Studi Performansi Photovoltaic (PV) Dihubung Seri dan Paralel

(1)

TUGAS AKHIR

Studi Performansi Photovoltaic (PV)

Dihubung Seri dan Paralel

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalam Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik

Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh:

NIM: 120402038 YOSE GUNAWAN

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

Abstrak

Kebutuhan akan energi fosil mulai menipis saat ini menjadikan penggunaan

energi surya untuk memenuhi kebutuhan manusia akan energi menjadi pilihan

yang tepat. Penggunaan energi matahari menjadi pilihan karena sifat sumber

energi matahari yang tidak akan habis, serta penggunaan dan pengaplikasiannya

yang mudah dibanding sumber energi terbarukan yang lain. Adapun performansi

dari photovoltaic (PV) dipengaruhi oleh Irradiance cahaya matahari dan suhu atau

temperatur. Tulisan ini membahas tentang perbandingan performansi PV hasil

simulasi dengan BPSX 60 dan membandingkan performansi PV jika dihubung

seri dan paralel dengan menggunakan data intensitas radiasi cahaya matahari dan

suhu matahari Kota Medan 4 tahun terakhir yakni tahun 2013-2016. Hasil

simulasi melalui software Matlab menunjukan bahwa PV yang dirangkai seri akan

menghasilkan daya keluaran yang sama dengan PV dihubung paralel, tetapi nilai

tegangan dan arus nya saja yang berbeda. Dan untuk menghubungkan ke sebuah

rumah dengan tegangan 220 Volt dan daya 1000 Watt, PV BPSX 60 Watt perlu di

serikan sebanyak 16 kali dan di paralelkan sebanyak 5 kali.

(4)

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha

Esayang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus

diselesaikanuntuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana

Strata Satu diDepartemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera

Utara.Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

“STUDI PERFORMANSI PHOTOVOLTAIC (PV)

DIHUBUNG SERI DAN PARALEL”

Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah

membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya dan juga

kepada kakak dan abang penulis yang selalu memberikan semangat dan

mendoakan penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya

Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan

dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan

terima kasih kepada:

1. Ibu Syiska Yana, S.T., M.T., selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir yang

telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu memberikan

bantuan, bimbingan dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan

(5)

2. Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang

telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini serta

senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., selaku Dosen Penguji Tugas

Akhir,dan selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah

banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir dan telah

banyak memberikan motivasi dan pelajaran selama masa perkuliahan.

4. Bapak Fahmi, S.T., M.Sc., selaku dosen wali penulis yang banyak

memberikan masukan dan pengarahan selama perkuliahan.

5. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta

memberikanpengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan

kepada penulis.

6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah

membantu penulis dalam pengurusan administrasi.

7. Sahabat-sahabat terbaik pemberi saran, motivasi, dukungan dan cerita

yang sangat sering membantu penulis selama masa pengerjaan Tugas

Akhir: Wiratman, Ely, Arif Piliang, Mahatir, Guntur, Yudha, Oyen, Juned,

Muadzah, Sudarmin, Fajar, Gomgom, Valentino, Bobby, Ricart, Rio,

Begin, Johannes, Marco, Ira, Fauzan, Gading dan seluruh teman-teman

stambuk 2012 yang tidak mungkin disebutkan satu per satu.

8. Cici Rinda Shen yang selalu memberikan motivasi, dukungan dan waktu

kepada penulis dalam mengerjakan Tugas akhir ini.

9. Kepada teman-teman Team WP GYM yang juga selalu memberikan

(6)

10.Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah

memberikan bantuan dan dukungan.

11.Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena

itu penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk

menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini.Akhir kata penulis

berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, September 2016

Penulis,

Yose Gunawan

(7)

DAFTAR ISI

Abstak ... i

Kata Pengantar ... ii

Daftar Isi... v

Daftar Gambar ... vii

Daftar Tabel ... x

BAB I Pendahuluan ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 4

1.3 Tujuan ... 5

1.4 Batasan Masalah ... 5

1.5 Manfaat ... 5

BAB II Tinjauan Pustaka ... 6

2.1Sel Surya (Photovoltaic) ... 6

2.1.1 Prinsip Kerja Sel Surya ... 8

2.1.2 Rangkaian Ekivalen Sel Surya ... 13

2.1.3 Kurva Karakteristik Sel Surya ... 16

2.1.4 Faktor Pengoperasian Sel Surya... 21

2.2PV Terhubung Seri dan Paralel ... 22

2.2.1 PV Terhubung Seri ... 23

2.2.2 PV Terhubung Paralel ... 24

BAB III Metode Penelitian ... 26

3.1Tempat dan Waktu ... 26

3.2Bahan dan Peralatan ... 26

3.3Variabel yang Diamati ... 26

(8)

BAB IV Hasil dan Analisis ... 30

4.1Umum ... 30

4.2Model Rangkaian ... 31

4.3Hasil Simulasi ... 33

4.3.1 Melihat Karakteristik V-I dan V-P 1 PV... 33

4.3.2 Melihat Karakteristik V-I dan V-P 2 PV dihubung seri ... 41

4.3.3 Melihat Karakteristik V-I dan V-P 2 PV dihubung Paralel ... 48

4.4Perbandingan Performansi PV ... 55

4.4.1 Perbandingan Simulasi 1PV dengna BPSX60 ... 56

4.4.2 Perbandingan Simulasi 2PV dihubung seri dan paralel ... 57

BAB V Kesimpulan dan Saran ... 58

5.1Kesimpulan ... 58

5.2Saran ... 59

Daftar Pustaka

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Pemanfaatan sel surya ... 2

Gambar 2.1 Hirarki Modul Sel Surya (Sel-Modul-Panel-Array)... 8

Gambar 2.2 Prinsip Kerja Sel Surya ... 9

Gambar 2.3 Modul surya dirangkai seri ... 10

Gambar 2.4 P-N Junction Solar Sel ... 11

Gambar 2.5 Rangkaian Ekivalen PV (Sel Surya) ... 13

Gambar 2.6 Kurva Karakteristik Arus-Tegangan dan Daya-Tegangan ... 16

Gambar 2.7 Kurva Karakteristik Akibat Variasi Irradiance Matahari ... 19

Gambar 2.8 Kurva Karakteristik Sel Surya Akibat Variasi Suhu ... 20

Gambar 2.9 Kurva Karakteristik Pembebanan Sel Surya ... 20

Gambar 2.10 Analogi hidrolik dari sambungan listrik seri. ... 23

Gambar 2.11 Kurva Karakteristik Pemasangan PV secara seri ... 24

Gambar 2.12 Analogi hidrolik dari sambungan listrik paralel ... 25

Gambar 2.13 Kurva Karakteristik Pemasangan PV secara paralel ... 25

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 27

Gambar 4.1 Blok Diagram 1 PV ... 32

Gambar 4.2 Blok Diagram 2 PV dihubung seri ... 32

Gambar 4.3 Blok Diagram 2 PV dihubung paralel ... 33

Gambar 4.4 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 1 PV ... 34

(10)

Gambar 4.6 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 1 PV dengan iradiansi

tetap, suhu berubah... 38

Gambar 4.7 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi rata-rata dan suhu

rata-rata ... 39

Gambar 4.8 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi maksimum dan

suhu maksimum ... 40

Gambar 4.9 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi minimum dan suhu

minimum ... 41

Gambar 4.10 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV seri ... 42

berubah, suhu tetap... 44

tetap, suhu berubah... 46

Gambar 4.13 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi rata-rata dan suhu

rata-rata ... 47

Gambar 4.15 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi minimum dan

suhu minimum ... 49

Gambar 4.16 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV dihubung paralel50

Gambar 4.17 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV dihubung seri

dengan iradiansi berubah, suhu tetap ... 52

Gambar 4.18 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV dihubung seri

(11)

Gambar 4.21 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi minimum dan

suhu minimum ... 57

Gambar 4.22 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I PV BPSX 60 Watt terhubung 21

kali seri dan 6 kali paralel ... 58

Gambar 4.23 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I PV Yingli 60 Watt terhubung 21

kali seri dan 6 kali paralel ... 59

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Rata-rata IntensitasRadiasi Matahari (W/m2) ... 3

Tabel 1.2 Rata-rata Suhu Udara (Derajat Celcius)... 3

Tabel 4.1 Parameter panel surya BPSX-60 ... 31

Tabel 4.2 Hasil Simulasi 1 PV ... 35

Tabel 4.3 Hasil Simulasi 1 PV dengan iradiansi berubah, suhu tetap... 36

Tabel 4.4 Hasil Simulasi 1 PV dengan iradiansi tetap, suhu berubah... 37

Tabel 4.5 Hasil Simulasi 2 PV dihubung seri ... 42

Tabel 4.6 Hasil Simulasi 2 PV dihubung seri dengan iradiansi berubah, suhu tetap ... 43

Tabel 4.7 Hasil Simulasi 2 PV dihubung seri dengan iradiansi tetap suhu berubah ... 44

Tabel 4.8 Hasil Simulasi 2 PV dihubung paralel ... 49

Tabel 4.9 Hasil Simulasi 2 PV dihubung paralel dengan iradiansi berubah, suhu tetap ... 50