Analisis Karakteristik PHOTOVOLTAIC Berdasarkan Data Hasil Pengukuran Secara Real Time Menggunakan Arduino Energi Meter

(1)

LAMPIRAN

 Data Hasil Pengukuran Intensitas Cahaya Matahari Menggunakan Pyranometer

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Fachri, Muhammad Rizal, 2015, “Pemantauan Parameter Panel Surya Berbasis Arduino

Secara Real Time”. Jurnal rekayasa elektrika, Vol. 11, hal 123-128.

[2] Narkhede, Sushen, and Rajpritam, “Modeling of photovoltaic Array” Thesis, Orissa: National

Institute of Technology Rourkela.

[3] Sharma Dinesh Kumar, Dr., 2011,“Training Manual For Engineers on solar PV System”

Chapter 3, Chaulagain Narayan Prasad, hal 7-39.

[4] Labouret, Anne, and Villoz Michel, 2010,”Solar Photovoltaic Energy”. London: The

Institution of Engineering and Technology,.

[5]Moller,H. J., 1993,“Semiconductors for Solar Cells”. Norwood, MA: Artech House.

[6] Kniel, Gir,“ How Do Photovoltaics Work?”

[7] 2005,“Planning and Installing Photovoltaic Systems: A Guide for Installer, Architecs dan

Egineers”.2nd. London: Earthscan.

[8] Goswami, D Yogi,2015,“Principles of Solar Engineering” Third Edition. Florida: CRC Press.

[9] S., Satwiko,2012, “Uji Karakteristik Sel Surya Pada Sistem 24 Volt DC Sebagai Catudaya

pada Sistem Pembangkit Tenaga Hybrid”, Jakarta Timur: Universitas Negeri Jakarta.

[10] Rekioua, Djamila, and Ernest Matagne, 2012,“Optimization of Photovoltaic Power Systems

Modelization, Simulation and Control”, London: Springer.

[11] Datasheet Panel surya, 2013, [online]:

(14)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Proses Penelitian

Diagram alir penelitian diperlihatkan pada Gambar 3.1. Pengukuran menggunakan alat

ukur Arduino Energi Meter dan PC sebagai monitor. Pada sistem kerja alat ukur ini terdapat rutin

pembacaan sensor yang berfungsi membaca keadaan lingkungan (keluaran parameter panel

surya). Sementara pembacaan sensor, Arduino akan mengontrol penuh pembacaan sensor

tersebut dan hasil pembacaan sensor akan ditampilkan pada PC yang terintegrasi ke spreadsheet excel.

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

Hubungkan alar ukur ke PC

Masukkan sketch program alat ukur Menampilkan program arduino

Hubungkan kabel alat ukur ke terminal output panel surya

Aktifkan Ms. Excel pada aplikasi PLX-DAQ

Menampilkan data parameter pada excel

Pengumpulan,pengolahan dan analisis data

Selesai mulai

Inisialisasi

program

A

(15)

3.2 Sistem Pengukuran Panel Surya

Sistem pemantauan dan struktur alat diperlihatkan pada Gambar 3.2. Perangkat yang

digunakan pada sistem ini adalah Mikrokontroller berbasis Arduino, sensor arus, sensor

tegangan dan sensor temperatur sebagai feedback antara dunia analog (hubungan yang

manusiawi antara lingkungan yang sifat alaminya) dengan dunia digital, data akuisisi

PLX-DAQ yang terintegrasi ke spreadsheet excel, catu daya dan PC. Kabel konduktor digunakan sebagai penghubung antara kutub output panel dengan port I/O sensor dan kabel serial RS232 sebagai komunikasi antara PC dan Alat ukur Arduino Energi Meter serta sebagai transfer daya

sebesar 5 V dari PC ke Arduino Energi Meter. Program PLX-DAQ digunakan sebagai interface antara mikrokontroler dengan spreadsheet excel untuk membaca sel atau menulis pada excel dengan cepat. Program akuisisi ini dapat membaca parameter eksperimental karakteristik pada arduino dan dapat menghasilkan output yang memadai tanpa mengkompilasi ulang seluruh

kode program

.

Parameter keluaran panel surya, yaitu tegangan, arus dan temperatur, diperoleh dari hasil

pembacaan sensor tegangan, sensor arus dan sensor temperatur. Hasil pembacaan ketiga sensor

ini ditransmisikan ke Arduino untuk mengontrol penuh pembacaan ketiga sensor tersebut

dengan waktu tunda 10 detik tiap pengukuran dan kemudian mentransmisikannya ke sistem data

akuisisi PLX-DAQ. Selama proses pencatatan hasil pembacaan sensor tersebut akan disimpan,

diplot dan dianalisis di spreadsheet excel secara real time.

Gambar 3.2 SistemPemantauanPanel Surya Panel

Surya

Sensor arus

Sensor tegangan

Sensor temperatur

Arduino

(16)

3.3 Peralatan dan Bahan Pengukuran

Untuk melakukan pengujian dibutuhkan peralatan-peralatan yang meliputi:

1. Pyranometer

Digunakan untuk mengukur intensitas radiasi matahari. Satuan alat ukur ini adalah W/m2. Spesifikasi dari pyranometer yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 3.1 [11].

Tabel 3.1 Spesifikasi Pyranometer

Parameter

pengukuran

Intensitas radiasi dengan interval 1

detik

Rentang

pengukuran

0 sampai 1280 W/m2

Temperatur kerja Temperatur : -40 0C sampai 75 0C (-40 0F sampai 167 0F)

Akurasi =10.0 W/m2 atau +/- 5%. Tambahan temperatur error 0.38

W/m2/0C dari 250C (0.21 W/m2/0F dari 77 0F)

Resolusi 1.5 W/m2

Penyimpangan <+/- 2% per tahun

Panjang kabel 3 meter (9.8 kaki)

Berat 120 gram (4.0 ons)

Dimensi Tinggi 41 mm x Diameter 32 mm

(1 5/80 x 1 1/40)

(sumber: HOBO Micro station user’s guide)

2. Panel surya

(17)

Gambar 3.4 dengan masing-masing panel berkapasitas 100 Wp. Dimana kedua panel

surya memiliki spesifikasi yang sama, yang ditunjukkan pada Tabel 3.2 dan Tabel 3.3

[12].

Tabel 3.2 Spesifikasi Panel SuryaPolycrystalline Tipe RPV-100-P10

Kondisi pengujian standar : ST = 1000 W , Temperatur = 250 C, A.M 1,5 Model Panel PUL – 100 – P10

Daya maksimum rata – rata 100 W

Tegangan rangkaian terbuka

(Voc)

22.54 V

Arus hubung singkat (Isc) 5.79 A

Tegangan pada daya

maksimum (Vm)

18.90 V

Arus pada daya maksimum

(Im)

5.33 A

Toleransi output 0 -/+ 3%

Temperatur nominal kerja -40 – 850C

Berat 8.8 KG

(18)

Gambar 3.3 Panel Surya Jenis Polycrystalline Tipe RPV-100-P10

Tabel 3.3 Spesifikasi Panel Surya Monocrystalline Tipe RPV-100-M10 Model Panel PUL – 100 – M10

Daya maksimum rata – rata 100 W

Tegangan rangkaian terbuka

(Voc)

22.54 V

Arus hubung singkat (Isc) 5.79 A

Tegangan pada daya

maksimum (Vm)

18.90 V

Arus pada daya maksimum

(Im)

5.33 A

Toleransi output 0 -/+ 3%

Temperatur nominal kerja -40 – 850C

Berat 8.8 KG

Teknologi sel Mono – Si

(19)

Gambar 3.4 Panel Surya Jenis Monocrystalline RPV-100-M10

3. Arduino Energi Meter

Alat yang digunakan untuk mengukur tegangan rangkaian terbuka (Voc), arus hubung

singkat (Isc) dan temperatur (0C) pada panel surya adalah mikrokontroller berbasis Arduino yang telah dirancang dengan perangkat sensor yang terkalibrasi. Alat ukur

Arduino Energi Meter yang diperlihatkan pada Gambar 3.5 terdiri dari beberapa

komponen yaitu:

A. Arduino uno

B. Sensor tegangan

C. Sensor arus ACS712 5 A

D. Sensor temperatur DS18B20

E. Kabel serialRS232

F. Kabel konduktor

Gambar 3.5 Komponen Arduino Energi Meter

E

D

A _C

(20)

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISIS D9ATA

4.1Kondisi Pengujian Penelitian

Waktu pengujian dimulai dari pukul 10.40 – 15.30 WIB pada tanggal 2 juni 2016.

Pengambilan data intensitas cahaya matahari dilakukan tiap selang waktu 1 menit dengan

menggunakan Software HOBOware Pro, yang mampu menampilkan data dan grafik secara

langsung, di Laboratorium Mesin S2 Universitas Sumatera Utara. Sampel besar intensitas cahaya

matahari saat pengukuran diperlihatkan pada Tabel 4.1 dan data hasil pengukuran radiasi

keseluruhan ditampilkan pada LAMPIRAN. Grafik intensitas cahaya matahari saat pengukuran

diperlihatkan pada Gambar 4.1.

(21)

Gambar 4.1 Grafik Intensitas Cahaya Matahari Saat Pengukuran

Besar intensitas cahaya matahari yang ditampilkan tiap menit dikumpulkan dan diolah

kembali untuk mendapat nilai rata-rata tiap jam. Sampel perhitungan rata-rata intensitas cahaya

matahari diperlihatkan pada Tabel 4.2. Berdasarkan perhitungan itu, maka diperoleh berapa besar

rata-rata intensitas cahaya matahari tiap jam waktu pengujian seperti yang diperlihatkan pada

(22)

Tabel 4.2 SampelPerhitungan Rata-rata Besar Intensitas Cahaya Matahari

waktu (Jam) Solar Radiation, W/m2 Urutan (U)

10:42 531.9 1

Catatan: Persamaan diatas berlaku untuk perhitungan rata-rata radiasi tiap jam waktu pengujian.

Tabel 4.3 Besar Rata-rata Intensitas Cahaya Matahari Tiap Jam

(23)

4.2Pengukuran Tanpa Beban

Dalam bab ini, dilakukan pengukuran langsung tanpa beban pada panel surya dan sistem

pemantauankinerja operasi panel surya pada kondisi nyata. Pengukuran ini bertujuan untuk

menganalisis karakteristik panel surya berdasarkan data hasil pengukuran secara real time

menggunakan Arduino Energi Meter. Lokasi untuk pengukuran dilakukan di lantai 4 Gedung

Departemen Teknik Elektro FT USU. Pengukuran tanpa beban dilakukan pada panel surya jenis

polycrystalline PUL-100-P10 dan monocrystalline PUL-1000-P10. Posisi kedua panel tersebut pada sudut 00 terhadap bidang horizontal lantai. Sistem pengukuran tanpa beban pada panel surya

menggunakan Arduino Energi Meter diperlihatkan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 PengukuranTanpa Beban padaPanel Surya dengan Posisi 00 Terhadap Bidang

Horizontal Lantai Menggunakan Arduino Energi Meter

Karena alat ukur tidak dapat mengukur kedua panel surya secara paralel (secara

bersamaan dalam waktu yang sama) maka pembacaan oleh alat ukur dilakukan dengan waktu

(24)

sebaliknya secara bergantian pada tiap panel selama waktu pengujian. Berdasarkan data hasil

pengukuran, diperoleh sampel hasil pengamatan terhadap parameter keluaran panel surya jenis

polycrystalline yaitu VOC, ISC dan OC dalam waktu 1 menit dengan waktu tunda 10 detik

kemudian dirata-ratakan dalam selang waktu 1 menit seperti yang diperlihatkan pada Tabel 4.4.

Data keseluruhan diolah kembali dan diambil nilai rata-rata pengukuran tiap panel tiap menit

waktu pengujian yang ditampilkan pada LAMPIRAN. Kemudian data itu dirata-ratakan tiap

jam waktu pengujian sehingga data dapat dianalisis tiap jam terhadap besar rata-rata intensitas

cahaya matahari.

Tabel 4.4 Sampel Hasil

Pengamatan Terhadap

Parameter Keluaran Panel

Surya dalam Waktu 1 Menit

dengan Waktu Tunda 10 Detik

Perhitungan untuk mendapatkan besar rata-rata Voc, Isc dan oC tiap 1 menit :

VOC =

19.35+19.35

2 = 19.35 �

ISC =

4.48+4.48+4.48

3 = 4.48 �

Waktu

(Jam) VOC (V) ISC (A) oC

11:09:07 0 4.48 44.88

11:09:18 19.35 0 44.38

11:09:28 0 4.48 43.94

11:09:39 19.35 0 43.25

11:09:50 0 4.48 43.5

(25)

o

C =44.88+44.38+43.94+43.25+43,5

5 = 44.38

o C

Catatan : Untuk pengukuran karakteristik tanpa beban, bahwa saat melakukan pengukuran

tegangan (Voc) maka arus (Isc) dalam keadaan tidak mengalir (=0) dan sebaliknya. Perhitungan

diatas berlaku untuk menentukan besar rata-rata VOC, ISC dan oC tiap panel tiap jam waktu

pengujian.

Berdasarkan hasil pengolahan data, diperoleh nilai rata-rata intensitas cahaya matahari, Isc, Voc

dan 0C dengan panel surya pada posisi 00 terhadap bidang horizontal lantai yang ditampilkan pada

Tabel 4.5.

Tabel 4.5 Nilai Intensitas Cahaya Matahari, Isc,Voc dan Temperatur dengan Panel Surya pada

Posisi 00 terhadap Bidang Horizontal Lantai

Waktu (Jam)

Solar

Radiasi

(w/m2)

Temperatur

( 0C )

Polycrystalline Monocrystalline

Isc (A) Voc (V) Isc (A) Voc (V)

10:00 – 10:59 566.73 44.23 4.91 19.49 3.51 19.94

11:00 – 11:59 592.38 44.91 4.54 19.39 4.41 19.83

12:00 – 12:59 709.93 44.29 5.31 19.16 5.03 19.12

13:00 – 13:59 615.54 46.82 4.5 19.2 4.58 19.62

14:00 – 14:59 294.85 44.69 3.62 19.43 3.71 20.52

15:00 – 15:30 361.89 43.72 3.37 19.72 3.34 20.09

Nilai Voc dan Isc pada Tabel 4.5 akan digunakan untuk perhitungan daya keluaran dan efisiensi

(26)

Untuk menghitung daya yang dibangkitkan panel surya diperlukan nilai Voc dand Isc.

Berdasarkan Tabel 4.5, akan digunakan untuk perhitungan daya keluaran panel surya dengan

menggunakan Persamaan 2.4 yaitu :

Pout = �ocIsc FF

dimana:

Pout : Daya yang dibangkitkan oleh panel surya (Watt)

Voc : Tegangan rangkaian terbuka panel surya (Volt)

Isc : Arus hubung singkat panel surya (Ampere)

FF : Faktor pengisian panel surya

Besar FF (fill factor) dapat dicari menggunakan Persamaan 2.2 :

FF = �� −ln⁡(�� +0.72)

��+1

Akan diperoleh hasil perhitungan nilai FF berdasarkan Tabel 4.5 yaitu:

a. Untuk panel surya jenis polycrystalline

1. FF = �� −ln⁡(�� +0.72)

(27)

1. FF = �� −ln⁡(�� +0.72)

Berdasarkan hasil perhitungan tersebut, diperoleh data nilai FF pada Tabel 4.6.

Tabel 4.6 Hasil Perhitungan FF pada Panel Surya Waktu (Jam)

Polycrystalline Monocrystalline

(28)

Berdasarkan data pada Tabel 4.6 dan Persamaan 2.4, dapat diperoleh nilai daya keluaran

tiap jam untuk panel surya yang diujikan.

a. Untuk panel surya jenis polycrystalline

1. Pout = �ocIsc FF = 19.49 x 4.91 x 0.8043 = 76.97 W

2. Pout = �ocIsc FF = 19.39 x 4.54 x 0.8037 = 70.75 W

3. Pout = �ocIsc FF = 19.16 x 5.31 x 0.801 = 81.49 W

4. P_out = �_ocI_scFF = 19.2 x 4.5 x 0.802 = 69.29 W

5. P_out = �_ocI_scFF = 19.43 x 3.62 x 0.8041 = 56.56 W

6. Pout = �ocIsc FF = 19.72 x 3.37 x 0.806 = 53.56 W

b. Untuk panel surya jenis monocrystalline

1. Pout = �ocIsc FF = 19.94 x 3.51 x 0.8076 = 56.52 W

2. Pout = �ocIsc FF = 19.83 x 4.41 x 0.8069 = 70.56 W

3. Pout = �ocIsc FF = 19.12 x 5.03 x 0.8018 = 77.11 W

4. Pout = �ocIsc FF = 4.58 x 19.62 x 0.8054 = 72.37 W

5. P_out = �_ocI_scFF = 20.52 x 3.71 x 0.812 = 61.82 W

6. Pout = �ocIsc FF = 3.34 x 20.09 x 0.8086 = 54.26 W

11:00 – 11:59 592.38 44.91 4.54 19.39 0.8037 4.41 19.83 0.8068

12:00 – 12:59 709.93 44.29 5.31 19.16 0.801 5.03 19.12 0.8018

13:00 – 13:59 615.54 46.82 4.5 19.2 0.802 4.58 19.62 0.8054

14:00 – 14:59 294.85 44.69 3.62 19.43 0.8041 3.71 20.52 0.812

(29)

Berdasarkan hasil perhitungan daya, pada Tabel 4.7 menunjukkan hasil perhitungan daya

keluaran panel surya.

Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Daya Keluaran Panel Surya

4.4Hasil Perhitungan Efisiensi Panel Surya

Hasil perhitungan daya keluaran panel surya pada Tabel 4.7 akan digunakan untuk

menghitung nilai efisiensi panel surya. Untuk menentukan nilai efisiensi panel surya

menggunakan Persamaan 2.5.

� =��

Polycrystalline monocrystalline

(30)

Pin = J. A

dimana : Pout : Daya yang dibangkitkan panel surya ( W )

Pin : Daya yang diterima panel surya ( W )

J : Intensitas cahaya matahari ( W/m2)

A : Luas penampang panel surya ( m2 )

Dengan luas penampang panel surya jenis polycrystalline ( 0.67 m x 1.06 m = 0.7102 m2 ) dan panel surya jenis monocrystalline ( 0.54 m x 1.21 m = 0.6534 m2), nilai efisiensi panel surya dihitung untuk setiap jam yang diujikan.

a. Untuk panel surya jenis polycrystalline 1. Pin = J. A = 566.73 x 0.7102 = 402.491 W/m2

2. Pin = J. A = 592.73 x 0.7102 = 420.708 W/m2

3. Pin = J. A = 709.93 x 0.7102 = 504.192 W/m2

4. Pin = J. A = 615.54 x 0.7102 = 437.156 W/m2

5. Pin = J. A = 294.85 x 0.7102 = 209.402 W/m2

6. Pin = J. A = 361.89 x 0.7102 = 257.014 W/m2

b. Untuk panel surya jenis monocrystalline 1. Pin = J. A = 566.73 x 0.6534 = 370.301 W/m2

2. Pin = J. A = 592.73 x 0.6534 = 387.061 W/m2

3. Pin = J. A = 709.93 x 0.6534 = 463.868 W/m2

4. Pin = J. A = 615.54 x 0.6534 = 402.193 W/m2

5. Pin = J. A = 294.85 x 0.6534 = 192.654 W/m2

(31)

Berdasarkan data hasil perhitungan daya yang masuk, dapat dicari nilai efisiensi untuk

masing-masing panel surya yang diuji.

a. Untuk jenis panel surya polycrystalline 1. � =�_��

�� ×100% = 76.97

402.491×100%= 19.12%

2. � =��

�� ×100% = 70.75

420.708×100%= 16.81%

3. � =��

�� ×100% = 81.49

504.192×100%= 16.16%

4. � =�_��

�� ×100% = 69.46

437.156×100%= 15.88%

5. � =��

257.014×100%= 20.84%

b. Untuk panel surya jenis monocrystalline 1. � =�_��

Sehingga berdasarkan data hasil perhitungan, diperoleh data hasil perhitungan efisiensi untuk

(32)

Tabel 4.8 a) Hasil Perhitungan Efisiensi Panel Surya Jenis Polycristalline

Tabel 4.8 b) Hasil Perhitungan Efisiensi Panel Surya Jenis Monocrystalline Waktu (Jam)

Solar Radiasi

(w/m2)

Temperatur

( 0C )

Polycrystalline

Isc (A) Voc (V) FF Pout (w) Pin (w) efisiensi (% )

10:00 – 10:59 566.73 44.23 4.91 19.49 0.8043 76.97 402.491 19.12%

11:00 – 11:59 592.38 44.91 4.54 19.39 0.8037 70.75 420.708 16.81%

12:00 – 12:59 709.93 44.29 5.31 19.16 0.801 81.49 504.192 16.16%

13:00 – 13:59 615.54 46.82 4.5 19.2 0.8039 69.46 437.156 15.88%

14:00 – 14:59 294.85 44.69 3.62 19.43 0.80405 56.55 209.402 27%

15:00 – 15:30 361.89 43.72 3.37 19.72 0.806 53.56 257.014 20.84%

Waktu (Jam)

Solar Radiasi

(w/m2)

Temperatur

(0C)

Monocrystalline

Isc (A) Voc (V) FF Pout (w) Pin (w) efisensi (%)

10:00 – 10:59 566.73 44.23 3.51 19.94 0.8076 56.52 370.3 15.26%

11:00 – 11:59 592.38 44.91 4.41 19.83 0.8068 70.55 387.06 18.22%

12:00 – 12:59 709.93 44.29 5.03 19.12 0.8018 77.11 463.868 16.62%

13:00 – 13:59 615.54 46.82 4.58 19.62 0.8054 72.37 402.19 17.99%

14:00 – 14:59 294.85 44.69 3.71 20.52 0.8115 61.78 192.65 32.06%

(33)

0

monocrystalline polycrystalline Solar Radiasi (w/m2) 4.5Analisis Karakteristik Paremeter Keluaran Panel Surya

Dari data hasil pengukuran pada Tabel 4.5 diperoleh nilai VOC dan ISC, dianalisis untuk

mengetahui waktu pengujian dimana tegangan dan arus maksimum yang dihasilkan oleh panel

surya seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Radiasi Terhadap Perubahan Tegangan VOC Panel Surya

Dari Gambar 4.4 terlihat bahwa tegangan yang dihasilkan panel surya jenis

monocrystalline pada jam 14.00-14.59 lebih besar dibandingkan waktu pagi dan sore hari sebesar 20.52 V dengan intensitas radiasi 294.85 W/m2 dan tegangan yang dihasilkan panel surya jenis

polycrystalline pada jam 15.00-15.30 lebih besar dibandingkan waktu pagi dan siang hari sebesar 19.72 V dengan intensitas radiasi 361.89 W/m2. Tetapi pada jam 12.00-12.59 menunjukkan

intensitas radiasi sebesar 709.93 W/m2justru tegangan yang dihasilkan kedua panel surya lebih

kecil. Dari gambar tersebut juga menerangkan bahwa besar intensitas radiasi tidak terlalu

mempengaruhi besar perubahan tegangan yang dihasilkan seperti pada panel surya jenis

(34)

0

monocrystalline polycrystalline Solar Radiasi (w/m2) efek intensitas radiasi seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5 Grafik Pengaruh Radiasi Terhadap Perubahan Arus ISC Panel Surya

Dari Gambar 4.5 dapat dilihat bahwa perubahan arus secara signifikan cenderung mengikuti

perubahan besar intensitas radiasi. Panel surya jenis polycrystalline dan monocrystalline sama-sama menghasilkan besar arus yang lebih besar pada jam 12.00-12.59 dibandingkan waktu pagi

dan sore hari. Dimana besar arusnya 5.31 A dan 5.03 A pada intensitas radiasi 709.93 W/m2.

Dapat dilihat pada jam 12.00 – 14.59 besar arus menurun mengikuti perubahan intensitas.

Besar arus dan tegangan bergantung pada perubahan intensitas radiasi dan perubahan

temperatur (temperatur lingkungan panel surya tidak sama dengan temperatur permukaan panel

surya) seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.6, juga diakibatkan oleh pengaruh kecepatan

angin di sekitar panel surya yang dapat mendinginkan temperatur permukaan panel surya terhadap

perubahan arus. Sehingga besar tegangan dan arus seperti pada Gambar 4.4 dan Gambar 4.5 tidak

(35)

0

Gambar 4.6 Grafik Perubahan Intensitas dan Perubahan Temperatur

Dari Gambar 4.6 diperlihatkan bahwa perubahan temperatur yang berubah-ubah sangat

bergantung pada besar intensitas radiasi dan kondisi cuaca sperti awan yang menutupi matahari

seperti terlihat pada jam 13.00-14.59 mengalami penurunan intensitas radiasi. Besar perubahan

temperatur pada permukaan panel surya tidak selalu sama dengan kondisi perubahan temperatur

pada sekitar panel karena kecepatan angin, yang mampu mendinginkan temperatur permukaan

panel surya, sangat mempengaruhi besar tegangan dan arus yang dihasilkan oleh panel surya.

Pada datasheet panel surya dapat dilihat adanya toleransi output sebesar 0~3%. Hal ini

berarti adanya penurunan output panel surya setiap kenaikan temperatur permukaan panel surya

diatas 25 0C berdasarkan kondisi pengujian standar. Jadi, toleransi terhadap temperatur menjadi

(36)

0

monocrystalline polycrystalline Solar Radiasi (w/m2) 4.6Analisis Daya Keluaran Panel Surya

Berdasarkan hasil perhitungan daya output pada Tabel 4.7, dianalisis untuk mengetahui

waktu pengujian yang dapat menghasilkan daya ouput paling besar pada panel surya jenis

polycrystalline dan jenis monocrystalline pada tiap jam yang diujikan seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.7.

Gambar 4.7 Grafik Perubahan Daya Keluaran Panel Surya

Dari Gambar 4.7 dapat dilihat bahwa kedua panel surya menghasilkan daya keluaran paling

besar pada jam 12.00-12.59 karena radiasi yang dihasilkan pada waktu pengujian itu lebih besar.

Dengan besar radiasi 709.93 W/m2 panel surya jenis polycrystalline menghasilkan daya sebesar 81.49 W dan jenis monocrystalline menghasilkan daya sebesar 77.11 W. Pada jam 10.00-12.59 dapat dilihat bahwa kenaikan besar daya keluaran mengikuti kenaikan intensitas radiasi tetapi

setelah jam 12.59 mengalami perubahan intensitas yang signifikan sehingga daya keluaran panel

(37)

0

monocrystalline polycrystalline Solar Radiasi (w/m2) hari dan sore hari karena sangat dipengaruhi kondisi cuaca yang berubah-ubah.

4.7Analisis Efisiensi Kinerja Panel Surya

Dari Tabel 4.8 diperoleh grafik hasil perhitungan efisiensi seperti pada Gambar 4.8 dan

dianalisis untuk mengetahui waktu pengujian dan efisiensi kinerja kedua jenis panel surya yang

diuji. Dari Gambar 4.8, dapat dilihat efisiensi kinerja kedua jenis panel surya. Bahwa panel surya

Gambar 4.8 Grafik Efisiensi Kinerja Panel Surya

jenis monocrystalline mampu berkerja dengan besar efisiensi sampai 32.07% dan panel surya jenis polycrystalline mampu bekerja dengan besar efisiensi sampai 27.01% dimana keduanya bekerja pada intensitas radiasi yang yang sangat kecil, yaitu 294.85 W/m2, pada jam 14.00-14.59.

Besar efisiensi ini sangat bergantung pada intensitas radiasi, bahan material dan luas panel surya.

Sebagai tambahan, untuk menggambarkan kinerja panel surya juga sangat bergantung pada

(38)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai

berikut :

1. Sistem pengukuran langsung dan secara real time memberikan informasi yang nyata

terhadap karakteristik panel surya.

2. Keakuratan pembacaan parameter panel surya sangat ditentukan oleh keakuratan

pembacaan sensor arus, sensor tegangan dan sensor temperatur.

3. Berdasarkan data hasil pengukuran, panel surya jenis polycrystalline mampu membangkitkan Voc 19.72 V, Isc 5.31 A, Pout 81.49 W dan jenis monocrystalline mampu membangkitkan Voc 20.52 V, Isc 5.03 dan Pout 77.11 W.

4. Panel surya jenis polycrystalline bekerja dengan efisiensi hingga 27% dan panel surya jenismonocrystalline bekerja dengan efisiensi hingga 32.06%.

5.2 Saran

Adapun saran yang diharapkan sebagai pengembangan Tugas Akhir ini adalah :

1. Untuk memaksimalkan daya keluaran panel surya, dapat dilakukan dengan

pengaturan sudut kemiringan panel surya terhadap titik azimuth matahari dan

memanfaatkan penambahan reflektor pada sisi- sisi panel surya.

2. Penelitian dapat dilakukan dengan meneliti kecepatan angin, perubahan temperatur

(39)

BAB II

Tinjauan Pustaka

2.1 Energi Matahari

Energi dari matahari disuplai dalam bentuk radiasi. Energi dihasilkan dalam inti matahari

melalui proses fusi dari atom Hydrogen ke Helium. Jarak yang cukup jauh matahari dari

permukaan bumi menyebabkan hanyalah sebagian kecil saja dari radiasi matahari yang dapat

mencapai permukaan bumi [2]. The World Radiation Center (WRC) sudah mengadopsi nilai

1367(_��₂)sebagai konstanta matahari (solar constant) [3]. Berdasarkan total radiasi matahari yang dipancarkan ke permukaan bumi terhadap lapisan atmosfer diestimasikan sekitar

342

(�

�2)[2]

.

Berbagai komponen radiasi matahari diperlihatkan pada Gambar 2.1 [3].

Gambar 2.1Berbagai Komponen Radiasi Terhadap Permukaan Bumi

2.2 Energi Matahari Mencapai Permukaan Bumi

(40)

radiasi secara tersebar. Intensitas cahaya matahari juga bergantung pada waktu tahunan dan letak

geografis [3]. Distribusi radiasi matahari diperlihatkan pada Gambar 2.2 [2].

Gambar 2.2 Distribusi Radiasi Matahari

Ilustrasi gambar diatas dapat dijelaskan bahwa lapisan atmosfer paling atas menerima

342

(�

�2)

. 77

(

�

�2)direfleksikan

, 67

(

�

�2) dipantulkan ke atmosfer danenergi sebesar

198

(

� �2)

diserap permukaan bumi tetapi

30

(�

�2)direfleksikan kembali. Radiasi matahari yang melewati

atmosfer menyebabkansebagian radiasi diserap dan sebagian radiasi tersebar. Radiasi matahari

yang diterima oleh permukaan bumi dibagi menjadi tiga jenis, yaitu [4]:

a. Radiasi langsung (direct radiation atau beam radiation)

Radiasi langsung adalah radiasi yang diterima dari matahari dalam suatu garis lurus,

tanpa penyebaran oleh atmosfer yang sinarnya sejajar satu sama lain. Oleh karena itu, radiasi

langsung dapat menciptakan bayangan dan dapat dikonsentrasikan oleh cermin.

b. Radiasi tersebar (diffuse radiation)

Radiasi menyebar terdiri dari cahaya yang tersebar oleh atmosfer (udara, awan dan

aerosol). Difusi adalah fenomena yang menyebarkan cahaya matahari menuju ke segala arah. Di

langit, sinar matahari disebarkan oleh molekul udara, butiran uap air (awan) dan debu. Tingkat

(41)

Radiasi pantulan adalah radiasi yang dipantulkan oleh tanah, yang bergantung pada

keadaan lingkungan sekitar. Contohnya yaitu salju, yang memantulkan radiasi dengan jumlah

yang besar sedangkan aspal nyaris tidak memantulkan radiasi.

2.3 Spektrum Cahaya Matahari

Efisiensi panel surya bergantung pada distribusi spektrum cahaya matahari. Meskipun

radiasi dari pemukaan matahari cukup konstan, pada saat mencapai permukaan bumi,

efisiensinya sangat beragam karena adanya proses difusi di atmosfer bumi. Jarakdimana radiasi

matahari harus melewati atmosfer untuk mencapai permukaan bumi disebut Air Mass “AM” [3].

AM 1.5 (setara dengan sudut datang matahari sebesar 48.2º dari bidang vertikal atau

41.8º dari bidang horizontal) sudah menjadi standar untuk standar panel surya. AM dapat

diestimasikan pada setiap lokasi menggunakan Persamaan (2.1) [3] :

AM =�1 +�_ℎ��

2

(2.1)

Dimana s adalah panjang bayangan suatu benda yang berketinggian h.

Pyranometer ialah alat untuk mengukur radiasi matahari yang dirancang untuk merespon

setiap panjang gelombang sehingga diperoleh nilai yang akurat dari total daya dalam setiap

spektrum yang terjadi. Contoh spektrum distribusi radiasi diperlihatkan pada Gambar 2.3 [5].

(42)

2.4 Gerakan Posisi Matahari

Pada sistem panel surya sangat penting untuk menghadapkan modul di sudut yang

memungkinkan sinar matahari jatuh ke permukaan modul terhadap permukaan horizontal tanah

untuk intensitas dan durasi yang mungkin maksimum. Sudut dimana modul cenderung disebut

kemiringan sudut. Untuk menentukan sudut kemiringan yang optimal maka sangat penting

menemukan posisi letak matahari terhadap permukaan bumi.

Rotasi harian bumi pada porosnya dan rotasi tahunan kemiringan

bumimengitarimatahari,keduanya mempengaruhi sudut dimana sinar matahari melewati atmosfer

seperti yangterlihat darisetiap titik di bumi. Posisi situs bumi sehubung dengan matahari

adalahditentukan oleh dua sudut yang terus berubah, yaitu : jam matahari dan sudut deklinasi,

dengan satu sudut tetap yang menentukan lokasi situs di bumi, yaitu lintang [3].

Sudut jam matahari untuk lokasi tertentu tergantung pada posisi sesaat daribumi dalam

rotasi aksial. Karena bumi membuat 3600 putaran penuh dalam 24 jam, yangsudut jam berubah 150 setiap jam. Sudut jam diukur dari meridian lokal,atau titik tertinggi matahari di langit pada siang hari matahari (tidak harus jam 12.00 ), dengansudut antara matahari terbit dan siang

menjadi positif dan sudut setelah tengah hari menjadinegatif [3].

Sudut deklinasi matahari adalah sudut posisi matahari pada titik tertinggi di

langitsehubungan dengan bidang ekuator itu tergantung pada posisi sesaat bumi di revolusinya

mengelilingi matahari. Perubahan sudut deklinasi disebabkan oleh hal yang sederhana :

kemiringan sumbu bumi dari 23.34o tetap konstan dan dalam arah yang sama selamaseluruh orbit bumi mengelilingi matahari. Di belahan bumi utara, sudut deklinasimencapai sisi paling utara

dan puncakpositif +23.450 pada 21 Juni ( titik balik matahari musim panas )dan jatuh padasisi yang paling selatan dan puncak negatif dari -23.450 pada 21 Desember ( titikbalik matahari musim dingin ). Gerakan semu matahari ditunjukkan dalam Gambar 2.4untuk pengamat pada

(43)

Gambar 2.4 Gerakan Posisi Matahari

2.5 Photovoltaic

Edmund Bequerel adalah seorang fisikawan asal perancis yang mencatat efek fotolistrik

pada tahun 1839. Dia menemukan bahwa bahan-bahan tertentu memiliki property untuk

menghasilkan sejumlah kecil arus listrik ketika terkena sinar matahari. Pada tahun 1905, Albert

Einstein menggambarkan sifat cahaya dan efek fotolistrik yang telah menjadi prinsip dasar

untuk teknologi photovoltaic. Modul photovoltaic pertama dibuat di laboratorium Bell pada

tahun 1954 [6].

2.5.1 Cara Kerja Sel Photovoltaic

Cara kerja sel photovoltaic berdasarkan pada prinsip dasar efek fotolistrik. Jadi, dalam sel

Photovoltaic, ketika cahaya matahari mengenai permukaannya, sebagian energi matahari diserap

bahan semikonduktor tersebut. Jika energi yang diserap lebih besar dari energi semikonduktor,

elektron dari ikatan valensinya akan bebas. Oleh sebab itu, sepasang elektron-hole dibentuk dalam

(44)

itu dipaksa menuju arah yang istimewa. Elektron yang mengalir ini merupakan arus dan dapat

digunakan pada penggunaan eksternal dengan menghubungkan pelat logam di atas dan bawah sel

photovoltaic. Prinsip kerja sel surya digambarkan sebagai Gambar 2.5 [2].

Gambar 2.5Cara Kerja Sel surya

Panel surya terbuat dari bahan semikonduktor yang tersusun dari lapisan tipe p dan tipe

n. Lapisan tipe p dan lapisan tipe n yang bertemu akan menciptakan P – N junction. Prinsip

kerja panel surya dapat dijelaskan sebagai berikut :

2.5.2 Semikonduktor

Elektronpada pitaterluardari sebuah atommenentukan bagaimanasebuah atomakan

bereaksiatau bergabungdenganatomtetangga, pitaterluardisebutpita valensi.

Beberapaelektronpada pita valensidapat melompat kepitayang lebih tinggi danjauh terpisah

dariinti.Elektron tersebut bertanggung jawab untuk konduksi panas dan listrik dan pita terjauh ini

disebut pita konduksi. Perbedaanenergidari sebuah elektronpada

pitavalensidansubkulitterdalampita konduksidisebutcelah pita (band gap) [7].

Silikon memiliki empat elektron pada pita valensi. Atom silikon murni membentuk

struktur yang stabil dan masing-masing atom berbagi dua elektron dengan setiap atom

disekitarnya. Jika fosfor yang memiliki lima elektron valensi (satu lebih banyak dari Si),

digunakan sebagai campuran dalam silikon maka material yang dibentuk akan memiliki

kelebihan elektron meskipun netral. Bahan yang didoping seperti ini disebut silikon tipe n. Jika

silikon didoping (dicampur) dengan boron, yang memiliki tiga elektron valensi (satu lebih sedikit

dari Si), maka ada lubang positif (hilang elektron) dalam strukturnya, meskipun material yang

(45)

tipe n dan p memudahkan elektron dan lubang untuk bergerak di semikonduktor. Gambar 2.6

menunjukkan konduksi ekstrinsik atom silikon [7].

Gambar 2.6 Konduksi Ektrinsik di dalam Silikon n- dan p- Doped

2.5.3 P – N Junction

Bahan tipe n memiliki beberapa atom pengotor dengan elektron lebih banyak dari atom

semikonduktor lainnya. Jika elektron berlebih dilepas, atom pengotor akan lebih sesuai secara

merata pada struktur yang dibentuk oleh atom semikonduktor utama namun atom yang

ditinggalkan akan bermuatan positif. Di sisi lain, bahan tipe p memiliki beberapa atom

pengotor dengan elektron lebih sedikit dari sisa atom semikonduktor. Oleh karena itu,

atom-atom ini memiliki lubang yang bisa menampung elektron berlebih meskipun atom-atom bermuatan

netral. Jika penambahan elektron dilakukan untuk mengisi lubang, atom pengotor akan lebih

sesuai secara merata pada struktur yang dibentuk oleh atom semikonduktor utama namun atom

tersebut akan bermuatan negatif. Hubungan lapisan p dan lapisan n ditunjukkan oleh Gambar

(46)

Dari Gambar 2.8 dapat dilihat ketika kedua bahan bergabung, elektron berlebih melompat

dari lapisan n untuk mengisi lubang di lapisan p. Oleh karena itu di dekat sambungan materi

memiliki muatan positif pada sisi n dan muatan negatif pada sisi p. Muatan negatif di sisi p

membatasi pergerakan elektron tambahan dari sisi n ke sisi p, sementara pergerakan elektron

tambahan dari sisip ke sisi n menjadi lebih mudah karena muatan positif pada sambungan ada

pada sisi n. Pembatasan ini membuat p-n junction berperilaku seperti dioda.

2.5.4 Efek Photovoltaic

Ketikafoton daricahayadiserapolehelektronvalensisebuah atom, energielektronmeningkat

sesuai dengandengan jumlah energidarifoton. Perpindahan elektron dikarenakan foton

ditunjukkan oleh Gambar 2.8 [8].

Gambar 2.8 Perpindahan Elektron pada P-N Junction

Jika energifoton tersebutsama dengan ataulebih besar daricelah pitasemikonduktor,

elektronakan melompatke pita konduksi.Namun jikaenergifotonlebih kecil daricelah pita,

elektrontidakakanmemiliki energiyang cukup untukmelompat kepita konduksi.

Akibatnyakelebihan energidari elektrondiubah menjadi energikinetikoleh elektron, yang

mengakibatkansuhumeningkat.Foton hanya dapat membebaskan satu elektron meskipun energi

foton jauh lebih tinggi dari celah pita. Inti daripemanfaatanefekphotovoltaic untuk pembangkitan

listrik adalah untuk menyalurkan elektron bebas melalui resistansi eksternal sebelum elektron

(47)

2.5.5 Modul Photovoltaic

Daya yang dihasilkan oleh sel Photovoltaic tunggal tidaklah cukup untuk digunakan. Jadi,

dengan penggabungan beberapa sel Photovoltaic tunggal hubungan seri (untuk keperluan

tegangan tinggi) dan hubungan paralel (untuk keperluan arus besar) sesuai daya yang diinginkan.

Pada umumnya, modul komersial terdiri dari 36 atau 72 sel. Efesiensi modul photovoltaic lebih

kecil dari sel photovoltaic karena radiasi yang dipancarkan melalui bahan kaca sel, bayangan

susunan sel dan komponen lainnya [2]. Modul Photovoltic diperlihatkan pada Gambar 2.9 [2].

Gambar 2.9 Modul Photovoltaic

2.6 Jenis-jenis Panel Surya

Panel surya memiliki beberapa jenis yang berbeda tergantung dari bahan yang dipakai.

Bahan yang dipakai panel surya membedakan kualitas dari panel surya yaitu kualitas tegangan

dan arus. Beberapa jenis panel surya antara lain [7] :

1. Crystalline Silikon

Bahan yang palingutama dalampembuatan selsurya crystallineadalah silikon. Materi

initidak dalambentuk murni, tetapi dalamsenyawa kimiadengan oksigendalam bentukkuarsaatau

pasir. Oksigentidak diperlukan makaharuslebih duludipisahkandarisilikon dioksida.

a. Sel silikon monocrystalline

(48)

proses ini, bahan dasar dari polycrystalline (polysilicon) dilelehkan di dalam suatu wadah kuarsa, pada suhu sekitar 14200C. Sebuah biji kristal dicelupkan ke dalam lelehan silikon tadi dan perlahan- lahan ditarik ke atas keluar dari lelehan. Selama proses ini, kristal akan berubah

menjadi monocrystal berbentuk silinder dengan diameter mencapai 30 cm. Kristal tunggal silinder ini dipotong untuk membentuk batangan semi bulat atau persegi yang kemudian

dipotong lagi dengan menggunakan gergaji kawat menjadi lempeng-lempeng tipis dengan tebal

sekitar 0,3 mm. Lapisan berbentuk wafer itu lalu dibersihkan dengan pembasahan secara kimia

dengan pengetsaan dan pembilasan untuk menghilangkan sisa-sisa pemotongan dan bekas

pemotongan. Mulai dari bagian mentah (raw wafers) kemudian lapisan didopingdengan boron menjadi tipe p sementara tipe n dibuat dengan mendoping fosfor. Gambar bentuk sel silikon

monocrystalline ditunjukkan oleh Gambar 2.10 a, Gambar 2.10 b dan Gambar 2.10 c [7].

a b

c

Gambar 2.10 Bentuk Sel Monocrystalline

a. sel monocrystalline persegi b. sel monocrystalline semi bulat c. sel monocrystalline bulat

b. Sel Silikon polycrystalline

Material silikon mula-mula dilelehkan didalam wadah kuarsa. Pada metode balok tuang

(block cast method), balok silikon berukuran besar atau ingot akan terbentuk. Ingot biasanya dipotong-potong menjadi batangan-batangan dengan menggunakan gergaji pita (band saw) dan kemudian dipotong lagi menjadi lempengan-lempengandengan ketebalan sekitar 0,3 mm dengan

menggunakan gergaji kawat.Setelah pembersihan dan penambahan fosfor, lapisan anti pantul

(49)

a b

c

Gambar 2.11 Bentuk Sel Polycrystalline

a. Sel polycrystalline tanpa lapisan anti – reflektif b. Sel polycrystalline dengan lapisan anti – reflektif

c. Sel polycrystalline dengan lapisan anti – reflektif dan garis grid hubung 2. Sel Thin – Film

Jenis sel surya ini diproduksi dengan cara menambahkan satu atau beberapa lapisan material

sel surya yang tipis ke dalam lapisan dasar. Sel surya jenis ini sangat tipis karenanya sangat

ringan dan fleksibel. Jenis ini dikenal juga dengan nama TFPV (Thin Film Photovoltaic), seperti diperlihatkan Gambar 2.12 [7].

Gambar 2.12 Sel Thin – Film

Berdasarkan material penyusunnya, sel surya thin film ini digolongkan menjadi:

a. Amorfous Silicon (a-Si) Solar Cells.

Sel surya dengan bahan amorfous silicon ini awalnya banyak diterapkan pada kalkulator

(50)

menjadi semakin luas. Teknik pembuatan dengan cara beberapa lapis amorfous silicon ditumpuk

membentuk sel surya. Amorfous diperlihatkan pada Gambar 2.13 [7].

Gambar 2.13 Amorfous Silicon Solar Sel

b. Cadmium Telluride (CdTe) Solar Cells.

Sel surya jenis ini mengandung bahan Candium Telluride yang memiliki efisiensi lebih

tinggi dari sel surya amorfous silicon, yaitu sekitar 9% - 11%. CdTe diperlihatkan pada Gambar

2.14 [7].

Gambar 2.14 CdTe module

2.6.1 Sifat – Sifat Elektrik pada Panel Surya

Sifat elektrik dari sel surya dalam menghasilkan energi listrik dapat diamati dari

karakteristik listrik sel tersebut, yaitu berdasarkan arus dan tegangan yang dihasilkan sel surya

pada kondisi cahaya dan beban yang berbeda-beda. Karakteristik ini biasanya digambarkan oleh

kurva arus-tegangan terminalnya (kurva I-V). Kurva I-V sel surya mempunyai 3 titik utama yaitu

arus hubung singkat (Isc), tegangan rangkaian tebuka (Voc) dan titik daya maksimum seperti

(51)

Gambar 2.15 Kurva karakteristik I-V

2.6.2 Karakteristik Panel Surya

Beberapa karakteristik penting sel surya terdiri dari tegangan open circuit (Voc), arus

hubungan singkat (Isc), efek perubahan intensitas cahaya matahari, efek perubahan temperatur

serta karakteristik arus– tegangan (V-I characteristic) pada sel surya [9].

a. Tegangan open circuit (Voc) adalah tegangan yang dibaca pada saat arus tidak mengalir atau

bisa disebut juga arus sama dengan nol. Cara untuk mencapai open circuit (Voc) yaitu dengan

menghubungkan kutub positif dan kutub negatif modul surya dengan voltmeter, sehingga akan

terlihat nilai tegangan open circuit sel surya pada voltmeter.

b.Arus short circuit (Isc) adalah arus maksimal yang dihasilkan oleh modul sel surya dengan cara

menge-short-kan kutub positif dengan kutub negatif pada modul surya. Dan nilai Isc akan

terbaca pada amperemeter.

c. Efek perubahan intensitas cahaya matahari, apabila jumlah energi cahaya matahari yang

diterima sel surya berkurang atau intensitas cahayanya melemah, maka besar tegangan dan arus

listrik yang dihasilkan juga akan menurun. Penurunan tegangan relatif lebih kecil dibandingkan

penurunan arus listriknya.

d.Efek perubahan suhu pada sel surya, sel surya akan bekerja secara optimum pada suhu konstan

(52)

beberapa persen. Sedangkan sebaliknya, arus yang dihasilkan akan meningkat seiring dengan

meningkatnya suhu pada sel surya.

e. Karakteristik Tegangan – Arus pada Sel Surya

Penggunaan tegangan dari sel surya bergantung dari bahan semikonduktor yang digunakan.

Jika menggunakan bahan silikon, maka tegangan yang dihasilkan dari setiap sel surya berkisar

0,5 V. Modul surya merupakan gabungan beberapa sel surya yang dihubungkan secara seri dan

paralel. Tegangan dihasilkan dari sel surya bergantung dari radiasi cahaya matahari. Untuk

arus yang dihasilkan dari sel surya bergantung dari luminasi (kuat cahaya) matahari, seperti

pada saat cuaca cerah atau mendung. Contoh Karakteristik panel surya diperlihatkan pada

Gambar 2.15 [7].

Nilai dari faktor pengisian dapat diperoleh dengan Persamaan 2.8.

FF = �� −ln⁡(�� +0.72)

��+1 (2.2)

dimana : VOC = Tegangan rangkaian terbuka pada sel surya (Volt)

2.6.3 Daya Panel Surya

Daya yang dihasilkan panel surya berbanding lurus dengan besar intensitas cahaya

matahari. Semakin besar intensitas cahaya matahari yang di terima panel surya maka daya yang

dihasilkan panel surya semakin besar. Jika luas sel surya adalah (A) dengan intensitas (J)

tertentu, maka daya input sel surya (Pin) diperoleh pada Persamaan 2.9.

Pin= JA (2.3)

dimana : Pin = Daya yang di terima akibat radiasi matahari (Watt) J = Intensitas cahaya ( W/m2)

A = Luas area permukaan sel surya (m2)

Besar daya output sel surya (Pout ) yaitu perkalian tegangan rangkaian terbuka (Voc), arus

hubung singkat (Isc ) dan fill factor (FF) yang dihasilkan oleh sel surya dapat di peroleh dengan

(53)

Pout = �ocIsc FF (2.4)

dimana: Pout=Daya yang dibangkitkan oleh sel surya (Watt) Voc =Tegangan rangkaian terbuka pada sel surya (Volt)

Isc =Arus hubung singkat pada sel surya (Ampere)

FF = Fill Factor

2.6.4 Efisiensi Panel Surya

Energi cahaya matahari yang di terima oleh sel surya dapat diubah menjadi energi listrik.

Semakin besar energi cahaya yang diserap maka semakin besar energi listrik yang dapat

dihasilkan. Maka konversi energi inipun memiliki nilai efisiensi didalamnya. Efisiensi keluaran maksimun (η) didefenisikan sebagai persentase keluaran daya optimum terhadap energi cahaya yang digunakan, di rumuskan pada Persamaan 2.11.

� =��_��

�� x 100% (2.5)

� =��

�� ×100%

dimana : η = Efisiensi sel surya (%)

Pout=Daya yang dibangkitkan oleh sel surya (Watt)

Pin = Daya yang di terima akibat radiasi matahari (Watt)

2.6.5 Faktor Pengoperasian Panel Surya

Besar daya keluaran yang dapat dihasilkan oleh panel surya bergantung pada beberapa

faktor sebagai berikut [12]:

a. Efek Perubahan Pancaran Iradiasi Matahari

Apabila jumlah energi cahaya matahari yang diperoleh sel surya berkurang atau intensitas

cahayanya melemah, maka besar tegangan dan arus listrik yang dihasilkan juga akan menurun.

Penurunan tegangan relatif lebih kecil dibandingkan penurunan arus listriknya. Pengaruh radiasi

(54)

Gambar 2.16 Pengaruh Radiasi Matahari Terhadap Isc dan Voc Panel Surya

Dapat dilihatbahwaIscmeningkat secara signifikan terhadap

peningkatanradiasi,sementarakenaikanteganganVocterjadi secara perlahan. Akibatnyadaya

maksimummeningkatsejalan dengan radiasi dengan begitu efisiensi akan lebih baik pada radiasi

yang tinggi.

b. Efek perubahan temperatur pada panel surya

Temperatur panel surya juga mempengaruhi kinerja sel dan efisiensi. Tegangan yang

dihasilkan dari sel surya bergantung dari temperatur sel surya, makin besar temperatur sel surya

maka arus mengalami peningkatan dan sebaliknya tegangan mengalami penurunan. Daya listrik

juga mengalami penurunan seiring panel surya mengalami peningkatan temperatur. Pengaruh

temperatur terhadap kurva arus vs tegangan dan kurva tegangan vs daya ditunjukkan oleh

(55)

(a) (b)

Gambar 2.17 Pengaruh Temperatur Terhadap: a. Kurva Arus – Tegangan

b. Kurva Tegangan- Daya

Dari Gambar 2.18 dapat dilihat ketikatemperaturpada panelmeningkat, arus hubung

singkat Iscmeningkatsedikit tetapitegangan rangkaian terbukasangatmenurun drastis

(56)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Panel surya adalah alat konversi energi matahari menjadi energi listrik secara langsung

menggunakan bahan semikonduktorberdasarkan prinsip efek fotolistrik.Material panel surya

yang paling banyak digunakan terbuat dari bahan crystalline silicon dengan jenis monocrystalline dan polycrystalline. Dengan mengetahui karakteristik panel surya, dapat diketahui besar daya keluaran yang dihasilkan. Besar daya keluaran panel surya ditentukan

oleh bahan material dan kondisi lingkungan dimana panel surya berada seperti intensitas

cahaya matahari, arah datangnya sinar matahari, temperatur dan spektrum cahaya [1].

Untuk menentukan daya keluaran sebuah panel surya yang akan dijual dipasaran dipilih

kondisi pengujian standar yang sudah ditetapkan yaitu dengan intensitas cahaya 1000 (� �2), sudut datang matahari terhadap panel surya 0°, T= 25°C dan memiliki spektrum Air Mass

1,5 [1-2]. Daya maksimum yang dihasilkan pada kondisi pengujian standar ini dipilih sebagai

daya keluaran dari sebuah panel surya. Karena kondisi lingkungan selalu berubah-ubah maka

kinerja panel surya dengan kondisi standar itu tidak bisa ditemui pada kondisi operasi nyata.

Oleh sebab itu, dilakukan pengukuran untuk menganalisis karakteristik panel surya

secara real time menggunakan alat ukur berbasis Arduino yang terintegrasi dengan PC yang

dilengkapi dengan perangkat lunak data akuisisi PLX-DAQ sebagai sistem monitoring.

Dengan alat ukur ini, diharapkan karakteristik panel surya dalam bentuk tegangan hubung

buka Voc, arus hubung singkat Isc dan temperatur °C dapat diketahui setiap saat selama

(57)

1.2Perumusan Masalah

Adapun rumusan masalah pada Tugas Akhir ini adalah :

1. Melakukan sistem pengukuran antara panel surya dengan Arduino Energi Meter.

2. Menentukan lokasi untuk melakukan pengukuran panel surya.

3. Melakukan pengukuran tegangan, arus dan temperatur pada panel surya dalam

keadaan tanpa beban.

1.3Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian ini untuk menganalisis karakteristik panel surya berdasarkan data

hasil pengukuran secara real time menggunakan Arduino Energi Meter.

1.4Batasan Masalah

Agar isi dan pembahasan Tugas Akhir ini menjadi terarah, maka penulis perlu membuat

batasan masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah pada penulisan Tugas Akhir ini

adalah sebagai berikut :

1. Sistem pengukuran panel surya menggunakan Arduino Energi Meter.

2. Pengukuran panel surya dilakukan di Lantai 4 Gedung Departemen Teknik Elektro

Universitas Sumatera Utara dengan waktu pengujian mulai dari pukul 10.40 – 15.30

WIB pada tanggal 2 Juni 2016.

3. Pengukuran tegangan, arus dan temperatur dan tanpa beban pada panel surya jenis

polycrystallinemodel PUL-100-P10 dan jenis monocrystalline model PUL-100-M10. 4. Karakteristik panel surya yang diamati adalah tegangan hubung buka Voc, arus

hubung singkat Isc dantemperatur °C. Tidak mengukur temperatur pada setiap

komponen panel surya dan posisi sudut kemiringan panel surya 0° terhadap bidang

(58)

1.5Manfaat Penelitian

Dari pengerjaan Tugas Akhir ini, karakteristik panel surya dapat diketahui secara real

time.

1.6Metode Penelitian

Agar Tugas Akhir ini dapat diselesaikan, maka penulis menggunakan metodologi

penelitian sebagai berikut:

1. Studi Literatur

Melakukan studi dari berbagai sumber seperti buku, jurnal, artikel dan berbagai layanan

sosial yang relevan dalam penulisan Tugas Akhir ini.

2. Diskusi

Melakukan diskusi kepada Royansyah Ginting, Iqnatius Sirait, Andri Simamora dan

Dosen Pembimbing mengenai masalah – masalah yang timbul selama proses penulisan

Tugas Akhir ini berlangsung.

3. Persiapan Pengukuran

Melakukan persiapan mengenai bahan – bahan yang diperlukan untuk pengukuran dan

membuat prosedur sistem pengukuran panel surya.

4. Pengukuran dan Analisis data

Melakukan pengukuran tanpa beban pada panel surya jenis polycrystallinedan monocrystallinedan melakukan analisis data hasil keluaran parameter panel surya.

1.7Sistematika Penulisan

Bab I : Pendahuluan

Berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah,

manfaat, metodologi penelitian dan sistematika penulisan.

(59)

Berisi tinjauan pustaka mengenai panel surya dan faktor yang mempengaruhi

karakteristik panel surya.

Bab III : Metodologi Penelitian

Berisi tentang prosedur sistem pengukuran panel surya.

Bab IV : Pengujian dan Analisis Data

Berisi pengujian dan analisis karakteristik keluaran parameter panel surya.

Bab V : Penutup

(60)

ABSTRAK

Daya keluaran panel surya sangat ditentukan oleh besar tegangan dan arus yang

dipengaruhi oleh kondisi lingkungan yang berubah-ubah. Intensitas cahaya matahari dan

temperatur adalah faktor yang mempengaruhi besar tegangan dan arus. Dalam Tugas Akhir ini,

dilakukan sistem pemantauan dan pengukuran langsung terhadap parameter keluaran panel

suryayaitu tegangan, arus dan temperatur menggunakan Arduino Energi Meter. Dengan alat ukur

ini, dapat diketahui parameter keluaran panel surya secara real time.

Penelitian ini dilakukan dengan pengukurantegangan, arus, temperatur dan tanpa beban

pada panel surya jenis polycrystalline model PUL-100-P10 dan jenis monocrystalline model PUL-100-M10 dengan posisi sudut 00 terhadap bidang horizontallantai. Pengukuran berada di lantai 4 Gedung Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utarapada

tanggal 2 Juni 2016. Berdasarkan data hasil pengukuran, besar rata-rata parameter keluaran panel

surya tiap jam waktu pengujian, jenis polycrystalline mampu membangkitkan tegangan hubung buka (Voc) 19.72 V, arus hubung singkat (Isc) 5.31 A, daya keluaran (Pout) 81.49 W dan

memiliki efisiensi kerja sebesar 27% sementara jenis monocrystalline mampu membangkitkan Voc 20.52 V, Isc 5.03 A, Pout 77.11 W dan memiliki efisiensi kerja sebesar 32.06%. Hasil

pengukuran secara real time memberikan informasi yang nyata terhadap karakteristik panel

surya.

(61)

SKRIPSI

ANALISIS KARAKTERISTIKPHOTOVOLTAIC

BERDASARKAN DATA HASIL PENGUKURAN SECARA REAL TIME

MENGGUNAKAN ARDUINO ENERGI METER

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Oleh

JOSUA D NAPITUPULU

110402112

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(62)

(63)