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
i 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.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus sebagai Juru Selamatku
yang hidup atas segala berkat dan rahmat yang telah diberikan-Nya kepada penulis, sehingga
penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Analisis Karakteristik
PHOTOVOLTAIC Berdasarkan Data Hasil Pengukuran Secara Real Time Menggunakan
Arduino Energi Meter”. 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 membesarkan
penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, yaitu Saut Napitupulu dan Diana
Tampubolon, saudara kandung penulis, Ester Napitupulu, Yatsiomy Napitupulu, Desyi
Napitupulu, Andreas Napitupulu dan Ricky Napitupulu 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 hati penulis hendak
menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Arman Sani, M.T. 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. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. danRahmad Fauzi, S.T., M.T., selaku dosen
pembanding Tugas Akhir.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., selaku Dosen Wali penulis sekaligus Ketua
Departemen Teknik Elektro FT USU
4. Bapak Rachmat Fauzi, S.T., M.T., selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT
iii 5. Bapak Yulianta Siregar, S.T., M.T, selaku dosen yang telah mengarahkan saya kepada
dosen yang bersedia membimbing saya.
6. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
7. Teman – teman stambuk 2011: Andri Simamora, Andriadi Sinaga, Juanda Hasugian,
Hans Sihombing, Harry Pandjaitan, Hendrik Hutagalung, Syahlan Hutagaol, Samgar
Siahaan dan teman – teman stambuk 2011 lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per
satu.
8. Teman – teman Pelayanan: Rianto Pakpahan, S.T., Dasma Sipayung, S.Si., Johny
Hutabarat, S.Hut. dan teman-teman lain yang tidak bisa penulis ucapkan satu per satu.
9. Teman – teman Persekutuan Doa Filipi, Maranata dan KMKS yang memberikan
waktunya untuk memberikan motivasi dan doa.
10.Teman Asisten Lab, Royansyah Ginting, juga Iqnatius Sirait yang bersedia memberikan
waktunya dan berbagi ilmu.
11.Teman – teman mahasiswa Teknik Mesin USU stambuk 2011 yang bersedia membantu
dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.
12.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, 30 Mei 2016
Penulis
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN………..1
1.1Latar Belakang………...1
1.2Perumusan masalah………..2
1.3Tujuan Penelitian………..2
1.4Batasan Masalah……….…..2
1.5Manfaat Penelitian………3
1.6Metode Penelitian ………3
1.7Sistematika Penulisan……….………..3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA……….……….…..5
2.1 Energi Matahari……….………...5
2.2 Energi Matahari Mencapai Permukaan Bumi……….……….……....5
2.3 Spektrum Cahaya Matahari……….……….7
2.4 Gerakan Posisi Matahari ……….……….…….………..8
2.5 Photovoltaic………..….……...9
2.5.1 Cara Kerja Sel Photovoltaic ………..…….…..…9
2.5.2 Semikonduktor ……….…………..10
2.5.3 P-N Junction ……….…………..11
2.5.4 Efek Photovoltaic ……….…………..12
2.5.5 Modul Photovoltaic ……….…………...13
2.6 Jenis- jenis Panel Surya ……….………13
2.6.1 Sifat-sifat Elektrik pada Panel Surya ...…….……….……….…....16
2.6.2 Karakteristik Panel Surya .……….……….17
v
2.6.5 Faktor Pengoperasian Panel Surya……….….19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN……….………...22
3.1 Proses Penelitian ………...22
3.2 Sistem Pengukuran Panel Surya…….……….….………….23
3.3 Peralatan dan Bahan Pengukuran ...……….…….…………24
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS DATA………….……….…….…….28
4.1 Kondisi Pengujian Penelitian ………..………….….28
4.2 Pengukuran Tanpa Beban……….………..……….….….31
4.3 Hasil Perhitungan Daya Keluaran Panel Surya.………..………….…..33
4.4 Hasil Perhitungan Efisiensi Keluaran Panel Surya...……….………….…...36
4.5 Analisis Karakteristik Parameter Keluaran Panel Surya………...…….40
4.6 Analisis Daya Keluaran Panel Surya………...…....44
4.7 Analisis Efisiensi Kinerja Panel Surya……….………...45
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……….….……….…....46
5.1 Kesimpulan……….………….……….…..46
5.2 Saran……….………….……..…………...46
DAFTAR PUSTAKA……….………….…...47
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Berbagai Komponen Radiasi Terhadap Permukaan Bumi …...…….…... 5
Gambar 2.2 Distribusi Radiasi Matahari……….………….…... 6
Gambar 2.3Spektrum Distribusi Radiasi ………....….…... 7
Gambar 2.4 Gerakan Posisi Matahari ……….………….…... 9
Gambar 2.5 Cara Kerja Sel surya……….………….…... 10
Gambar 2.6 Konduksi Ektrinsik di dalam Silikon n- dan p- Doped…….…... 11 Gambar 2.7 P-N Junction……….………….…... 11
Gambar 2.8 Perpindahan Elektron pada P-N Junction……….………….…...12
Gambar 2.9 Modul Photovoltaic ………... 13 Gambar 2.10 Bentuk Sel Monocrystalline ……….………….…... 14 Gambar 2.11 Bentuk Sel Polycrystalline……….………….…... 15
Gambar 2.12 Sel Thin Film……….………….…... 15
Gambar 2.13 Amorfous Silicon Solar Sel ……….……… 16
Gambar 2.14 CdTe Module ……….………. 16
Gambar 2.15 Kurva Karakteristik I-V .…..……….…... 17
Gambar 2.16 Pengaruh Radiasi Matahari Terhadap Isc dan Voc Panel Surya... 20
Gambar 2.17 Pengaruh Temperatur.…..……….…... 21
vii
Gambar 3.2 Sistem Pemantauan Panel Surya ……… 23
Gambar 3.3 Panel Surya Tipe Polycrystalline…………... 25
Gambar 3.4 Panel Surya Tipe Monocrystalline….…….…...26
Gambar 3.5 Komponen Arduino Energi Meter ...…...27
Gambar 4.1 Grafik Intensitas Cahaya Matahari Saat Pengukuran ...29
Gambar 4.2 Pengukuran Tanpa Beban pada Panel Surya...31
Gambar 4.3 Pengambilan Data dan Memonitor Langsung Kinerja Panel Surya Secara Real Time………... 32
Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Radiasi Terhadap Perubahan Tegangan Voc Panel Surya... 41 Gambar 4.5 Grafik Pengaruh Radiasi Terhadap Perubahan Arus Isc Panel Surya………... 42 Gambar 4.6 Grafik Perubahan Intensitas dan Perubahan Temperatur ……... 43
Gambar 4.7 Grafik Perubahan Daya Keluaran Panel Surya…………... 44
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Spesifikasi Pyranometer .……… 24
Tabel 3.2 Spesifikasi Panel Surya Jenis Polycrystalline Tipe RPV-100-P10…..………..25
Tabel 3.3 Spesifikasi Panel Surya Jenis Monocrystalline Tipe RPV-100-M10……..…………..26
Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Radiasi Matahari Pengukuran Menggunakan Pyranometer ……....
28
Tabel 4.2 Sampel Perhitungan Rata-rata Besar Intensitas Cahaya Matahari
…...30
Tabel 4.3 Besar Rata-rata Intensitas Cahaya Matahari Tiap Jam ……….30
Tabel 4.4 Sampel Data Perolehan dan Perhitungan dalam Waktu 1 Menit dengan Waktu Tunda
10 detik
……….………..32
Tabel 4.5 Nilai Intensitas Cahaya Matahari, Isc,Voc dan Temperatur dengan Panel Surya pada
Posisi 00 Terhadap Bidang Horizontal Lantai ....………...…33
Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Nilai FF pada Panel Surya ………..……….………
35
Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Daya Keluaran Panel Surya…………..………...………... 36
Tabel 4.8 a) Hasil Pehitungan Efisiensi Panel Surya Jenis Polycrystalline………….….……... 40
