BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sel Surya (Photovoltaic)Sel surya merupakan suatu sel yang terbuat dari semikonduktor dan berfungsi untuk mengkonversi cahaya matahari menjadi energi listrik.Konversi energi listrik yang dihasilkan dari iradiansi cahaya pada suatu sel semikonduktor diketahui sebagai efek photovoltaic.Photovoltaic adalah teknologi yang berfungsi untuk mengubah ataumengkonversi radiasi matahari menjadi energi listrik secara langsung.Photovoltaicbiasanya dikemas dalam sebuah unit yang disebut modul.Dalam sebuah modulsurya terdiri dari banyak sel surya yang bisa disusun secara seri maupun paralel.Sedangkan yang dimaksud dengan surya adalah sebuah elemen semikonduktoryang dapat mengkonversi energi surya menjadi energi listrik atas dasar efekphotovoltaic.Solar cell mulai popular akhir-akhir ini, selain mulai menipisnyacadangan enegi fosil dan isu global warming.energi yang dihasilkan juga sangatmurah karena sumber energi (matahari) bisa didapatkan secara gratis[3].
Saat tengah hari yang cerah radiasi sinar matahari mampu mencapai 1000 watt permeter persegi. Jika sebuahpiranti semikonduktor seluas satu meter persegi memiliki efisiensi 10%, maka modul sel surya ini mampumemberikan tenaga listrik sebesar 100 watt. Modul sel surya komersial memiliki efisiensi berkisar antara 5% hingga15% tergantung material penyusunnya. Tipe silikon kristal merupakan jenis piranti sel surya yang memiliki efisiensitinggi meskipun biaya pembuatannya relatif lebih mahal dibandingkan jenis sel surya lainnya. Masalah yang palingpenting untuk merealisasikan sel surya sebagai sumber energi
alternatif adalah efisiensi piranti sel surya dan hargapembuatannya.Efisiensi didefinisikan sebagai perbandingan antara tenaga listrik yang dihasilkan oleh piranti selsurya dibandingkan dengan jumlah energi cahaya yang diterima dari pancaran sinar matahari.Photovoltaic sebenarnya tergantung pada efisiensi konversi energi dan konsentrasi sinar matahari yangditerima sel tersebut
Konversi energi dari cahaya matahari menjadi energi listrik dilakukan oleh komponen yang disebut sel photovoltaic (sel PV).Sel PV pada dasarnya semikonduktor dioda yang memiliki sambungan P-N.Dalam semikonduktor ini terbentuk tiga daerah berbeda, yaitu daerah tipe P, N dan pengosongan (deplesi). Pada daerah tipe P mayoritas pembawa muatannya adalah hole, sedangkan pada daerah tipe N mayoritas pembawa muatan adalah elektron. Daerah deplesi memiliki medan listrik internal dengan arah dari N ke P. Saat radiasi matahari mengenai sel surya maka akan terbentuk elektron dan hole. Karena pengaruh medan listrik internal pada daerah deplesi maka menyebabkan hole bergerak menuju daerah P dan elektron bergerak menuju daerah N. Perpindahan hole dan elektron ini menghasilkan arus yang disebut arus fotodifusi. Selain itu pada daerah deplesi dapat pula terjadi pasangan hole dan elektron karena pengaruh medan yang sama yang akan bergerak menuju ke arah mayoritasnya, sehingga menghasilkan arus generasi[3].
Pada aplikasinya, tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu modul sel surya masih cukup kecil, maka dalam pemanfaatannya beberapa modul digabungkan dengan cara hubungan seri maupun paralel yang disebut array. Bentuk array ini yang banyak diaplikasikan untuk pembangkit listrik tenaga surya (PLTS). Hirarki modul sel surya ditunjukkan pada Gambar 2.1 berikut:
Gambar 2.1 Hirarki Modul Sel Surya (Sel-Modul-Panel-Array) 2.1.1. Prinsip Kerja Sel Surya
Sel surya atau photovoltaic (PV) itu konsepnya sederhana yaitu mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik.Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi dari sumber daya alam.Sumber daya alam matahari ini sudah banyak digunakan untuk mensuplai daya listrik di satelit komunikasi melalui solar cell.Solar cell ini dapat menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang tidak terbatas langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang berputar dan tidak memerlukan bahan bakar.Sehingga sistem solar cell sering dikatakan bersih dan ramah lingkungan.Panel solar cell merupakan modul yang terdiri beberapa solar cell yang digabung dalam hubungkan seri dan paralel tergantung ukuran dan kapasitas yang diperlukan.Yang sering digunakan adalah modul solar cell 20 watt.Modul solar cell itu menghasilkan energi listrik yang proporsional dengan luas permukaan panel yang terkena sinar matahari.Solar cell terbuat dari potongan
silikon yang sangat kecil dengan dilapisi bahan kimia khusus untuk membentuk dasar dari solar cell. Solar cell pada umumnya memiliki ketebalan minimum 0,3 mm yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub positif dan negatif. Tiap solar cell biasanya menghasilkan tegangan 0,5 volt. Solar cell merupakan elemen aktif (Semikonduktor) yang memanfaatkan efek photovoltaic untuk merubah energi surya menjadi energi listrik.Berikut adalah diagram kerja solar cell pada gambar 2.2[4].
Gambar 2.2 Prinsip Kerja Sel Surya
Sel surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal atau sambungan, dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan saat disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus short-circuit dalam skala milliampere per cm 2.Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya. Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5).
Modul surya tersebut bisa digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Gambar dibawah menunjukan ilustrasi dari modul surya[4].
Gambar 2.3Modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya yang dirangkai seri untuk memperbesar total daya output.
Pada solar cell terdapat sambungan (junction) antara dua lapisan tipis yang terbuat dari bahan semikonduktor yang masing-masing diketahui sebagai semikonduktor jenis “P” (positif) dan semikonduktor jenis “N” (negatif). Semikonduktor jenis negatif dibuat dari kristal silikon dan terdapat juga sejumlah material lain (umumnya posfor) dalam batasan bahwa material tersebut dapat memberikan suatu kelebihan elektron bebas. Elektron adalah partikel sub atom yang bermuatan negatif, sehingga silikon paduan dalam hal ini disebut sebagai semikonduktor jenis-N (negatif). Semikonduktor jenis-P juga terbuat dari kristal silikon yang didalamnya terdapat sejumlah kecil materi lain (umumnya boron) yang mana menyebabkan material tersebut kekurangan satu elektron bebas. Kekurangan atau hilangnya elektron ini disebut lubang (hole).Karena tidak ada
atau kurangnya elektron yang bermuatan listrik negatif maka silikon paduan dalam hal ini sebagai semikonduktor jenis-P (positif).
Gambar 2.4 P-N Junction Solar Sel
Sehingga pada bagian kiri terbentuk silikon yang tidak murni lagi dan dinamakan silikon jenis P, sedangkan yang sebelah kanan dinamakan silikon jenis N. Didalam silikon murni terdapat dua macam pembawa muatan listrik yang seimbang. Pembawa muatan listrik yang positip dinamakan hole, sedangkan yang negatif dinamakan elektron. Setelah dilakukan proses penodaan itu, didalam silikon jenis P terbentuk hole (pembawa muatan listrik positif) dalam jumlah yang
sangat besar dibandingkan dengan elektronnya. Oleh karena itu didalam silikon jenis P hole merupakan pembawa muatan mayoritas, sedangkan elektron merupakan pembawa muatan minoritas. Sebaliknya, di dalam silikon jenis N terbentuk elektron dalam jumlah yang sangat besar sehingga disebut pembawa muatan mayoritas dan hole disebut pembawa muatan minoritas. Didalam batang silikon itu terjadi pertemuan antara bagian P dan N. Oleh karena itu dinamakan PN junction.Bila sekarang, bagian P dihubungkan dengan kutub positif dari sebuah baterai, sedangkan kutub negatifnya dihubungkan dengan bagian N, maka terjadi hubungan yang dinamakan “forward bias”. Tapi, bila bagian positif dihubungkan dengan kutub negatif dari baterai dan bagian negatif dihubungkan dengan kutub positifnya, maka sekarang terbentuk hubungan yang dinamakan “reverse bias”. Dengan keadaan seperti ini, maka hole (pembawa muatan positif) dapat tersambung langsung ke kutub positif, sedangkan elektron juga langsung ke kutub positif. Jadi, jelas di dalam PN junction tidak ada gerakan pembawa muatan mayoritas baik yang hole maupun yang elektron. Sedangkan pembawa muatan minoritas (elektron) didalam bagian P bergerak berusaha untuk mencapai kutub positif baterai. Demikian pula pembawa muatan minoritas (hole) di dalam bagian N juga bergerak berusaha mencapai kutub negatif. Karena itu, dalam keadaan reverse bias, di dalam PN junction ada juga arus yang timbul meskipun dalam jumlah yang sangat kecil (mikro ampere). Arus ini sering disebut dengan reverse saturation current atau leakage current (arus bocor).
2.1.2 Rangkaian Ekivalen Sel Surya
Rangkaian ekivalen sel surya terdiri dari sebuah photocurrent (Iph), sebuah dioda, hambatan seri (Rs) dan hambatan paralel (Rsh), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5berikut[5].
Gambar 2.5Rangkaian Ekivalen PV (Sel Surya)
Dari rangkaian di atas, light generated current atau photocurrent (Iph) adalah arus yang dihasilkan langsung akibat penyinaran sinar matahari pada sel surya.Arus ini bervariasi secara linear dengan radiasi matahari dan tergantung pada suhu yang diberikan. Hambatan RSH dan RS menunjukkan hambatan intrinsik
paralel dan seri dari sel. Biasanya nilai RSH lebih besar dibandingkan Rs.
Persamaan 2.1 menjelaskan prinsip sederhana dari rangkaian ekivalen sel surya di atas. Besarnya arus sel surya (IPV) adalah pengurangan dari arus photovoltaic(IPH),
arus dioda (ID) dan arus hambatan paralel (IRSH), yang dirumuskan sebagai
berikut.:
𝐼𝐼𝑃𝑃𝑃𝑃 = 𝐼𝐼𝑃𝑃𝑃𝑃− 𝐼𝐼𝐷𝐷− 𝐼𝐼𝑅𝑅𝑅𝑅ℎ (2.1)
Persamaan di atas dapat dijabarkan dengan persamaan berikut : 𝐼𝐼𝑃𝑃𝑃𝑃 = 𝐼𝐼𝑃𝑃𝑃𝑃− 𝐼𝐼𝐷𝐷�𝑒𝑒𝑞𝑞�
(𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 +𝐼𝐼𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑅𝑅𝑆𝑆)
𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 �− 1� − �𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃+𝐼𝐼𝑃𝑃𝑃𝑃𝑅𝑅𝑆𝑆
𝑅𝑅𝑆𝑆𝑃𝑃 � (2.2) Dimana:
IPV = Arus keluaran sel surya (Ampere)
IPH = Arus yang dibangkitkan oleh sel surya (Ampere)
ID = Arus saturasi sel surya/arus dioda (Ampere)
RSH = Hambatan shunt (Ohm)
RS = Hambatan seri (Ohm)
n = Factor ideal diode
q = Konstanta electron (1.602 × 10-19 C) k = Konstanta Boltzman (1.3806 × 10-23 J.K-1) T = Temperatur sel surya (K)
Dalam persamaan diatas, besarnya hambatan paralel kita asumsikan sangat besar, sehingga persamaan untuk model arus ouput sel surya adalah [4]:
𝐼𝐼𝑃𝑃𝑃𝑃 = 𝐼𝐼𝑃𝑃𝑃𝑃 − 𝐼𝐼𝐷𝐷�𝑒𝑒𝑞𝑞�
(𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 +𝐼𝐼𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑅𝑅𝑆𝑆)
𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 �− 1� (2.3)
Dari persamaan 2.3 di atas masih terdapat beberapa parameter yang belum diketahui.Parameter tersebut adalah arus photovoltaic (IPH), arus saturasi sel surya
(ID), hambatan seri (RS).Berikut ini adalah persamaan untuk mencari arus Iph dan
arus Is untuk memodelkan sel surya, yaitu:
• Arus photovoltaic, IPH:
𝐼𝐼𝑃𝑃𝑃𝑃 = [𝐼𝐼𝑅𝑅𝑠𝑠𝑠𝑠 + 𝐾𝐾𝑖𝑖(𝑛𝑛 − 𝑛𝑛1)] ∗ 𝐺𝐺/𝐺𝐺𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 (2.4)
Dimana:
G = Iradiansi Matahari (W/m2)
Gnom = Iradiansi Matahari nominal (1000 W/m2)
Ki = Koefisien suhu dari arus Isc
Iscr = Arus hubung singkat pada suhu kerja
• Arus saturasi reverse sel surya, IRS:
𝐼𝐼𝑅𝑅𝑆𝑆 = 𝐼𝐼𝑆𝑆𝑆𝑆𝑅𝑅/(𝑒𝑒
𝑞𝑞𝑃𝑃𝑂𝑂𝑆𝑆𝑅𝑅
𝑁𝑁𝐾𝐾𝑛𝑛 ) (2.5)
Dimana;
ISCR = Arus hubung singkat pada standard condition
VOCR = Tegangan hubung singkat pada standard conditions
• Arus saturasi/dioda sel surya, IS:
𝐼𝐼𝐷𝐷 = 𝐼𝐼𝑅𝑅𝑆𝑆∗ �𝑛𝑛𝑛𝑛1� 3 𝑁𝑁 ∗ 𝑒𝑒� 𝑞𝑞𝐸𝐸𝑔𝑔 𝑁𝑁𝐾𝐾∗�1𝑛𝑛− 1 𝑛𝑛1��−1 (2.6) Dimana: EG = Energi Gap PV
Untuk parameter hambatan seri (Rs) dan ideal faktor (n), terdapat tiga metode dalam menentukan parameter tersebut. Pertama adalah metode simplified explicit yang merupakan metode yang disederhanakan secara eksplisit berdasarkan pada beberapa penyederhanaan rumusan awal. Kedua adalah metode lereng (slope) yang didasarkan pada algoritma pada perhitungan geometri.Dan ketiga adalah metode iteratif yang sebagian didasarkan dari algoritma pada resolusi numerik. Dalam penelitian ini, digunakan metode simplified explicit untuk menentukan parameter Rs dan n, sebagai berikut :
• Hambatan Seri, RS : 𝑅𝑅𝑆𝑆 = 𝑁𝑁𝑆𝑆𝑛𝑛𝐾𝐾𝑛𝑛 𝑞𝑞 ln�1−𝐼𝐼𝑆𝑆𝑆𝑆𝐼𝐼𝑀𝑀�+𝑃𝑃𝑂𝑂𝑆𝑆𝑅𝑅−𝑃𝑃𝑀𝑀 𝐼𝐼𝑀𝑀 (2.7) • Ideal factor, n: 𝑛𝑛 = 𝑞𝑞(2𝑃𝑃𝑀𝑀−𝑃𝑃𝑂𝑂𝑆𝑆𝑅𝑅) 𝑁𝑁𝑆𝑆𝑛𝑛𝑛𝑛((𝐼𝐼𝑆𝑆𝑆𝑆 −𝐼𝐼𝑀𝑀 )𝐼𝐼𝑆𝑆𝑆𝑆 +ln�1−𝐼𝐼𝑆𝑆𝑆𝑆𝐼𝐼𝑀𝑀�) (2.8) Dimana:
Im = Arus maksimum sel surya Vm = Tegangan maksimum sel surya
Tetapi pada tugas akhir ini penulis menggunakan photovoltaic BPSX-60w dimana factor ideal pv itu sudah tercantum pada datasheetyaitu bernilai 2 dan nilai RS yang bernilai 0.0045Ω. Dalam keadaan cuaca cerah, sebuah sel surya
akan menghasilkan tegangan konstan 0.5 V sampai 0.7 V (tegangan sebuah diode) sengan arus sekitar 20mA dan jumlah energi yang diterma akan mencapai optimal jika posisi sel surya tegak lurus terhadap sinar matahari selain itu juga tergantung dari konstruksi sel surya itu sendiri. Ini berarti bahwa sebuah sel surya dapat menghasilkan daya 0.6V × 20mA = 12 mW.
2.1.3. Kurva Karakteristik Sel Surya
Sel surya memiliki kurva karakteristik yang menunjukkan hubungan antara arus dengan tegangan keluaran (kurva I-V) dan daya dengan tegangan keluaran sel surya (kurva P-V). Kurva ini ditunjukan pada Gambar 2.6berikut[6]:
Gambar 2.6Kurva Karakteristik Arus-Tegangan dan Daya-Tegangan pada Sel Surya
Pada saat keluaran sel surya tidak terhubung dengan beban (open cicuit) maka tidak ada arus yang mengalir dan tegangan pada sel berada pada nilai maksimum, disebut tegangan open circuit (Voc). Pada keadaan lain, saat keluaran sel surya dihubung singkatkan (short cicuit) maka arus bernilai maksimum, yang disebut arus short circuit (Isc). Selain itu terdapat nilai daya maksimum (Pmp) yang dapat dihasilkan pada saat tegangan maksimum (Vmp) dan arus maksimum (Imp).Titik dimana nilai arus dan tegangan pada titik yang menghasilkan daya terbesar disebut dengan Maximum Power Point (MPP).
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 negative modul surya dengan voltmeter, sehingga akan terlihat nilai tegangan open circuit sel surya pada voltmeter[7].
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. Arus yang dihasilkan modul surya dapat menentukan seberapa cepat modul tersebut mengisi sebuah baterai.Selain itu, arus dari modul surya juga menentukan daya maksimum dari alat yang digunakan.
Perubahan irradiance, suhu dan susunan sel surya (disusun secara seri atau paralel) dalam modul berpengaruh terhadap parameter utama sel surya yaitu arus, tegangan dan daya keluaran dari sel surya.Karakteristik kurva hubungan antara arus dan tegangan (kurva I-V)serta daya dan tegangan (kurva P-V) dianalisa berdasarkan variasi irradiance, suhu dan susunan sel surya dalam
modul.Pengaruh perubahan irradiance, suhu dan susunan sel surya terhadap keluaran dari sel surya adalah sebagai berikut[8]:
a. Efek Variasi Irradiance terhadap Arus, Tegangan dan Daya
Irradiance sangat mempengaruhi besar kecilnya arus yang dihasilkan.Hal ini berdasarkan persamaan 2.4, terlihat bahwa irradiance sel surya berbanding lurus dengan arus yang dihasilkan.Artinya semakin berkurang irradiance yang mengenai sel surya maka semakin berkurang arus yang dihasilkan oleh sel surya.
Gambar 2.7 di bawah menunjukkan bahwa arus short circuit mengalami penurunan ketika irradiance yang diterima oleh selsurya berkurang. Hal ini karena saat irradiance yang berkurang menyebabkan elektron-elektron yang terlepas semakin sedikit sehingga arus listrik yang dihasilkan menurun.Irradiance juga berpengaruh terhadap perubahan tegangan open circuit. Tegangan open circuit semakin berkurang ketika irradiance dikurangi, namun perubahan yang dihasilkan tidak signifikan atau perubahannya sangat kecil. Karena irradiance yang mengenai sel surya mempengaruhi keluaran dari sel surya maka daya yang dihasilkan pun terpengaruh. Daya merupakan perkalian antara arus dan tegangan, sehingga nilai daya yang dihasilkan sel surya akan menurun saat irradiance yang diterima menurun
Gambar 2.7Kurva Karakteristik Akibat Variasi Irradiance Matahari
b. Efek Variasi Suhu terhadap Arus, Tegangan dan Daya
Selain jumlah irradiance yang mempengaruhi keluaran dari sel surya, suhu juga sangat berpengaruh, yaitu semakin besar suhu maka nilai tegangan open circuit akan semakin kecil. Hal ini disebabkan penurunan energi gap ketika suhu meningkat. Hal ini juga diungkapkan oleh Hans Joachim Moller (1993) dengan menggunakan persamaan berikut:
𝑃𝑃𝑂𝑂𝑆𝑆 =𝑞𝑞1[𝐸𝐸𝑔𝑔 + 𝑛𝑛𝑛𝑛 ln𝐼𝐼𝑃𝑃𝑃𝑃𝐼𝐼𝑆𝑆 ] (2.9)
Dari hubungan persamaan 2.9 terlihat bahwa tegangan open cicuit berbanding lurus dengan energi gap dari semikonduktor penyusun sel surya.Sehingga semakin menurun energi gap maka semakinmenurun tegangan Voc. Gambar 2.8 berikut adalah kurva yang menunjukkan kurva karakteristik akibat variasi suhu.
Gambar 2.8 Kurva Karakteristik Sel Surya Akibat Variasi Suhu
c. Karakteristik Pembebanan pada Sel Surya
Sel surya memiliki karakteristik pada saat pembebanan yang dipengaruhi oleh besarnya resistansi. Karakteristik tersebut ditunjukkan pada Gambar 2.9 berikut :
Gambar 2.9 Kurva Karakteristik Pembebanan Sel Surya
Gambar 2.9 di atas menunjukkan bahwa untuk pembebanan dengan nilai resistansi kecil maka sel surya akan beroperasi pada daerah kurva MN, dimana sel
beroperasi sebagai sumber arus yang konstan atau arus short circuit. Pada sisi lain, jika nilai resistansi besar maka sel surya beroperasi pada daerah kurva PS, dimana sel beroperasi sebagai sumber tegangan yang konstan atau tegangan open circuit. Jika
diberikan dengan hambatan optimal ROPT, maka sel surya menghasilkan daya
maksimal dengan tegangan dan arus maksimal yaitu pada titik A. 2.1.4 Faktor Pengoperasian Solar Sel
Pengoperasian maximum Sel Surya sangat tergantung pada[9]: a. Temperatur
Sebuah Sel Surya dapat beroperasi secara maximum jika temperatur sel tetap pada keadaan normal (pada 25o C), kenaikan temperature yang lebih tinggi dari temperature normal pada PV sel akan melemahkan Voc. Setiap
kenaikan temperatur Sel Surya 1o C (dari 25o C) akan mengurangi sekitar 0.4 % total tenaga yang dihasilkan atau akan melemah 2x lipat untuk kenaikkan temperatur sel per 10oC.
b. Radiasi solar matahari (Irradiance)
Radiasi solar matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariasi, dan sangat tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Insolation solar matahari akan banyak berpengaruh pada arus (I) dan sedikit pada tegangan.
c. Kecepatan angin bertiup
Kecepatan tiup angin disekitar lokasi PV array dapat membantu mendinginkan permukaan temperatur kaca-kaca PV array.
d. Keadaan atmosfir bumi
Keadaan atmosfir bumi seperti berawan, mendung, jenis partikel debu udara, asap, kabut dan polusi sangat menentukan hasil maximum arus listrik dari PV.
e. Posisi letak sel surya terhadap sudut orientasi matahari
Mempertahankan sinar matahari yang jatuh ke sebuah permukaan panel PV secara tegak lurus akan mendapatkan energi maximum 1000 W/m2 atau 1 kW/m2. Kalau sinar matahari dengan bidang PV tidak tegak lurus, maka extra luasan bidang panel PV dibutuhkan (bidang panel PV terhadap sun latitude yang berubah setiap jam dalam sehari). Solar Panel PV pada Equator (latitude 0o) yang diletakkan mendatar akan menghasilkan energi maximum, sedangkan untuk lokasi dengan latitude berbeda harus dicarikan tilt angle yang optimum (maksimal).
2.2. PV Terubung Seri dan Paralel
Sebuah array PV adalah sekelompok modul yang elektrik terhubung baik secara seri atau paralel. Karakteristik listrik dari array yang analog dengan modul individu dengan daya, arus, dan tegangan dimodifikasi sesuai dengan jumlah modul yang dihubungkan secara seri atau parallel[10]
Sebuah sel surya memiliki keterbatasan dalam menyuplai daya, sehingga dalam aplikasi, sel surya jarang digunakan secara individual. Pada umumnya, sel-sel yang identik dihubungkan secara seri dalam membuat sebuah modul agar tegangan yang dihasilkan sel surya lebih besar dengan tegangan total sebesar Voc1
bila dua modul surya dirangkai secara paralel, besarnya tegangan yang dihasilkan adalah tetap dengan arus total sebesar I1 + I2 berdasarkan hukum Kirchoff.
2.2.1. PV Terhubung Seri
Modul PV dihubungkan secara seri untuk mendapatkan tegangan output yang lebih tinggi. Atau dengan kata lain disebut peningkatan tegangan. Tegangan output (Vo) modul dihubungkan secara seri akan terjadi penjumlahan tegangan yang dihasilkan oleh masing-masing modul:
𝑃𝑃𝑛𝑛 = 𝑃𝑃1+ 𝑃𝑃2+ 𝑃𝑃3+ 𝑃𝑃4+……. (2.10)
Cara mudah untuk memahami konsep sistem terhubung seri adalah melalui analogi antara sistem hidrolik dan sistem listrik yang ditunjukkan pada Gambar 2.10.Dapat diamati dalam sistem hidrolik (sisi kiri), air yang jatuh dari empat kali tinggi 12m menghasilkan empat kali tekanan air yang jatuh dari tingkat pertama.Hal ini diumpamakan dengan 48 V bahwa sistem listrik (sisi kanan) mencapai setelah melewati arus 2 A melalui empat modul dihubungkan secara seri.
Penyusunan seri akan meningkatkan tegangan tetapi arus konstan. Tegangan total yang dihasilkan adalah penjumlahan dari tegangan yang dihasilkan oleh modul (VOC1+VOC2), hal ini sesuai dengan hukum Kirchoff. Gambar 2.11
berikut menunjukkan kurva karakteristik akibat pemasangan modul secara seri.
Gambar 2.11 Kurva Karakteristik Pemasangan PV secara seri 2.2.2. PV Terhubung Paralel
Modul PV yang terhubung secara paralel untuk mendapatkan arus yang lebih besar. Tegangan dari modul paralel terhubung adalah sama dengan tegangan dari modul tunggal, tetapi arus keluaran Io adalah jumlah arus dari masing-masing unit dihubungkan secara paralel:
𝐼𝐼𝑛𝑛 = 𝐼𝐼1+ 𝐼𝐼2+ 𝐼𝐼3+ I4+……. (2.11)
Dengan cara yang mirip dengan sistem yang dihubungkan secara seri, sistem terhubung secara paralel juga dapat dibandingkan dengan sistem hidrolik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.12. Dalam sistem hidrolik (teratas), air yang jatuh dari ketinggian yang sama memberikan tekanan yang sama karena masing-masing pompa individu, tetapi aliran ini sama dengan aliran total dari semua pompa. Dalam sistem listrik, maka tegangan tetap konstan dan arus keluaran dari empat modul ditambahkan, menghasilkan 8 A dan 12 V.
Gambar 2.12 Analogi hidrolik dari sambungan listrik paralel.
Susunan paralel sel surya dalam modul menunjukkan bahwa akan meningkatkan arus tetapi tegangan konstan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.13. Arus total yang dihasilkan adalah penjumlahan dari arus yang dihasilkan modul (I1+I2), hal ini sesuai dengan hukum Kircoff.
