LAMPIRAN
Perhitungan posisi matahari terhadap bumi menggunakan software Matlab Simulink
Gambar A.1 Perhitungan posisi matahari terhadap bumi dengan menggunakan Matlab Simulink
Perhitungan Sudut Deklinasi
Gambar A.2 Perhitungan Sudut Deklinasi Menggunakan Matlab Simulink 1 Deklinasi 23.45
con4 360
con3 284
con1
365 con.2
sin Product1 Product
Divide deg rad
Angle Conversion Add1
Perhitungan Sudut Jam Matahari
Gambar A.3 Perhitungan Sudut Jam Matahari Menggunakan Matlab Simulink
Perhitungan Sudut Zenith
Gambar A.4 Perhitungan Sudut Zenith Menggunakan Matlab Simulink
Perhitungan Sudut Ketinggian Matahari
Gambar A.5 Perhitungan Sudut Ketinggian Matahari Menggunakan Matlab Simulink
LST Sudut Jam Matahari
Perhitungan Titik Azimuth Matahari
Gambar A.6 Perhitungan Titik Azimuth Matahari Menggunakan Matlab Simulink
Perhitungan Sudut Sinar Datang Matahari
Gambar A.7 Perhitungan Titik Azimuth Matahari Menggunakan Matlab Simulink
Hasil perhitungan sudut sinar datang matahari pada bidang horizontal menggunakan software Matlab Simulink
Tabel A.1 Hasil Perhitungan Sudut Sinar Datang Matahari Untuk Panel Surya Horizontal
Jam Sudut Sinar Datang Matahari
09:00 49.12252
10:00 34.60309
11:00 20.73979
12:00 10.55405
13:00 15.52896
14:00 28.62533
15:00 42.96649
Hasil perhitungan sudut sinar datang matahari pada panel surya dengan pengaturan sudut kemiringan dan panel surya mengarah ke selatan bumi menggunakan software Matlab Simulink
Tabel A.2 Hasil Perhitungan Sudut Sinar Datang Matahari Pada Panel Surya Mengarah ke Selatan Bumi
Jam Sudut Kemiringan Panel
100 200 300 400 500 600
09:00 47.83 48.10 49.90 53.08 57.37 62.54
10:00 32.94 33.91 37.31 42.56 49.04 56.33
11:00 18.04 20.35 26.38 34.22 42.88 51.94
12:00 3.14 10.40 20.15 30.07 40.02 49.99
13:00 11.76 15.26 22.90 31.83 41.21 50.80
14:00 26.66 28.07 32.40 38.68 46.12 54.22
Hasil perhitungan sudut sinar datang matahari pada panel surya dengan pengaturan sudut kemiringan dan panel surya mengarah ke titik azimuth matahari menggunakan software Matlab Simulink.
Tabel A.3 Hasil Perhitungan Sudut Sinar Datang Matahari Pada Panel Surya Mengarah ke Titik Azimuth Matahari
Jam Sudut Kemiringan Panel
100 200 300 400 500 600
09:00 39.12 29.12 19.12 9.12 0.89 10.88
10:00 24.60 14.60 4.60 5.40 15.40 25.40
11:00 10.74 0.81 9.27 19.27 29.26 39.26
12:00 0.56 9.45 19.45 29.45 39.45 49.45
13:00 5.53 4.47 14.47 24.47 34.47 44.47
14:00 18.63 8.63 1.39 11.38 21.38 31.38
DAFTAR PUSTAKA
[1] Duffie, John A, and A William Beckman. Solar Engineering of Thermal
Processes. 4th. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc, 2013.
[2] Planning and Installing Photovoltaic Systems: A Guide for Installer, Architecs dan Egineers. 2nd. London: Earthscan, 2005.
[3] Labouret, Anne, and Villoz Michel. Solar Photovoltaic Energy. London: The Institution of Engineering and Technology, 2010.
[4] Foster, Robert, Majid Ghassemi, and Alma Cota. Solar Energy : Renewabe
Energy and the Environment. Florida: CRC Press, 2010.
[5] Goswami, D Yogi. Principles of Solar Engineering. Florida: CRC Press, 2015.
[6] Rekioua, Djamila, and Ernest Matagne. Optimization of Photovoltaic
Power Systems : Modelization, Simulation and Control. London: Springer,
2012.
[7] Anu, George, and Robins Anto, “Analytical and Experimental Analysis of Optimal Tilt angle of Solar Photovoltaic Systems”, IEEE, 2012
[8] Diah, Pangestuningtyas, “Analisis Pengaruh Sudut Kemiringan Panel Surya Terhadap Radiasi Matahari yang Dapat Diterima oleh Panel Surya Tetap”, Laporan Tugas Akhir, Universitas Diponegoro.
[9] Driss, Lahjouji, “Tilt Angle Optimization for Maximum Solar Energy Collection - Case Study for Ifrane, Morocco”, IEEE, 978-1-4673-6373-0, 2013.
[10] Shaurabh K. Singh, Ustav A. Jain, and Gundabattini Edison, “MATLAB/
Simulink Model for Optimization of Tilt Angle of Solar Panels Using
BAB III
METODOLOGI PENGUJIAN
3.1 Peralatan dan Bahan Pengujian
Untuk melakukan pengujian dibutuhkan peralatan – peralatan yang meliputi • Tiang penyangga
Tiang penyangga berguna untuk menopang panel surya. Tiang penyangga terbuat dari bahan besi dan memiliki 2 sumbu. Sumbu tersebut adalah azimuth dan elevasi.
Sumbu azimuth memungkinkan tiang penyangga untuk berputar sebesar 3600secara horizontal sehingga memudahkan untuk mengarahkan panel surya ke titik azimuth matahari.
Sumbu elevasi memungkinkan tiang penyangga untuk berputar hingga 900 secara vertikal, sehingga memungkinkan untuk mengubah – ubah sudut kemiringan panel surya
Gambar 3.1 Tiang Penyangga • Dudukan
• Busur derajat
Busur derajat berfungsi untuk mengukur sudut kemiringan panel surya terhadap bidang horizontal.
Gambar 3.2 Pengukuran Sudut Kemiringan Panel Surya dengan Busur Derajat
• Kompas
Kompas berfungsi untuk mengukur posisi matahari dan juga sebagai panduan untuk mengarahkan posisi panel surya. Kompas yang digunakan pada pengujian ini adalah kompas bidik.
• 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
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 garm (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)
• Panel surya
Panel surya yang digunakan adalah panel surya tipe Monocrystalline 100 WP. Spesifikasi dari panel surya yang digunakan di tunjukkan oleh Tabel 3.2
Tabel 3.2 Spesifikasi Panel Surya
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 Arys pada daya maksimum (Im) 5.33 A
Toleransi output 0 -/+ 3%
Temperatur nominal kerja -40 – 850C
Berat 8.8 KG
Gambar 3.4 Panel Surya Monocrystalline
• Multimeter
Alat yang digunakan untuk mengukur tegangan rangkaian terbuka (Voc) dan arus hubung singkat (Isc) panel surya.
3.2 Variasi Pengujian
Variasi percobaan ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana pengaruh sudut kemiringan panel surya terhadap daya keluaran panel surya dengan kondisi :
• Panel surya sejajar dengan bidang horizontal tanah
• Panel surya dengan sudut kemiringan yang mengarah ke selatan bumi (titik azimuth panel surya 00)
• Panel surya dengan sudut kemiringan yang mengarah ke titik azimuth matahari (titik azimuth panel = titik azimuth matahari)
Tegangan rangkaian terbuka (Voc) dan arus hubung singkat (Isc) akan diukur pada tiap variasi untuk mendapatkan nilai daya keluaran panel surya (Pout)
dan efisiensi (ƞ) panel surya.
3.3 Prosedur Pengujian
Adapun percobaan yang dilakukan adalah:
1. Percobaan sudut kemiringan panel surya sejajar dengan bidang horizontal 2. Percobaan pengaruh sudut kemiringan panel surya dengan arah panel
surya mengacu ke arah selatan bumi.
3. Percobaan pengaruh sudut kemiringan panel surya dengan arah panel
surya mengacu ke titik azimuth matahari.
3.3.1 Percobaan Sudut Kemiringan Panel Surya Sejajar dengan Bidang Horizontal
1. Mempersiapkan rangkaian panel surya
2. Mengatur sudut kemiringan panel surya sebesar 00 sejajar dengan bidang
4. Mengukur tegangan rangkaian terbuka (Voc) panel surya dengan cara
menghubungkan penyidik multimeter ke terminal keluaran panel surya 5. Mengukur arus hubung singkat (Isc) panel surya dengan cara
menghubungkan penyidik multimeter ke terminal keluaran panel surya 6. Mengukur radiasi matahari dengan menggunakan pyranometer
7. Langkah 4 – 6 dilakukan kembali untuk pukul 10.00 WIB sampai pukul
15.00 WIB 8. Percobaan selesai
3.3.2 Percobaan Pengaruh Sudut Kemiringan Panel Surya Dengan Panel Surya Mengarah ke Selatan Bumi
1. Menentukan arah selatan bumi menggunakan kompas 2. Panel surya dibuat menghadap ke arah selatan bumi. 3. Percobaan dilakukan pada pukul 09.00 WIB
4. Sudut kemiringan panel surya dibuat 100 dengan menggunakan busur
derajat.
5. Mengukur tegangan rangkaian terbuka (Voc) panel surya dengan cara
menghubungkan penyidik multimeter ke terminal keluaran panel surya 6. Mengukur arus hubung singkat (Isc) panel surya dengan cara
menghubungkan penyidik multimeter ke terminal keluaran panel surya 7. Mengukur radiasi matahari dengan menggunakan pyranometer
8. Langkah 4 sampai 7 dilakukan kembali untuk sudut 200, 300, 400, 500, dan 600
9. Untuk mengatur sudut kemiringan panel surya dilakukan dengan
mengubah sudut elevasi pada tiang penyangga.
10. Untuk mengukur besar sudut kemiringan panel surya digunakan busur
derajat
3.3.3 Percobaan Pengaruh Sudut Kemiringan Panel Surya dengan Panel Surya Mengarah ke Titik Azimuth Matahari
1. Menentukan titik azimuth matahari. Titik azimuth matahari didapatkan
dari hasil perhitungan dengan menggunakan software MATLAB simulink. 2. Panel suya diarahkan ke matahari dengan cara memutar sumbu azimuth
tiang penyangga mengarah titik azimuth matahari. Arah panel surya ditentukan dengan menggunakan kompas.
3. Kemiringan panel surya diatur dengan menggunakan busur derajat sesuai
dengan sudut kemiringan yang ingin diuji. Sudut kemiringan yang akan diuji bervariasi yaitu 100, 200, 300, 400, 500, dan 600
4. Mengukur tegangan rangkaian terbuka (Voc) panel surya dengan cara
menghubungkan penyidik multimeter ke terminal keluaran panel surya. 5. Mengukur arus hubung singkat (Isc) panel surya dengan cara
menghubungkan penyidik multimeter ke terminal keluaran panel surya. 6. Mengukur radiasi matahari dengan menggunakan pyranometer.
7. Mengulang langkah 1 – 6 untuk jam 09.00 – 15.00
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Perhitungan Geometri Matahari Terhadap Bumi
Penentuan posisi matahari dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut :
• Menghitung sudut deklinasi (δ) dengan Persamaan2.1 :
δ = 23.45 sin (360 284+�
365 ) (2.1) Dimana : n = hari dalam bulan
• Menghitung sudut ketinggian matahari (αs) dengan Persamaan 2.2 :
αs =90 - θz (2.2)
Dimana : θz= Sudut Zenith
• Menghitung sudut zenith (θz) dengan Persamaan 2.3 :
θz = cos-1 (cos φ x cos δ x cos ω + sin φ x sin δ) (2.3)
Dimana : φ = Garis lintang δ = Deklinasi
ω = Sudut jam matahari
• Menghitung sudut azimuth matahari dengan Persamaan 2.4 : γs = sign (ω) | cos-1 (
cosθz sinφ−sinδ
���θz cosφ ) | (2.4)
Dimana: sign (ω) akan +1 jika ω positif dan -1 jika ω negatif
θz= Sudut Zenith
δ = Deklinasi
• Menghitung sudut jam matahari (ω) dengan Persamaan 2.5 : ω = (LST – 12 ) x 360
24 (2.5)
LST = LT + �� 60
TC = 4(LSTM – Longitude) + E
E = 9.87 sin(2B) – 7.53 cos(B) – 1.5 sin(B)
B= 360
365(� −1)
LSTM = 150.∆TGMT
Dimana:
LST (Local Solar Time) = Waktu matahari LT (Local Time) = Waktu lokal
TC (Time Correction) = Faktor koreksi waktu
LSTM (Local Standard Time Meridian) = Waktu berdasarkan GMT E (Equation of Time) = Perhitungan waktu
∆TGMT = Perbedaan waktu dengan GMT
• Menghitung sudut sinar datang matahari (θ) dengan Persamaan 2.6 :
cos(θ) = sin(δ) sin(φ) cos(β) – sin(δ) cos(φ) sin(β) cos(γ) (2.6)
+ cos(δ) cos(φ) cos(β) cos(ω)
+ cos(δ) sin(φ) sin(β) cos(γ) cos(ω)
+ cos(δ) sin(β) sin(γ) sin(ω) Dimana : φ = Garis lintang
δ = Deklinasi
Untuk memudahkan perhitungan posisi matahari dan perhitungan sudut
sinar datang matahari maka perhitungan dilakukan dengan menggunakan simulink
pada software Matlab. Dari hasil perhitungan yang dilakukan, didapat nilai – nilai
sudut yang menjelaskan posisi matahari terhadap bumi. Hasil perhitungan posisi
matahari terhadap bumi ditunjukkan pada Tabel 4.1
4.1 Tabel Perhitungan Geometri Matahari Terhadap Bumi
Jam
Dari Tabel 4.1, posisi matahari berdasarkan titik azimuth matahari
digunakan sebagai acuan arah panel pada pengujian 4.2, 4.3, dan 4.4
4.2 Pengukuran Tegangan Rangkaian Terbuka (Voc), Arus Hubung Singkat (Isc) dan Intensitas Radiasi Matahari
Untuk dapat menghitung daya keluaran yang dibangkitkan oleh panel surya,
dibutuhkan nilai tegangan rangkaian terbuka (Voc) dan arus hubung singkat (Isc).
Nilai Voc dan Isc diukur dengan menggunakan multimeter dengan cara
menghubungkan penyidik positif dan negatif multimeter dengan terminal keluaran
panel surya. Nilai intensitas radiasi matahari diukur dengan menggunakan
pyranometer. Nilai – nilai hasil pengukuran ditunjukkan pada Tabel 4.2, 4.3, 4.4
Tabel 4.2 Nilai Intensitas Radiasi Matahari
Jam Intensitas Radiasi Matahari
(W/m2)
Dari Tabel 4.2 diperoleh nilai pengukuran intensitas radiasi matahari yang
diukur dengan menggunakan pyranometer.
Tabel 4.3 Nilai Voc dan Isc Panel Surya dengan Posisi Panel Horizontal
Jam Radiasi
Tabel 4.4 Nilai Voc dan Isc Panel Surya Dengan Pengaturan Sudut Kemiringan dan Posisi Panel Surya Mengarah ke Selatan Bumi
Tabel 4.5 Nilai Voc dan Isc Panel Surya dengan Panel Surya Mengarah ke Titik Azimuth Matahari
4.3 Hasil Perhitungan Daya Keluaran Panel Surya
Untuk menghitung daya keluaran yang dibangkitkan oleh panel surya diperlukan nilai Voc dan Isc. Dari Tabel 4.3 diperoleh nilai Voc dan Isc untuk panel surya dengan posisi horizontal. Daya keluaran panel surya dapat dihitung dengan Persamaan 2.9:
Pout = Voc . Isc . FF (2.9)
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
Nilai dari faktor pengisian dapat dicari dengan Persamaan 2.7 :
FF = ��� −ln(���+0.72)
���+1 (2.7)
Hasil perhitungan daya keluaran panel surya untuk panel surya dengan posisi horizontal pada pukul 09:00 WIB adalah :
Pout = Voc.Isc.FF
Voc = 19.9
Isc = 3.05
Maka : FF = ��� −ln(���+0.72)
���+1
= 19.9 − ln(19.9 + 0.72)
19.9 + 1
= 19.9 − 3.0262
Dengan menggunakan persamaan diatas dapat dihitung daya keluaran untuk setiap jam yang diujikan pada panel surya dengan posisi horizontal. Hasil perhitungan ditunjukkan pada Tabel 4.6
Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Daya Keluaran Panel Surya dengan Posisi Horizontal
Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Daya Keluaran Panel Surya Dengan Pengaturan Sudut Kemiringan dan Posisi Panel Surya Mengarah ke Selatan Bumi
4.8. Hasil Perhitungan Daya Keluaran Panel Surya dengan Pengaturan Sudut Kemiringan dan Posisi Panel Surya Mengarah ke Titik Azimuth Matahari
Untuk perhitungan daya keluaran panel surya dengan perngaturan sudut kemiringan dan posisi panel surya mengarah ke titik azimut matahari maka digunakan nilai Voc dan Isc yang ditunjukkan oleh Tabel 4.5. Daya keluaran hasil
perhitungan ditunjukkan oleh Tabel 4.8
4.4 Hasil Perhitungan Efisiensi Panel Surya
Hasil perhitungan daya keluaran pada Tabel 4.6, 4.7 dan 4.8 digunakan untuk menghitung nilai efisiensi panel surya. Nilai efisiensi panel surya dapat dihitung
dengan Persamaan 2.10 :
� =�����
�� x 100 % (2.10)
Dengan nilai Pin diperoleh dari Persamaan 2.8 :
Pin = J . A (2.8)
Dimana :
Pout = Daya yang dibangkitkan oleh panel surya (Watt) Pin = Daya yang diterima oleh panel surya akibat radiasi
matahari (Watt)
J = Nilai radiasi matahari (W/m2) A = Luas penampang panel surya (m2)
Nilai efisiensi dihitung untuk setiap jam yang diujikan. Sementara untuk panel surya dengan pengaturan sudut kemiringan, efisiensi dihitung untuk setiap sudut kemiringannya. Hasil perhitungan nilai efisiensi panel surya untuk panel surya dengan posisi horizontal pada jam 09.00 WIB dapat diperoleh dengan:
Pin = J . A
= 379.47 ( 0.54 x 1.21 ) = 247.945 W;
� =�����
�� x 100 %
= 49.002
247.965 � 100%
= 19.674 %
Nilai efisiensi hasil perhitungan untuk setiap jam pada panel surya dengan posisi horizontal ditunjukkan oleh Tabel 4.9
Tabel 4.9 Nilai Efisiensi Panel Surya Untuk Waktu Yang Diujikan
Jam Radiasi Matahari ( W/m2 )
Nilai daya keluaran yang digunakan untuk menghitung nilai efisiensi untuk panel surya dengan pengaturan sudut kemiringan dan posisi panel surya mengarah ke selatan bumi diperoleh dari Tabel 4.7. Hasil perhitungan efisiensi setiap pengatuaran sudut kemiringan panel surya ditunjukkan pada Tabel 4.10
Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Efisiensi Panel Surya Dengan Pengaturan Sudut Kemiringan dan Posisi Panel Surya Mengarah ke Selatan Bumi
Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Efisiensi Panel Surya dengan Pengaturan Sudut Kemiringan dan Posisi Panel Surya Mengarah ke Titik Azimuth Matahari
Jam Radiasi Matahari
Azimuth Matahari
Sudut Kemiringan Panel
100 200 300 400 500 600
Efisiensi (%)
Efisiensi (%)
Efisiensi (%)
Efisiensi (%)
Efisiensi (%)
4.5 Analisis Daya Keluaran Panel Surya
4.5.1 Analisis Daya Keluaran Panel Surya Dengan Posisi Panel Surya Horizontal
Hasil perhitungan pada Tabel 4.6 dianalisis untuk mengetahui waktu pengujian yang dapat menghasilkan daya yang paling besar. Gambar 4.1 menunjukkan grafik daya keluaran panel surya horizontal.
Gambar 4.1 Daya Keluaran Panel Surya Horizontal
Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa panel surya membangkitkan daya keluaran yang paling besar pada jam 12:00. Hal ini dikarenakan intensitas radiasi paling besar pada saat pengujian adalah pada jam 12:00. Dengan besar radiasi
799.65 W/m2 panel surya dapat membangkitkan tegangan rangkaian terbuka sebesar 21.4 V, dan arus hubung singkat sebesar 4.27 A sehingga daya keluaran yang dihasilkan sebesar 74.667 W. Pada jam 13:00 terjadi penurunan daya keluaran yang dihasilkan diakibatkan oleh tertutupnya matahari oleh awan, sehingga radiasi matahari yang ditangkap oleh panel surya berkurang.
0
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00
4.5.2 Analisis Perbandingan Daya Keluaran Panel SuryaMengarah ke Selatan Bumi Dengan Pengaturan Sudut Kemiringan dan Daya Keluaran Panel Surya Horizontal
Hasil perhitungan pada Tabel 4.7 dianalisis untuk mendapatkan pengaturan sudut kemiringan yang membangkitkan daya keluaran panel surya yang paling besar.
Gambar 4.2 Perbandingan Daya Keluaran Panel Surya Mengarah ke Selatan Bumi Dengan Pengaturan Sudut Kemiringan dan Daya Keluaran Panel Surya Horizontal
Dilihat dari Gambar 4.2 daya keluaran panel surya berubah seiring dengan berubahnya pengaturan sudut kemiringan panel surya. Perbandingan daya keluaran yang dihasilkan dengan pengaturan sudut kemiringan dengan panel surya posisi horizontal untuk setiap jam pengujian yakni:
• Pada jam 09:00 sudut yang menghasilkan daya keluaran paling besar adalah sudut 100 dengan kenaikan daya keluaran sebesar 10.15% terhadap daya keluaran panel surya dengan posisi horizontal.
0
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00
• Pada jam 10:00 sudut yang menghasilkan daya keluaran paling besar adalah sudut 100 dengan kenaikan daya keluaran sebesar 2.99% terhadap daya keluaran panel surya dengan posisi horizontal.
• Pada jam 11:00 sudut yang menghasilkan daya keluaran paling besar adalah sudut 100 dengan kenaikan daya keluaran sebesar 14.42% terhadap daya keluaran panel surya dengan posisi horizontal.
• Pada jam 12:00 sudut yang menghasilkan daya keluaran paling besar adalah sudut 100 dengan kenaikan daya keluaran sebesar 18.43% terhadap daya keluaran panel surya dengan posisi horizontal.
• Pada jam 13:00 sudut yang menghasilkan daya keluaran paling besar adalah sudut 100 dengan kenaikan daya keluaran sebesar 4.51% terhadap daya keluaran panel surya dengan posisi horizontal.
• Pada jam 14:00 sudut yang menghasilkan daya keluaran paling besar adalah sudut 100 dengan kenaikan daya keluaran sebesar 3.45% terhadap daya keluaran panel surya dengan posisi horizontal.
• Pada jam 10:00 sudut yang menghasilkan daya keluaran paling besar adalah sudut 100 dengan kenaikan daya keluaran sebesar 13.06% terhadap daya keluaran panel surya dengan posisi horizontal.
4.5.3 Analisis Perbandingan Daya Keluaran Panel SuryaMengarah ke Titik Azimuth Matahari dengan Pengaturan Sudut Kemiringan dan Daya Keluaran Panel Surya Horizontal
Gambar 4.3 Perbandingan Daya Keluaran Panel Surya Mengarah ke Titik Azimuth Matahari dengan Pengaturan Sudut Kemiringan dan Daya Keluaran
Panel Surya Horizontal
Dilihat dari Gambar 4.3 sudut kemiringan yang membangkitkan daya keluaran paling besar berubah ubah pada setiap jam pengujian. Perubahan daya keluaran panel surya yakni:
• Pada pukul 09:00 sudut kemiringan yang membangkitkan daya paling besar adalah sudut 500 dengan kenaikan daya yang dibangkitkan sebesar 38.66% terhadap daya keluaran panel surya posisi horizontal. • Pada pukul 10:00 sudut kemiringan yang membangkitkan daya paling
besar adalah sudut 300 dengan kenaikan daya yang dibangkitkan sebesar 18.85% terhadap daya keluaran panel surya posisi horizontal. • Pada pukul 11:00 sudut kemiringan yang membangkitkan daya paling
besar adalah sudut 200 dengan kenaikan daya yang dibangkitkan sebesar 22.54% terhadap daya keluaran panel surya posisi horizontal. • Pada pukul 12:00 sudut kemiringan yang membangkitkan daya paling
besar adalah sudut 100 dengan kenaikan daya yang dibangkitkan sebesar 21.20% terhadap daya keluaran panel surya posisi horizontal.
40
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00
• Pada pukul 13:00 sudut kemiringan yang membangkitkan daya paling besar adalah sudut 200 dengan kenaikan daya yang dibangkitkan sebesar 10.94% terhadap daya keluaran panel surya posisi horizontal. • Pada pukul 14:00 sudut kemiringan yang membangkitkan daya paling
besar adalah sudut 300 dengan kenaikan daya yang dibangkitkan sebesar 12.86% terhadap daya keluaran panel surya posisi horizontal. • Pada pukul 15:00 sudut kemiringan yang membangkitkan daya paling
4.5.4Analisis Daya Keluaran Rata – Rata Masing – Masing Pengaturan Panel Surya dalam Satu Hari
Gambar 4.4 Perbandingan Daya Keluaran Rata - Rata Masing – Masing Pengaturan Panel Surya
Dari Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa peningkatan daya keluaranyang dihasilkan oleh panel surya dalam satu hari meningkat dengan adanya pengaturan sudut kemiringan. Untuk panel surya horizontal, daya keluaran rata – rata yang dibangkitkan adalah sebesar 64.72 Watt. Ketika pada panel surya dilakukan pengaturan sudut kemiringan dan arah panel surya mengarah ke selatan bumi, maka daya keluaran rata – rata yang dibangkitkan mengalami kenaikan sebesar 9.51% dari panel surya horizontal. Kemudian ketika panel surya dilakukan pengaturan sudut kemiringan dan mengarah ke titik azimuth matahari untuk setiap jamnya, maka daya keluaran rata – rata panel surya mengalami kenaikan sebesar 19.46 %.
4.6Perbandingan Sudut Kemiringan Optimal Hasil Pengukuran Daya Keluaran Dengan Hasil Perhitungan Sudut Sinar Datang Matahari
Pengaturan sudut kemiringan yang optimal berdasarkan hasil pengukuran daya keluaran panel surya dibandingkan dengan hasil perhitungan sudut sinar datang matahari. Semakin kecil nilai sudut sinar datang matahari maka arah permukaan panel surya semakin tegak lurus terhadap sinar matahari. Dengan begitu pengaturan sudut kemiringan panel surya dengan nilai sudut datang sinar matahari yang paling kecil adalah pengaturan sudut kemiringan yang optimal.
4.6.1 Perhitungan Sudut Sinar Datang Matahari pada Bidang Horizontal Nilai hasil perhitungan sudut sinar datang matahari pada panel surya dengan posisi horizontal dapat dilihat pada Gambar 4.5
Gambar 4.5 Sudut Sinar Datang Matahari Pada Permukaan Horizontal
Dari Gambar 4.5 dapat dilihat bahwa pada jam 12:00 nilai sudut sinar datang matahari berada pada nilai paling kecil. Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa intensitas radiasi yang diterima oleh panel surya pada jam 12:00 lebih banyak dikarenakan bahwa pemanenan maksimum untuk setiap intensitas matahari dicapai bila sudut datang adalah 00. Permukaan panel surya akan memantulkan lebih banyak cahaya ketika sinar cahaya yang datang tidak tegak
0
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00
4.6.2 Perhitungan Sudut Sinar Datang pada Bidang Miring dengan Panel Surya Mengarah ke Selatan Bumi
Nilai hasil perhitungan sudut sinar datang matahari pada panel surya dengan pengaturan sudut kemiringan dan arah panel ke selatan bumi dilihat pada Gambar 4.6
Gambar 4.6 Sudut Sinar datang Matahari Pada Permukaan Bidang Miring Panel Surya Mengarah ke Selatan Bumi
Dari hasil perhitungan sudut sinar datang matahari seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 4.6dapat dilihat bahwa pada sudut kemiringan 100 nilai sudut yang dibentuk antara matahari dengan permukaan panel surya memiliki nilai paling kecil dibandingkan dengan pengaturan sudut kemiringan lainnya. Oleh karena itu pada sudut kemiringan panel surya 100, panel surya berada hampir
tegak lurus dengan sinar datang matahari sehingga lebih banyak menangkap intensitas radiasi matahari. Hubungan antara besar sudut sinar datang matahari dengan besar daya keluaran yang dibangkitkan oleh panel surya pada sudut kemiringan 100 dapat dilihat pada Tabel 4.12
0
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00
Tabel 4.12 Sudut Kemiringan Optimal Hasi Pengukuran Daya Keluaran dan Hasil Perhitungan Sudut Sinar Datang Matahari
Jam Sudut Paling
Dari Tabel 4.12 dapat dilihat bahwa pada sudut kemiringan yang optimal, semakin kecil nilai sudut sinar datang maka semakin besar daya keluaran yang dibangkitkan oleh panel surya. Semakin tegak lurus arah panel surya terhadap matahari sehingga dapat menangkap intensitas radiasi dengan maksimal. Oleh karena itu, daya yang paling besar dibangkitkan pada jam 12:00 dikarenakan sudut yang dibentuk sinar datang matahari dengan panel surya hampir tegak lurus yaitu bernilai sebesar 3.140.
4.6.3 Perhitungan Sudut Sinar Datang Matahari pada Bidang Miring dengan Panel Surya Mengarah ke Titik Azimuth Matahari
Gambar 4.7 Sudut Sinar Datang Matahari Pada Permukaan Bidang Miring Panel Surya Mengarah ke Titik Azimuth Matahari
0
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00
Dari Gambar 4.7 dapat dilihat bahwa sudut sinar datang matahari yang paling kecil pada panel surya berubah – ubah untuk tiap jam pengujian, sehingga sudut kemiringan yang paling optimal juga berubah – ubah. Hal ini disebabkan
oleh adanya pergerakan matahari sehingga ktinggian matahari terhadap bidang datar bumi juga berubah untuk setiap jamnya. Pada hasil perhitungan, sudut datang sinar matahari yang paling kecil terjadi pada jam 12:00 pada sudut kemiringan panel sebesar 100.Hubungan sudut kemiringan optimal yang didapat berdasarkan besar sudut sinar datang matahari dengan sudut kemiringan optimal dari hasil pengukuran daya keluaran panel suya dapat dilihat pada Tabel 4.13
Tabel 4.13 Sudut Kemiringan Optimal Hasil Pengukuran Daya Keluaran dan Hasil Perhitungan Sudut Sinar Datang Matahari pada Panel Surya Mengarah ke
Titik Azimuth Matahari
4.7 Analisis Perhitungan Efisiensi Masing – Masing Pengaturan Panel Surya
Gambar 4.8 Perbandingan Efisiensi Masing – Masing Pengaturan Panel Surya
Dari Gambar 4.8 dapat dilihat perbandingan masing masing pengaturan panel surya. Efisensi panel surya meningkat dengan adanya pengaturan sudut
kemiringan pada panel surya. Adapun nilai peningkatan efisiensi akibat pengaturan sudut kemiringan dan arah panel surya adalah:
• Untuk pengaturan sudut kemiringan panel surya dengan panel surya mengarah keselatan bumi, kenaikan rata – rata efisiensi panel surya sebesar 9.44 % dari panel surya tanpa pengaturan sudut kemiringan. • Untuk pengaturan sudut kemiringan panel surya dengan panel surya
mengarah ke titik azimuth matahari, maka kenaikan rata – rata efisiensi panel surya sebesar 22.72% dari panel surya tanpa pengaturan sudut kemiringan.
• Untuk pengaturan sudut kemiringan panel surya dengan panel surya mengarah ke titik azimuth matahari, maka kenaikan rata – rata efisiensi panel surya sebesar 12.13% dari panel surya mengarah ke selatan bumi dengan pengaturan sudut kemiringan.
0
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5. 1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Pengaturan sudut kemiringan panel surya dengan arah panel surya
mengarah ke titik azimuth matahari membangkitkan daya keluaran panel surya paling besar dan memiliki efisiensi paling tinggi dibandingkan panel surya dengan posisi horizontal dan panel surya dengan pengaturan kemiringan mengarah ke selatan bumi yaitu 90.50 Watt dan efisiensi mencapai 28.333%
2. Sudut kemiringan panel surya yang membangkitkan daya paling besar
pada lokasi pengujian adalah sudut 100 dengan panel surya mengarah ke titik azimuth matahari.
3. Intensitas radiasi matahari berpengaruh terhadap daya keluaran panel surya.
5.2 Saran
Adapun saran yang diharapkan sebagai pengembangan Tugas Akhir ini adalah :
1. Penelitian dapat dilakukan dengan meneliti pengaruh bayangan objek disekitar panel surya yang mengenai panel surya terhadap daya keluaran yang dihasilkan panel surya.
2. Penelitian ini dapat dijadikan sebagai acuan pemasangan panel surya untuk kota Medan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Energi Matahari
Matahari merupakan materi yang tersusun dari gas yang sangat panas dengan diameter 1,39 x 109 m, dan jarak 1.5 x 1011 m dari bumi. Matahari memiliki suhu permukaan efektif 5777 K. Suhu di daerah inti matahari berkisar 8 x 106 sampai 40 x 106 dan densitasnya diperkirakan 100 kali lebih besar dari air. Matahari pada dasarnya adalah sebuah reaktor fusi kontinyu dengan gas penyusunnya tetap dipertahankan oleh gaya gravitasi. Energi yang dipancarkan oleh matahari berasal dari reaksi fusi. Energi diproduksi pada bagian dalam matahari dan terkirim ke permukaan dan kemudian teradiasi ke luar angkasa.
Matahari merupakan sumber utama bagi kehidupan di bumi, sumber energi yang dihasilkan oleh matahari berupa energi panas dan energi cahaya yang dipergunakan makhluk hidup untuk memenuhi kebutuhan hidupnya. Bumi menerima 175 x 10 5 Watt radiasi surya pada atmosfer terluar. Kurang lebih 30 % dari total radiasi terefleksi kembali ke ruang angkasa, dimana 70% sisanya terserap oleh awan, lautan, dan juga daratan.
2.1.1 Radiasi yang Dipancarkan Matahari
Jarak eksentrisitas orbit bumi sedemikian rupa sehingga jarak antara matahari dan bumi bervariasi sebesar 1,7%. Dari hasil pengukuran astronomi didapat jarak rata-rata bumi matahari adalah 1,495 x 1011 m dengan sudut kecenderungan matahari 320. Konstanta matahari (Gsc) adalah energi dari matahari
per unit waktu yang diterima pada satu unit luasan permukaan yang tegak lurus arah radiasi matahari pada jarak rata-rata matahari - bumi di luar atmosfer. World
Radiation Center (WRC) menetapkan nilai konstanta matahari (Gsc) sebesar 1367
Gambar 2.1 Hubungan Matahari dan Bumi
Intensitas radiasi matahari yang sampai ke bumi bergantung pada jarak antara matahari dan bumi yang dalam satu tahun bervariasi antara 1,47 x 108 Km dan 1,52 x 108 Km. Akibatnya radiasi matahari berfluktuasi antara 1325 W/m2 dan 1412W/m2. Nilai rata-rata yang dirujuk sebagai konstanta surya adalah 1367 W/m2. Nilai radiasi tersebut tidak mencapai permukaan bumi. Atmosfer bumi mengurangi insolasi melalui refleksi, penyerapan (oleh ozon, uap air, oksigen dan karbon dioksida) dan penyebaran (yang disebabkan oleh molekul udara, partikel debu atau polusi). Pada cuaca cerah pada siang hari, radiasi bisa mencapai 1000
W/m2 di permukaan bumi [2].
2.1.2 Radiasi Matahari Yang Diterima oleh Bumi
Radiasi matahari yang melewati atmosfer, sebagian diserap dan sebagian
a. Radiasi langsung (direct radiation atau beam radiation)
Radiasi langsung adalah radiasi yang diterima dari matahari dalam suatu garis lurus, tanpa penyebaran oleh atmosfer. Sinarnya sejajar satu sama lain; Oleh
karena itu radiasi langsung dapat meciptakan bayangan dan dapat dikonsentrasikan oleh cermin.
b. Radiasi tersebar (diffuse radiation)
Radiasi menyebar terdiri dari cahaya yang tersebar oleh atmosfer (udara, awan, 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 penyebaran sinar sangat bergantung pada kondisi cuaca.
c. Radiasi pantulan
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.
Radiasi total matahari pada permukaan bumi adalah adalah jumlah dari radiasi langsung, radiasi tersebar, dan radiasi pantulan. Gambar total radiasi matahari pada permukaan bumi dapat dilihat pada Gambar 2.2 [3].
Ada beberapa hal yang dapat mempengaruhi intensitas radiasi matahari pada bumi, yaitu [2]:
o Pengurangan intensitas karena refleksi oleh atmosfer bumi o Pengurangan intensitas karena penyerapan zat – zat di atmosfer o Pengurangan intensitas karena Rayleigh scattering
o Pengurangan intensitas karena Mie scattering
Sedangkan radiasi yang jatuh pada permukaan material akan mengalami refleksi, absorbs, dan transimisi. Refleksi adalah pemantulan dari sebagian radiasi tergantung pada harga indeks bias dan sudut datang radiasi. Refleksi spektakuler terjadi pemantulan sinar pada sebuah cermin datar dimana sudut datang sama dengan sudut pantul. Sedangkan refleksi difusi terjadi berupa pantulan kesegala arah. Transmisi menjelaskan besar nilai radiasi yang dapat diteruskan oleh suatu lapisan permukaan. Kemampuan penyerapan dari suatu permukaan merupakan hal yang penting pada pemanfaatan radiasi surya. Absorbsivitas menjelaskan besar nilai radiasi yang dapat diserap. Misalnya pada bagian absorber pada sebuah kolektor radiasi surya. Refleksi, transmisi dan absorbs adalah hal yang penting dalam proses pemanfaatan radiasi surya, karena menyangkut efektifitas pemanfaatan pada sebuah pengumpul radiasi surya.
2.2 Hubungan Geometri Matahari – Bumi 2.2.1 Sistem Koordinat Bumi
Garis lintang (latitude, φ) adalah garis maya yang melingkari bumi ditarik dari arah barat hingga ke timur atau sebaliknya , sejajar dengan equator (garis khatulistiwa), sedangkan Garis bujur (longitude, λ ) adalah garis maya yang ditarik dari kutub utara hingga ke kutub selatan atau sebaliknya.
δ = 23.45 sin (360 284+�
365 ) (2.1)
Dimana:
n= hari dalam tahun
Nilai n yang digunakan berdasarkan hari yang direkomendasikan dalam satu bulan untuk perhitungan radiasi matahari yang diterima panel surya
per-bulan.Tabel 2.1 menunjukkan nilai hari yang direkomendasikan untuk satu bulan
[1].
Tabel 2.1 Hari yang direkomendasikan untuk satu bulan, dan nilai n berdasarkan bulan
Bulan Nilai n untuk hari ke - i dari bulan
Rata – rata hari perbulan dalam setahun
ndigunakan untuk menyatakan waktu yang ditentukan dalam perhitungan
2.2.2 Posisi Matahari Terhadap Bidang Horizontal
Untuk menggambarkan posisi matahari terhadap permukaan horizontal di bumi setiap saat, sudut berdasarkan koordinat bumi perlu dipahami. Sudut tersebut ditunjukkan pada Gambar 2.3 [4]:
Gambar 2.3 Posisi Matahari Dijelaskan oleh Sudut – Sudut Matahari
Sudut ketinggian matahari (αs), adalah ketinggian matahari diukur dalam
derajat dari bidang datar bumi terhadap proyeksi sinar radiasi untuk posisi matahari. Ketika matahari berada di kaki langit, αs = 0° dan ketika berada tepat di
atas kepala, αs = 90°. Di sebagian besar lintang, matahari tidak akan pernah berada
langsung di atas kepala. Sudut ketinggian matahari dapat diperoleh dengan persamaan :
αs =90 - θz (2.2)
Dimana: θz= Sudut Zenith
Sudut zenith (θz), adalah sudut antara garis vertikal bidang normal dan garis datang sinar matahari. Sudut zenith dapat diperoleh dengan persamaan :
θz = cos-1 (cos φ x cos δ x cos ω + sin φ x sin δ) (2.3)
Dimana : φ = Garis lintang δ = Deklinasi
Azimuth matahari (γs) adalah sudut pada bidang horizontal antara proyeksi
sinar radiasi terhadap arah acuan utara atau selatan. Azimuth bernilai positif menunjukkan matahari berada di sebelah barat dari arah acuan selatan dan negatif
menunjukkan ketika matahari berada timur dari selatan. Sudut azimuth matahari dapat dihitung dengan persamaan dibawah, dimana +1 jika ω positif dan -1 jika ω negatif: tertentu terhadap posisi matahari tertinggi pada hari tersebut yang mana berada pada tengah hari jam matahari. Karena bumi berotasi sekali dalam setiap 24 jam,
sudut jam berubah sebesar 15° per jam dan bergerak sebesar 360° dalam satu hari. Sudut jam bernilai nol pada tengah hari matahari, bernilai negatif sebelum melewati garis meridian lokal, dan positif setelah melintasi. Sudut jam matahari dapat diperoleh dengan persamaan:
ω = (LST – 12 ) x 360
Dimana: LST (Local Solar Time) = Waktu matahari LT (Local Time) = Waktu lokal
LSTM(Local Standard Meridian Time) = Waktu berdasarkan GMT E (Equation of Time) = Perhitungan waktu
∆TGMT = Perbedaan waktu dengan GMT
Lamanya hari bervariasi untuk semua lintang sepanjang tahun sehingga ketinggian matahari (αs) juga berubah setiap jam dan setiap hari. Ketika radiasi
matahari pada kolektor matahari horizontal dihitung, dua sudut baru harus didefinisikan. Sudut kemiringan permukaan (ß) menunjukkan bagaimana kolektor miring terhadap bidang horisontal dimana pada kolektor horisontal sudut kemiringan (β) bernilai 0°. Sudut lain yang terkait untuk perhitungan adalah sudut permukaan azimut (γ), yang menunjukkan seberapa jauh kolektor matahari menyimpang dari sumbu utara atau selatan. Sudut ini diukur diantara proyeksi horizontal permukaan normal terhadap arah acuan utara atau selatan, dengan nilai 0 jika mengarah ke selatan dan bernilai negatif ke arah timur dari sumbu tersebut.
2.2.3 Posisi Matahari Terhadap Permukaan Bidang Miring
Pemanenan energi matahari dalam jumlah maksimum dapat dicapai jika sinar matahari tegak lurus terhadap arah kolektor (yaitu, sejajar dengan permukaan normal kolektor). Hal ini hanya dapat dicapai ketika sistem pelacakan surya digunakan untuk memodifikasi sudut kemiringan (β) atau azimuth permukaan (γ) atau kedua sudut selama operasi kolektor. Namun, sistem ini lebih mahal daripada kolektor yang tetap karena sistem bergeraknya [4].
Untuk periode ketika ketinggian matahari maksimum matahari pada posisi rendah, akan lebih aman untuk memasang kolektor dengan kemiringan yang lebih besar untuk meminimalkan sudut antara sinar matahari dan permukaan normal
kolektor. Untuk periode ketika matahari berada di jalur yang lebih tinggi di langit, sudut kemiringan harus kecil. Untuk pemanenan yang lebih maksimal beberapa sudut kemiringan dapat digunakan untuk beberapa kondisi dalam satu tahun.
Sudut datang matahari (θ) adalah sudut antara sinar radiasi matahari di permukaan terhadap garis bayangan normal permukaan kolektor. Pada θ = 0°, sinar matahari tegak lurus terhadap arah permukaan kolektor dan ketika θ = 90°, sinar matahari sejajar dengan permukaan kolektor. Sudut datang matahari dapat dperoleh dengan persamaan:
cos(θ) = sin(δ) sin(φ) cos(β) – sin(δ) cos(φ) sin(β) cos(γ) (2.6)
+ cos(δ) cos(φ) cos(β) cos(ω)
+ cos(δ) sin(φ) sin(β) cos(γ) cos(ω)
+ cos(δ) sin(β) sin(γ) sin(ω)
Dimana : φ = Garis lintang δ = Deklinasi
ω= Sudut jam matahari β = Sudut kemiringan
γ = Sudut azimut permukaan
Pemanenan maksimum untuk setiap intensitas matahari dicapai bila sudut datang adalah nol karena permukaan memantulkan lebih banyak cahaya ketika sinar cahaya yang datang tidak tegak lurus terhadap permukaan kolektor. Hubungan geometris antara sudut matahari terhadap permukaan ditunjukkan oleh
a b
Gambar 2.4 Hubungan geometris antara sudut matahari terhadap(a) permukaan horizontal. (b) permukaan dengan sudut kemiringan.
Dari Gambar 2.4a sudut sinar datang matahari (θ) bernilai sama dengan sudut zenith (θz) dikarenakan arah normal permukaan horizontal tegak lurus dengan arah vertikal zenith permukaan horizontal. Sementara pada Gambar 2.4b, sudut sinar datang matahari (θ) berubah dikarenakan arah normal permukaan bidang miring tidak sama dengan arah vertikal zenith permukaan horizontal.
2.3 Panel Surya
Photovoltaic adalah alat yang berfungsi untuk mengubah atau mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik. Panel surya terbuat dari bahan semikonduktor. Bahan yang sering dipakai untuk pembuatan panel surya adalah silikon.
ke dalam sel surya. Besar intensitas cahaya matahari berubah sesuai dengan pergeseran posisi matahari.
Dalam kenyataannya, panel surya yang selama ini digunakan memiliki
banyak variasi meliputi daya maksimum, tegangan, dan arus yang mampu dihasilkan oleh modul saat operasi. Tiappanel surya memiliki paramater yang berbeda-beda. Perbedaan utama terlihat dari tegangan rangkaian terbuka (Voc) dan arus hubung singkat (Isc).
2.3.1 Prinsip Kerja Panel Surya
Panel surya terbuat dari bahan semi konduktor yang tersusun dari lapisan tipe n dan tipe p . Lapisan tipe p dan lapisan tipe n yang bertemu akan menciptakan P – N junction. Prinsip kerja panel surya dapat dijelaskan sebagai berikut :
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).
yang didoping adalah netral. Materi tersebut disebut silikon tipe-p. Dengan demikian, semikonduktor tipe n dan p memudahkan elektron dan lubang untuk bergerak di semikonduktor. Gambar 2.5 menunjukkan konduksi ekstrinsik atom
silikon [2]
Gambar 2.5 Konduksi ektrinsik di dalam silikon n- dan p- doped
P – N Junction
Gambar 2.6 P – N junction
Dari Gambar 2.6 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.
Efek Photovoltaic
Ketikafoton daricahayadiserapolehelektronvalensisebuah atom, energielektronmeningkat sesuai dengandengan jumlah energidarifoton. Perpindahan elektron dikarenakan foton ditunjukkan oleh Gambar 2.7[5].
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 daripemanfaatanefekphotovoltaik untuk pembangkitan listrik adalah untuk menyalurkan elektron bebas melalui resistansi eksternal sebelum elektron bergabung kembali dengan lubang.
2.3.2 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[2] :
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.
o Sel silikon monocrystalline
Proses Czochralski (crucible drawing process) menjadi patokan dalam produksi silikon kristal tunggal untuk penggunaan peralatan yang berhubungan dengan bumi (terrestrial). Pada 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
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 2.8a, Gambar 2.8b, dan Gambar 2.8c [2].
a b
c
o 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 digunakan. Bentuk sel polycrystalline ditunjukkan oleh Gambar2.9a, Gambar 2.9b dan Gambar 2.9c [2].
a b
c Gambar 2.9. Bentuk Sel Polycrystalline
c. Sel polycrystalline dengan lapisan anti – reflektif dan garis grid hubung
Meskipun sama – sama terbuat dari silikonm sel surya moncrystalline berbeda
dengan sel surya polycrystalline. Perbedaan itu antara lain :
• Dari segi produksi, panel surya tipe monocrystalline dibuat dengan menggunakan proses Czochralski yang memiliki tingkat kerumitan tinggi sehingga harga jual panel surya monocrystalline mahal, sedangakan pembuatan panel surya tipe polycrystalline lebih sederhana sehingga harga jualnya lebih murah.
• Dari segi bentuk, monocrystalline berwarna hitam (berasal dari silikon murni) dan berbentuk bundar atau segidelapan. Bentuk ini mengakibatkan tingkat kerapatan antar sel rendah. Sedangkan polycrystalline berwarna kebiruan dan memiliki corak guratan biru (hasilkan dari proses
pendinginan dengan silikon seed) dan berbentuk persegi atau persegi panjang sehingga kerapatan antar sel cukup bagus.
• Dalam kondisi pengujian standar, panel monocrystalline memiliki efisiensi lebih tinggi dari panel surya tipe polycrystalline dan tipe panel surya lainnya.
• Pada suhu tinggi panel surya tipe polycrystalline menghasilkan daya lebih besar dari pada panel surya tipe monocrytalline.
2. Teknologi Sel Thin – Film
Gambar 2.10 Sel Thin - Film
Berdasarkan material penyusunnya, sel surya thin film ini digolongkan menjadi[2] :
o Amorfous Silicon (a-Si) Solar Cells.
Sel surya dengan bahan amorfous silicon ini awalnya banyak diterapkan pada kalkulator dan jam tangan. Namun seiring dengan perkembangan teknologi pembuatannya, penerapannya menjadi semakin luas. Teknik pembuatan dengan cara beberapa lapis amorpous silicon ditumpuk membentuk sel surya
o Cadmium Telluride (CdTe) Solar Cells.
Sel surya jenis ini mengandung bahan Candium Telluride yang memiliki efisiensi lebih tinggi dari sel surya amorphous silicon, yaitu sekitar 9%11%
o Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) Solar Cells.
CIGS sel surya memiliki efisiensi paling tinggi jika dibandingkan dengan a-Si dan CdTe yaitu sekitar 10% - 12%. Selalin itu jenis ini tidak mengandung bahan berbahaya Cadmium seperti pada sel surya CdTe.
2.4 Sifat – Sifat Elektrik pada Panel Surya
2.4.1 Kurva Karakteristik V vs I
Salah satu parameter untuk mengukur karakteristik dari panel surya adalah kurva arus hubung singkat (Isc) terhadap tegangan rangkaian terbuka (Voc) dapat dilihat pada Gambar 2.11 [2].
Gambar 2.11 Kurva Karakteristik V – I
Jika cahaya mengenai panel surya, akan membangkitkan tegangan sekitar 0.6 volt. Tegangan ini disebut tegangan rangkaian terbuka (Voc) adalah tegangan maksimum yang dapat dibangkitkan oleh sel surya yang dibaca pada saat arus tidak mengalir atau dengan kata lain tegangan maksimum panel surya yang terjadi ketika arus hubung singkat sama dengan nol.Tegangan rangkaian terbuka dapat diukur melalui dua kontak keluaran panel surya.
Arus hubung singkat (Isc) merupakan arus maksimal yang dapat dihasilkan oleh modul sel surya. Cara untuk mengukur nilai Isc dengan menggunakan ammeter yaitu dengan cara menghubung singkatkan kutub positif dengan kutub negatif pada terminal keluaran panel surya.
Faktor pengisi (FF) pada panel surya tipe silikon kristal berkisar antara 0.75 – 0.85, sedangkan untuk panel surya tipe amorphous berkisar antara 0.5 – 0.7. Nilai dari faktor pengisian dapat diperoleh dengan persamaan:
FF = ��� −ln(��� +0.72)
���+1 (2.7)
Dimana :VOC = Tegangan rangkaian terbuka pada sel surya (Volt)
2.4.2 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 di hasilkan panel surya semakin besar. Jika luas sel surya adalah (A) dengan intensitas (J) tertentu, maka daya input sel surya (Pin) adalah
Pin= JA (2.8)
Dimana : Pin = Daya yang di terima akibat irradiance 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 persamaan
Pout = �ocIsc FF (2.9)
Dengan: Pout=Daya yang dibangkitkan oleh sel surya (watt)
Voc =Tegangan rangkaian terbuka pada sel surya (volt) Isc =Arus hubung singkat pada sel surya (ampere)
2.4.3 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 sebagai berikut:
� =���������
�� x 100% (2.10)
� =����
��� ×100%
Dimana : η = Efisiensi sel surya (%)
Pout=Daya yang dibangkitkan oleh sel surya (watt)
Pin = Daya yang di terima akibat irradiance matahari (watt)
2.5 Faktor Pengoperasian Panel Surya
Besar daya keluaran yang dapat dihasilkan oleh panel surya bergantung pada beberapa faktor sebagai berikut [6]:
a.Efek Perubahan Pancaran Iradiasi Matahari
Gambar 2.12 Pengaruh Radiasi Matahari Terhadap Isc dan Voc Panel Surya
Dapat dilihatbahwaIscmeningkat secara signifikan terhadap peningkatanradiasi,sementarakenaikanteganganVocterjadi secara perlahan. Akibatnya daya 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, tegangan berkurang sekitar 0,0023 Volt/0C untuk jenis sel silikon crystalline atau sekitar 0,0028 Volt/0C untuk jenis sel film tipis. Daya listrik juga mengalami penurunan sampai 0,5%/0C untuk jenis silikon
(a) (b)
Gambar 2.13. Pengaruh Temperatur Terhadap: a. Kurva Arus – Tegangan
b. Kurva Tegangan- Daya
Dari Gambar 2.13 dapat dilihat ketikasuhu pada panelmeningkat, arus hubung singkat Iscmeningkatsedikit tetapitegangan rangkaian terbukasangatmenurun drastis terhadapsuhu. Daya maksimumjugamenurun terhadapsuhu panel yang meningkat.
c. Kecepatan angin yang bertiup di sekitar lokasi pemasangan panel surya.
Semakin kencang angin yang bertiup maka semakin cepat membantu
proses pendinginan pada permukaan temperatur panel surya sehingga menyebabkan temperatur permukaan panel surya semakin rendah. Jika temperatur permukaan panel surya semakin rendah maka tegangan yang dihasilkan oleh panel surya juga akan semakin besar, begitu pula sebaliknya jika angin yang bertiup di sekitar panel surya rendah maka tegangan keluaran panel surya akan semakin rendah karena temperatur sel surya menjadi tinggi.
d. Keadaan atmosfir bumi.
udara, kabut dan polusi udara juga menentukan hasil maksimal untuk arus listrik yang dihasilkan oleh panel surya.
e. Orientasi panel surya ke arah matahari secara optimal.
Panel surya yang terdapat pada bagian utara belahan bumi sebaiknya panel suryadiorientasikan 00 menghadap ke arah selatan menghadap garis khatulistiwa untuk menerima radiasi matahari yang paling tinggi. Sebaliknya panel surya dipasang pada belahan bumi bagian selatan maka panel surya sebaiknya diorientasikan sebesar 1800 menghadap ke arah utara menghadap ke garis khatulistiwa agar panel surya dapat mendapatkan radiasi matahari yang paling tinggi.
f. Sudut datang matahari (tilt angle)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Panel surya adalah bahan yang terbuat dari semikonduktor yang dapat megubah energi matahari menjadi energi listrik. Permasalahan utama dari penggunaan panel surya adalah daya keluaran yang dihasilkan oleh panel surya bergantung pada intensitas radiasi yang mampu ditangkap oleh panel surya. Besar radiasi yang ditangkap oleh panel surya berbanding lurus dengan daya keluaran yang dihasilkan. Dengan kata lain semakin besar intensitas radiasi yang ditangkap oleh panel surya maka semakin besar daya keluaran yang mampu dihasilkan oleh panel surya. Pemasangan panel surya yang tidak tepat akan mengakibatkan kurangnya intensitas radiasi yang ditangkap sehingga panel surya menghsilkan daya keluaran yang tidak maksimal.
Panel surya akan menangkap radiasi matahari secara maksimal apabila tegak lurus terhadap sinar datang matahari. Hal tersebut dapat dicapai dengan cara mengatur sudut kemiringian panel surya dan arah orientasi panel surya. Pada pengaturan sudut kemiringan dan arah orientasi panel surya, posisi matahari digunakan sebagai acuan untuk menentukan pengaturan panel surya yang optimal. Untuk menentukan sudut kemiringan dan arah orientasi panel surya yang optimal dapat dilakukan dengan cara mengukur daya keluaran maksimal yang dapat dihasilkan oleh panel surya untuk setiap pengaturan. Cara lain yang dapat
digunakan adalah dengan menghitung posisi matahari terhadap lokasi pemasangan panel surya untuk mengetahui sudut sinar datang matahari sehingga dapat ditentukan sudut kemiringan panel surya dan arah orientasi panel surya yang optimal.
optimal.Sehingga diharapkan dengan adanya Tugas Akhir ini dapat membantu dalam menentukan sudut kemiringan dan arah orientasi panel surya yang tepat pada pemasangan panel surya untuk kota Medan, Indonesia.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun masalah yang akan dianalisis dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Pengaruh sudut kemiringan panel surya tipe monocrystalline terhadap
terhadap efisiensi daya keluaran panel surya
2. Menentukan sudut kemiringan dan arah orientasi panel surya yang
optimal berdasarkan hasil pengukuran daya keluaran dan hasil perhitungan sudut sinar datang matahari untuk kota Medan.
1.3 Tujuan Penulisan
Penulisan Tugas Akhir ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh sudut kemiringan panel surya dan arah orientasi panel surya terhadap daya keluaran yang dihasilkan oleh panel surya.
1.4 Batasan Masalah
Agar pembahasan Tugas Akhir ini terfokus pada pembahasan judul yang telah disebutkan diatas, maka pernulis membatasi permasalahan yang akan dibahas. Adapun batasan masalahnya adalah :
1. Panel surya yang dipakai adalah tipe Monocrystalline 100 WP. 2. Pengukuran dilakukan di panel surya.
3. Perhitungan posisi geometri matahari terhadap bumi menggunakan
4. Lokasi yang dibahas pada Tugas Akhir ini adalah kota Medan yang secara astronomis terlektak pada 3° 30' – 3° 43' LU dan 98° 35' - 98° 44' BT
5. Tidak memperhitungkan pengaruh suhu panel surya.
1.5 Manfaat Penulisan
Manfaat penelitian ini adalah untuk memperoleh informasi tentang sudut kemiringan dan arah orientasi panel surya yang tepat sehingga didapatkan daya keluaran yang maksimal untuk lokasi yang dibahas pada Tugas Akhir ini.
1.6 Metode Penulisan
Metode yang digunakan pada penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Studi literatur
Yaitu dengan mempelajari buku referensi, jurnal, artikel dari internet, dan
bahan kuliah yang berkaitan dengan Tugas Akhir ini. 2. Diskusi
Yaitu berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing, masyarakat dan teman-teman sesama mahasiswa mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir ini berlangsung.
3. Studi lapangan
Melakukan pengujian di lantai 4 Departemen Teknik Elektro USU. 4. Melakukan analisis
1.7Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :
Bab I. Pendahuluan
Bab II. Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang energi matahari, hubungan geometri matahari dan bumi, photovoltaic, sifat – sifat elektrik panel surya, dan faktor pengoperasian
panel surya.
Bab III. Metode Penelitian
Bab ini berisi tentang peralatan dan bahan pengujian, variasi pengujian, dan prosedur pengujian.
Bab IV. Hasil dan Pembahasan
Bab ini berisi tentang hasil data pengujian dan analisis data.
Bab V. Kesimpulan dan Saran
ABSTRAK
Sudut kemiringan panel surya dan arah orientasi panel surya adalah salah satu parameter yang mempengaruhi daya keluaran panel surya. Panel surya menangkap intensitas radiasi secara maksimal apabila sudut kemiringan dan arah orientasi panel surya tegak lurus terhadap sinar datang matahari. Penelitian ini meneliti pengaruh sudut kemiringan dan arah orientasi panel surya terhadap daya keluaran yang dihasilkan panel surya.
TUGAS AKHIR
PENGARUH SUDUT KEMIRINGAN PANEL SURYA TIPE
MONOCRYSTALLINE TERHADAP EFISIENSI DAYA
KELUARAN PANEL SURYA
Diajukan untuk memenuhi persyaratan dalam
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
YEHEZKIEL MART NAIBAHO
ABSTRAK
Sudut kemiringan panel surya dan arah orientasi panel surya adalah salah satu parameter yang mempengaruhi daya keluaran panel surya. Panel surya menangkap intensitas radiasi secara maksimal apabila sudut kemiringan dan arah orientasi panel surya tegak lurus terhadap sinar datang matahari. Penelitian ini meneliti pengaruh sudut kemiringan dan arah orientasi panel surya terhadap daya keluaran yang dihasilkan panel surya.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan rahmat yang telah diberikan-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Pengaruh Sudut Kemiringan Panel Surya Tipe Monocrystalline Terhadap Efisiensi Daya Keluaran Panel Surya”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik
Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah mebesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, yaitu Harri Naibaho dan Ritani Purba, saudara kandung penulis, Mateus Frans Julio Naibaho, Ruth Amelya Naibaho, atas seluruh perhatian dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hari penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada :
1. Bapak Yulianta Siregar, ST, MT dan Ir. Arman Sani, MT selaku Dosen
Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini. Terima kasih sebesar – besarnya penulis ucapkan untuk Beliau.
2. Ibu Ir. Windalina Syafiar dan Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, MT, selaku dosen pembanding Tugas Akhir.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Dosen Wali penulis sekaligus Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU
5. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik ELektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Teman – teman stambuk 2010: Afron Sianturi, Jones Milan Simatupang,
Martua Nababan, Edy Sembiring, Novenri Ambarita , Daniel Sembiring, Fransisco Simbolon, Christover Pasaribu, Marthin Silalahi, Enda Duanta Ginting, Reikson Parhusip, Fontes Marpaung, Suhendri dan teman – teman 2010 lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
7. Teman – teman tim futsal “Marakas 66_60” yang memberikan waktunya
untuk menghibur baik didalam lapangan futsal maupun diluar lapangan futsal.
8. Semua abang – kakak senior dan adik – adik junior yang telah mau berbagi
pengalaman dan motivasi kepada penulis.
9. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, penulis
ucapkan terima kasih banyak.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak luput dari kesalahan – kesalahan, baik segi tata bahasa maupun dari segi ilmiah. Untuk itu, penulis akan menerima dengan terbuka, segala saran dan kritik yg ditujukan untuk memperbaiki Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi penulis dan pembaca.
Medan, Desember 2015
Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... x
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penulisan ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 2
1.5 Manfaat Penulisan ... 3
1.6 Metode Penulisan ... 3
1.7 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Energi Matahari ... 5
2.1.1. Radiasi yang Dipancarkan Matahari ... 5
2.1.2 Radiasi Matahari Yang Diterima oleh Bumi ... 6
2.2 Hubungan Geometri Matahari – Bumi ... 8
2.2.1 Sistem Koordinat Bumi ... 8
2.2.2 Posisi Matahari Terhadap Bidang Horizontal ... 10
2.2.3 Posisi Matahari Terhadap Permukaan Bidang Miring ... 12
2.3 Panel Surya ... 14
2.3.1 Prinsip Kerja Panel Surya ... 15
2.3.2 Jenis – Jenis Panel Surya ... 18
2.4.1 Kurva Karakteristik V vs I ... 23
2.4.2 Daya Panel Surya ... 24
2.4.3 Efisiensi Panel Surya ... 25
2.5 Faktor Pengoperasian Panel Surya ... 25
BAB III METODOLOGI PENGUJIAN ... 29
3.1 Peralatan dan Bahan Pengujian ... 29
3.2 Variasi Pengujian ... 33
3.3 Prosedur Pengujian ... 33
3.3.1 Percobaan Sudut Kemiringan Panel Surya Sejajar dengan Bidang Horizontal ... 33
3.3.2 Percobaan Pengaruh Sudut Kemiringan Panel Surya Dengan Panel Surya Mengarah ke Selatan Bumi ... 34
3.3.3 Percobaan Pengaruh Sudut Kemiringan Panel Surya dengan Panel Surya Mengarah ke Titik Azimuth Matahari ... 35
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 36
4.1 Perhitungan Geometri Matahari Terhadap Bumi ... 36
4.2 Pengukuran Tegangan Rangkaian Terbuka (Voc), Arus Hubung Singkat (Isc) dan Intensitas Radiasi Matahari ... 38
4.3 Hasil Perhitungan Daya Keluaran Panel Surya ... 41
4.4 Hasil Perhitungan Efisiensi Panel Surya ... 44
4.5 Analisis Daya Keluaran Panel Surya ... 47
4.5.1 Analisis Daya Keluaran Panel Surya Dengan Posisi Panel Surya Horizontal ... 47
4.5.2 Analisis Perbandingan Daya Keluaran Panel Surya Mengarah ke Selatan Bumi Dengan Pengaturan Sudut Kemiringan dan Daya Keluaran Panel Surya Horizontal ... 48
4.5.4 Perbandingan Daya Keluaran Maksimum Masing – Masing Pengaturan
Panel Surya ... 52
4.6 Perbandingan Sudut Kemiringan Optimal Hasil Pengukuran Daya Keluaran Dengan Hasil Perhitungan Sudut Sinar Datang Matahari ... 53 4.6.1 Perhitungan Sudut Sinar Datang Matahari pada Bidang Horizontal .... 53
4.6.2 Perhitungan Sudut Sinar Datang pada Bidang Miring dengan Panel Surya Mengarah ke Selatan Bumi ... 54
4.6.3 Perhitungan Sudut Sinar Datang Matahari pada Bidang Miring dengan Panel Surya Mengarah ke Titik Azimuth Matahari ... 55
4.7 Analisis Perhitungan Efisiensi Masing – Masing Pengaturan Panel Surya 57 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 58 5. 1 Kesimpulan ... 58
5.2 Saran ... 58 DAFTAR PUSTAKA
