ke depan (atas), serta error/kesalahannya (bawah)………………..……….... B-27 B.9.d. Hasil prediksi 4 bulan ke depan radiasi matahari Banjarbaru (atas) dan error/kesalahannya (bawah)…………………….. B-27 B.9.e. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran Stasiun Banjarbaru (atas) dan error/kesalahannya (bawah).. B-28 B.9.f. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran satelit (atas) dan error/kesalahannya (bawah)………........... B-28 B.10.a. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Siantan – Pontianak tahun 1992 – 2001…………………………..... B-29 B.10.b. Hasil cek data radiasi matahari Stasiun Siantan – Pontianak………………………………………………… B-29 B.10.c. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Siantan – Pontianak tahun 1992 – 2001 dan prediksi 6 bulan ke depan (atas), serta error/kesalahannya (bawah)………….. B-30 B.10.d. Hasil prediksi 6 bulan ke depan radiasi matahari Pontianak (atas) dan error/kesalahannya (bawah)……….. B-30 B.10.e. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran Stasiun Siantan - Pontianak (atas) dan error/kesalahannya (bawah)……….……………….......................................... B-31 B.10.f. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran satelit (atas) dan error/kesalahannya (bawah)................… B-31 B.11.a. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Kayuwatu – Manado tahun 1994 – 2000……………………………… B-32 B.11.b. Hasil cek data radiasi matahari Stasiun KayuwatuManado………………………………………………...… B-32
xii
B.11.c. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Kayuwatu – Manado tahun 1994 – 2000 dan prediksi 9 bulan ke depan (atas), serta error/kesalahannya (bawah)…………………. B-33 B.11.d. Hasil prediksi 9 bulan ke depan radiasi matahari Kayuwatu – Manado (atas) dan error/kesalahannya (bawah)………..... B-33 B.11.e. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran Stasiun Kayuwatu-Manado (atas) dan error/kesalahannya (bawah)………………………............................................ B-34 B.11.f. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran satelit (atas) dan error/kesalahannya (bawah)……….…… B-34 B.12.a. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Panakkukang – Makassar tahun 1991 – 1997……………………………... B-35 B.12.b. Hasil cek data radiasi matahari Stasiun Panakkukang – Makassar………………………………………………..… B-35 B.12.c. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Panakkukang – Makassar tahun 1991 – 1997 dan prediksi 7 bulan ke depan (atas), serta error/kesalahannya (bawah)………….……… B-36 B.12.d. Hasil prediksi 7 bulan ke depan radiasi matahari Panakkukang – Makassar (atas) dan error/kesalahannya (bawah)………... B-36 B.12.e. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran Stasiun Panakkukang-Makassar (atas) dan kesalahannya (bawah)…………………………....…………………….... B-37 B.12.f. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran satelit (atas) dan error/kesalahannya (bawah)…..………… B-37 B.13.a. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Selaparang – Mataram tahun 2001 – 2003………………………............ B-38 B.13.b. Hasil cek data radiasi matahari Stasiun SelaparangMataram…………………………………………………... B-38 B.13.c. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Selaparang – Mataram tahun 2001 – 2003 dan prediksi 8 bulan ke depan (atas), serta error/kesalahannya (bawah)………….…….… B-39 B.13.d. Hasil prediksi 8 bulan ke depan radiasi matahari Selaparang – Mataram (atas) dan error/kesalahannya (bawah)…………. B-39 B.13.e. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran Stasiun Selaparang – Mataram (atas) dan kesalahannya (bawah)................................................................................. B-40 B.13.f. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran satelit (atas) dan kesalahannya (bawah)............................... B-40 B.14.a. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Lasiana – Kupang tahun 1994 – 2001……………………………………….... B-41 B.14.b. Hasil cek data radiasi matahari Stasiun Lasiana – Kupang.. B-41 B.14.c. Data pembelajaran radiasi matahari Stasiun Lasiana-Kupang tahun 1994 – 2001 dan prediksi 3 bulan ke depan (atas), serta error/kesalahannya (bawah)………………..………... B-42 B.14.d. Hasil prediksi 3 bulan ke depan radiasi matahari Lasiana – Kupang (atas) dan error/kesalahannya (bawah)………….. B-42
xiii
B.14.e. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran Stasiun Lasiana – Kupang (atas) dan error/kesalahannya (bawah)……………………………………………………. B-43 B.14.f. Validasi hasil prediksi ANFIS menggunakan data pengukuran satelit (atas) dan error/kesalahannya (bawah)………...…… B-43 Lampiran C Aplikasi model untuk perancangan solar water pumping menggunakan metode LOEP (Lost of Energy Probability)……………………........ C-1 C.1.a Data Input perancangan solar water pumping untuk Sampali-Medan…………………………………………….... C-2 C.1.b Hasil perancangan solar water pumping untuk Sampali-Medan……………………………………..……….. C-2 C.2.a Data Input perancangan solar water pumping untuk Sicincin-Padang………………………………...…………… C-3 C.2.b Hasil perancangan solar water pumping untuk Sicincin-Padang……………………………………..………. C-3 C.3.a Data Input perancangan solar water pumping untuk Kenten-Palembang……………………..…..……..…………. C-4 C.3.b Hasil perancangan solar water pumping untuk KentenPalembang………………………………………..………...... C-4 C.4.a Data Input perancangan solar water pumping untuk Pulau Baai-Bengkulu………………….…………………….. C-5 C.4.b Hasil perancangan solar water pumping untuk Pulau Baai-Bengkulu……………………….…..…………... C-5 C.5.a Data Input perancangan solar water pumping untuk Darmaga-Bogor……………………………………………... C-6 C.5.b Hasil perancangan solar water pumping untuk DarmagaBogor....................................................................................... C-6 C.6.a Data Input perancangan solar water pumping untuk Bandung…………………………………………….............. C-7 C.6.b Hasil perancangan solar water pumping untuk Bandung.................................................................................. C-7 C.7.a Data Input perancangan solar water pumping untuk Semarang…………………………………………................. C-8 C.7.b Hasil perancangan solar water pumping untuk Semarang……………………………………………............. C-8 C.8.a Data Input perancangan solar water pumping untuk Karangploso-Malang…………………………...………....… C-9 C.8.b Hasil perancangan solar water pumping untuk Karangploso-Malang ……………………………..……....… C-9 C.9.a Data Input perancangan solar water pumping untuk Banjarbaru………………………………….……………… C-10 C.9.b Hasil perancangan solar water pumping untuk Banjarbaru…………………………………………..……... C-10 C.10.a Data Input perancangan solar water pumping untuk Siantan-Pontianak…………………………………............. C-11
xiv
C.10.b Hasil perancangan solar water pumping untuk Siantan-Pontianak……………………………..………….. C-11 C.11.a Data Input perancangan solar water pumping untuk Kayuwatu-Manado……………………………….….......... C-12 C.11.b Hasil perancangan solar water pumping untuk Kayuwatu-Manado………………………..…………….... C-12 C.12.a Data Input perancangan solar water pumping untuk Makassar……………………………………………........... C-13 C.12.b Hasil perancangan solar water pumping untuk Makassar.............................................................................. C-13 C.13.a Data Input perancangan solar water pumping untuk Mataram……………………………………………..……. C-14 C.13.b Hasil perancangan solar water pumping untuk Mataram.............................................................................. C-14 C.14.a Data Input perancangan solar water pumping untuk Kupang…………………………………………..……...... C-15 C.14.b Hasil perancangan solar water pumping untuk Kupang………………………………………………….... C-15
xv
DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI
Gambar II.1 Skema geometris hubungan matahari-bumi (sumber : Bayong, 2004) ... 9 Gambar II.2 Kurva distribusi spektral irradiasi matahari di luar atmosfer (m = 0) dan radiasi di permukaan laut (m = 1) ), m adalah optical air mass yang menggambarkan jumlah penyerapan radiasi matahari. Penyerapan radiasi matahari di atmosfer didominasi oleh uap air, karbon dioksida dan ozon (sumber : Robinson, 1966) .......................... 17 Gambar II.3 Spektrum gelombang elektromagnet: gelombang pendek (0,15 – 3,0) µm terbagi menjadi 3 kelompok berdasarkan panjang gelombang, yaitu: gelombang ultraviolet (< 0,4 µm), gelombang tampak (0,4 – 0,7) µm dan gelombang inframerah (> 0,7 µm) (sumber : Lutgens dan Tarbuck, 1998) ................................................. 19 Gambar II.4 Sistem inferensi fuzzy model Sugeno orde satu dengan dua input (sumber : Jang, 1997) ............................................................................ 24 Gambar II.5 Skema arsitektur ANFIS Sugeno orde satu dengan dua input (sumber : Jang, 1997) ............................................................................ 26 Gambar II.6 Sistem inferensi fuzzy (sumber : Jang, 1993)........................................ 28 Gambar III.1 Skema diagram alir penelitian………………………….……………...37 Gambar III.2 Skema diagram alir sistem inferensi fuzzy (ANFIS) ............................ 38 Gambar III.3 Arsitektur ANFIS Sugeno dengan 2 input (sumber : Jang, 1997) ....... 39 Gambar III.4 Skema diagram alir proses perancangan Solar Water Pumping menggunakan metode LOEP…………………………….………….... 45 Gambar IV.1 Rata-rata bulanan konstanta matahari dan bilangan sunspot periode tahun 1979 – 2003 ................................................................................. 51 Gambar IV.2 Rata-rata tahunan konstanta matahari dan bilangan sunspot periode tahun 1979 – 2003 ................................................................................. 52 Gambar IV.3 Korelasi data rata-rata tahunan bilangan sunspot dan konstanta matahari periode tahun 1979 – 2003 .................................................... 54 Gambar IV.4 Rata-rata bulanan konstanta matahari dan sinar kosmik periode tahun 1979 – 2003................................................................................. 55
xvi
Gambar IV.5 Rata-rata tahunan konstanta matahari dan sinar kosmik periode tahun1979 – 2003................................................................................ 57 Gambar IV.6 Korelasi data rata-rata tahunan konstanta matahari dan sinar kosmik periode tahun1979 – 2003 ..................................................... 57 Gambar IV.7 Rata-rata bulanan bilangan sunspot dan sinar kosmik periode tahun 1979 – 2003 .............................................................................. 58 Gambar IV.8 Rata-rata tahunan bilangan sunspot dan sinar kosmik periode tahun 1979 – 2003 .............................................................................. 60 Gambar IV.9 Korelasi data rata-rata tahunan bilangan sunspot dan sinar kosmik periode tahun 1979 – 2003 ................................................................. 61 Gambar IV.10 Panjang waktu hasil prediksi radiasi matahari dengan ANFIS ……...66 Gambar IV.11 Jumlah dan luas modul PV yang diperlukan sistem SWP untuk masing-masing lokasi diurutkan berdasarkan kebutuhan modul PV terkecil hingga terbesar………...…………….…...…….………...….70 Gambar IV.12 Evaluasi komponen radiasi baur (diffuse radiation) dan langsung (direct radiation) di 14 lokasi yang ditinjau…………….…….....…...71
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel II.1 Variasi konstanta matahari sepanjang tahun (Hoesin, 1980) .................... 11 Tabel II.2 Variasi konstanta matahari terhadap tempat pengukuran (Robinson, 1966) ......................................................................................................... 11
Tabel II.3 Hasil-hasil pengukuran konstanta matahari setelah diekstrapolasi tahun 1923-1968 (Lake dan Drummond, 1968) ....................................... 12 Tabel II.4 Penentuan konstanta matahari menggunakan Eppley JPL tahun 1966-1968 (Lake dan Drummond, 1968) ………………………………..13 Tabel II.5 Hasil pengukuran konstanta matahari beberapa peneliti terdahulu (Lake dan Drummond, 1968) ................................................................... 13 Tabel II.6 Nilai rata-rata, standar deviasi, nilai maksimum dan nilai minimum konstanta matahari selama 71 hari pengamatan yang bersamaan menggunakan empat satelit berbeda periode 1985 – 1989 (Sumber: Mecherikunnel, 1990) .............................................................. 14 Tabel II.7 Efisiensi sel surya berdasarkan bahan pembentuknya (Gray, 1996) ........ 30 Tabel III.1 Stasiun-stasiun BMKG yang melakukan pengukuran radiasi matahari dan LPM secara simultan ......................................................................... 34 Tabel IV.1 Koefisien keragaman C v dan nilai rata-rata bulanan LPM dan radiasi matahari ................................................................................................... 46 Tabel IV.2 Koefisien korelasi antara konstanta matahari dengan sinar kosmik dan bilangan sunspot ....................................................................................... 48 Tabel IV.3 Rata-rata tahunan konstanta matahari dan bilangan sunspot ................... 53 Tabel IV.4 Hubungan RMSE hasil pembelajaran dan panjang data pembelajaran….……………………………………………..........……..62 Tabel IV.5 Nilai rata-rata RMSE hasil cek data radiasi matahari ………….…….…63 Tabel IV.6 Nilai rata-rata RMSE hasil prediksi dengan ANFIS di 14 lokasi ……....64 Tabel IV.7 Panjang waktu hasil prediksi dengan model ANFIS untuk 14 lokasi…...65 Tabel IV.8 Kesalahan (error) hasil validasi data prediksi ANFIS terhadap data lapangan dan satelit …………………………………….………..…...…67 Tabel IV.9 Hasil perancangan SWP untuk LOEP 10% di 14 lokasi yang ditinjau…69
xviii
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG
SINGKATAN
Kepanjangan dari
Pemakaian pertama kali pada halaman
ACRIM
Active Cavity Radiometer Irradiance Monitor
ANFIS
Adaptive Neuro-Fuzzy Inference Systems
FIS
Fuzzy Inference Systems
28
BBU
Belahan Bumi Utara
20
BBS
Belahan Bumi Selatan
20
BMKG
Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika
2
BT
Bujur Timur
5
CME
Coronal Mass Ejection
8
DOD
Depth of Discharge
44
ERBS
Earth Radiation Budget Satellite
14
IPS
International Pyrheliometric Scale
10
IRC
The International Radiation Commission
10
ISES
International Solar Energy Society Conference
11
GCR
Galactic Cosmic Rays
14
GSFC
Goddard Space Flight Center
12
LOEP
Lost of Energy Probability
41
LHS
Lama Hari Siang
21
LPM
Lama Penyinaran Matahari
5
LS
Lintang Selatan
5
LU
Lintang Utara
5
LWC
Lama Waktu Cerah
MLPN
Multi-Layer Percepton Network
NASA
National Aeronautics and Space Administration
10
NOAA
National Oceanic and Atmospheric Administration
14
PV
Photovoltaic
2
RBFN
Radial Basis Function Network
3
RMSE
Root Mean Square Error
5
14 3
20
xix
3
RNN
Recurrent Neural Network
3
SMM
Solar Maximum Mission
14
Stageof
Stasiun Geofisika
34
Staklim
Stasiun Klimatologi
34
Stamet
Stasiun Meteorologi
34
SWP
Solar Water Pumping
42
UV
Ultraviolet
LAMBANG
Nama
α
Sudut ketinggian matahari
22
δ
Sudut deklinasi
22
φ
Lintang lokasi
22
µ
Fungsi keanggotaan (membership function)
26
ω
Sudut jam matahari
22
Cv
Koefisien keragaman
35
Hg
Intensitas radiasi matahari global
23
Ho
Intensitas radiasi ekstraterrestrial
23
Io
Intensitas radiasi yang dipancarkan sepanjang tahun
22
I sc
Konstanta matahari (solar constant)
22
kT
Rasio intensitas radiasi matahari global terhadap
7
Pemakaian pertama kali pada halaman
radiasi ekstraterrestrial
23
m
Julian day
22
n
Lama Penyinaran Matahari (sunshine duration)
23
N
Panjang hari
23
r
Koefisien korelasi
36
xx
