1
SUDUT DATANG SINAR MATAHARI
SKRIPSI
Di ajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro
DONA INDRA PRASETYA
1303030014
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK DAN SAINS
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO
2018
i
ii
iv
v
MOTTO
Kerjakan apa kewajiban kita
vi
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena limpahan kasih sayang- Nya serta kuasa-Nya penyusunan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Shalawat serta salam semoga sela tercurah kepada Baginda Besar Nabi Muhammad SAW.
Penulisan Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar sarjana pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Perwokerto. Judul yang penlis ajukan adalah “Analisis Pengaruh Penambahan Pada Reflector Terhadap Daya Keluaran Modul Solar Cell Dengan Memperhatikan Sudut Datang Sinar Matahari”
Pada kesempatan ini penyusun menyampaikan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada semua pihak yang terlibat dalam pembuatan Tugas Akhir ini. Kiranya Allah SWT yang akan membalas semua kebaikan yang telah diberikan kepada penulis. Ucapan terima kasih penulis tujukan kepada :
1. Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah serta inayah-Nya, sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Purwokerto.
2. Keluarga yang senantiasa mendukung dan mendoakan selama Tugas Akhir dilaksanakan.
3. Bapak Muhammad Taufiq Tamam selaku Dekan Fakultas Teknik dan Sains Universitas Muhammadiyah Purwokerto dan Pembimbing Akademik angkatan 2013 yang selalu mengarahkan mahasiswanya untuk menjadi pribadi yang lebih baik lagi di masa yang akan datang dan selalu mendukung mahasiswanya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Winarso selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro sekaligus pembimbing yang tidak pernah lelah membimbing mahasiswa dalam mengerjakan Tugas Akhir hingga selesai pelaksanaannya.
vii
5. Bapak Wahyu Dwiyono selaku pemimbing yang sudah berpengalaman memberi banyak ilmu dari awal pelaksanaan sampai akhir.
6. Pak Bayu, pak Fadil yang senantiasa membantu pelaksanaan penelitian di laboratorium.
7. Staf TU yang membantu dalam hal administratif.
8. Teman-teman mahasiswa Teknik Elektro angkatan 2012, angkatan 2013, angkatan 2014, angkatan 2015, angkatan 2016 dan angkatan 2017 yang selalu mendukung dan berbagi kebahagian bersama.
9. Kakak-kakak alumni Teknik Elektro UMP yang tak pernah lelah membantu dan memberikan saran ketika terdapat kesulitan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.
10.Teman-teman dari semua prodi yang telah membantu dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.
Sadar bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, maka dari itu mengharapkan saran dan kritik dari para pembaca demi kesempurnaan laporan ini. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kami khususnya dan bagi para pembaca.
Purwokerto, 2 Agustus 2018
Dona Indra Prasetya
viii
ANALISIS PENGARUH PENAMBAHAN REFLEKTOR TERHADAP KELUARAN MODUL SOLAR CELL DENGAN MEMPERHATIKAN
SUDUT DATANG SINAR MATAHARI
INTISARI
Listrik merupakan kebutuhan sekunder yang penting bagi manusia, sehingga kebutuhan energi listrik akan terus meningkat. Banyak usaha yang sedang dilakukan untuk meningkatkan sumber-sumber energi alternatif yang sering disebut sebagai sumber energi terbarukan. Energi surya photovoltaic dapat memberikan lebih banyak energi di masa depan dibandingkan dengan energi terbarukan lainnya karena sumber energi cahaya matahari akan ada setiap hari. Solar cell merupakan salah satu pembangkit listrik terbarukan yang sangat potensial untuk digunakan di masa mendatang. Daya keluaran dari solar cell selama ini kurang dapat dioptimalkan. Oleh karena itu diperlukan solusi yang dapat mengoptimalkan daya keluaran dari solar cell. Penggunaan cermin datar sebagai reflector diharapkan dapat menjadi solusi untuk mengoptimalkan daya keluaran dari solar cell. Pada solar cell menggunanakan reflektor dan mengikuti sinar Matahari daya keluaran 19,80487342 W dan 21,94037763 W, dan pada solar cell menggunakan reflektor dan posisi horisontal daya keluaran 10,07553386 W dan 7,552705789 W, sedangkan pada solar cell tanpa reflektor posisi horisontal 12,09066754 W, 12,63633842 W, 5,475188114 W, dan 7,757088 W. Ternyata dari penelitian ini solar cell dengan reflektor dan mengikuti sinar matahari paling efisien karena perbandingan dengan tanpa reflektor posisi horisontal pada hari yang sama stabil 38,95104863 % dan 42,40601218 % .
Kata kunci : Energi Alternatif, solar cell, reflector.
ix
ANALYSIS OF EFFECT OF ADDITIONAL REFLECTOR ON THE OUT OF SOLAR CELL MODULEWITH READING
THE CORNER OF THE SUNLIGHT
ABSTRACT
Electricity is an important secondary need for the People, so the need for electrical energy will continue to increase. Much effort is being made to improve alternative energy sources often referred to as renewable energy sources. Solar photovoltaic energy can provide more energy in the future compared to other renewable energy because the source of solar energy will continue every day. Solar cell is the most potential renewable power plants to use in the future. The output power of the solar cell has been less optimized. Therefore we need a solution that can optimize the output power of the solar cell. The use of a flat mirror as a reflector is expected to be a solution to optimize the output power of the solar cell. In the solar cell that being installed reflectors and followed the sunlight the output power is 19,80487342 W and 21,94037763 W, and in the solar cell that being installed reflector and fix position of output power 10,07553386 W and 7,552705789 W, while in solar cell without reflector fix position 12,090,66754 W, 12,63633842 W, 5,475188114 W, and 7,757088 W. It turns out from this research solar cellthat being installed reflector and followed the sun the most efficient because the comparison with without reflector fix position on the same day stable 38,95104863 % and 42.40601218%
Keywords: Alternative Energy, solar cell, reflector.
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINILITAS ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... v
1.4 Tujuan Penelitian ... 5
1.5 Manfaat Penelitian ... 5
1.6 Metodologi Penelitian ... 6
1.7 Sistematika Penulisan ... 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Hasil Penelitian Terdahulu ... 8
2.2 Distribusi Radiasi Matahari... 11
2.3 Radiasi Matahari pada Permukaan Bumi ... 11
2.4 Pengaruh Posisi Panel Surya (photovoltaic) terdapat pergerakan Arah Matahari ... 14
2.5 Pengaruh Revolusi Bumi ... 18
2.6 Photovoltaic (PV) ... 19
2.6.1 Prinsip Kerja Panel Surya (photovoltaic) ... 22
2.6.2 Jenis Solarcell... 26
2.6.3 Sifat – sifat Elektrik pada photovoltaic ... 30
2.6.4 Karakteristik dari photovoltaic ... 32
2.7 Karakteristik Tegangan – Arus pada photovoltaic ... 33
2.8 Reflektor (cermin) ... 36
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 37
3.2 Studi Literatur ... 39
3.3 Data Teknis Peralatan dan Alat Ukur yang dipakai ... 39
3.4 Tahap Pengujian ... 40
3.5 Metode pengumpulan data ... 43 BAB IV ANALISIS DATA
xi
4.1 Perhitungan Letak Geografis sebelum melakukan Pengujian
Photovoltaic ... 45 4.2 Grafik Data Hasil Pengujian Panel Surya ... 49 BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ... 54 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Distribusi radiasi Matahari sampai kepermukaan Bumi ... 12
Gambar 2.2 Beberapa Sudut Penting Energi Surya ... 17
Gambar 2.3 Pergerakan Bumi Mengeilingi Matahari ... 18
Gambar 2.4 Contoh Sel Photovoltaic ... 21
Gambar 2.5 Struktur Kristal Silikon dan Konduktif Intrinsik... 22
Gambar 2.6 Konduksi ekstrinsik pada silikon n-doped dan p-doped ... 23
Gambar 2.7 Pembentukan daerah muatan ruang pada sambung p-n melalui difusi elektron dan lubang ... 24
Gambar 2.8 Proses Pembangkitan Energi listrik pada sebuah Photovoltaic ... 26
Gambar 2.9 Sel surya Monocrystalline ... 27
Gambar 2.10 Panel Surya tipe polycristalline ... 28
Gambar 2.11 Struktur Lapisan sel Amorphous ... 29
Gambar 2.12 Pengaruh Iradiasi, E pada Karakteristik I-V dari Sel Surya ... 31
Gambar 2.13 Kemampuan Photovoltaic pada Beberapa Variasi Temperatur dengan Irradiance 1000 W/m kuadrat ... 32
Gambar 2.14 Karakteristik Tegangan Arus dan Kurva Daya ... 33
Gambar 2.15 Karakteristik Tegangan-Arus pada Silikon Photovoltaic ... 34
Gambar 2.16 Pemantulan Cermin Datar ... 36
Gambar 3.1 Diagram Alir Peneitian Sel Surya Mengikuti Sinar Matahari... 37
Gambar 3.2 Diagram Alir penelitian solar cell dengan Reflektor dan posisi Horisontal ... 38
Gambar 3.3 Diagram Alir penelitian solar cell tanpa Reflektor dan posisi Horisontal ... 38
Gambar 3.4 Skema Pngukuran Panel Surya ... 41
Gambar 3.5 Rangkaian Eksperimen ... 42
Gambar 3.6 Rangkaian Beban... 42
Gambar 3.7 Gambar Eksperimen ... 43
Gambar 4.1 Gambar Ilustrasi Sudut – sudut yang digunakan ... 45
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Sudut Jam Matahari terhadap Waktu ... 49
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Sudut zimuth Matahari terhadap Waktu ... 50
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Sudut Kemiringan Panel Surya terhadap Waktu ... 51
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Daya Keluaran terhadap Waktu pada tanggal 10 Mei 2018 ... 52
Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Panel Surya dengan Reflektor dan tanpa Reflektor pada tanggal 15 Mei 2018 ... 53
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Data Acuan Penentuan Sudut Deklinasi ... 17 Tabel 2.2 Perbandingan Efisiensi Material Bahan Pembuat Photovoltaic ... 30
xiv
