Optimalisasi rangkaian panel sel surya dengan menggunakan battery pb-acid sebagai sistem penyimpanan energi surya. Ardianni Eko Dewi M.

BAB I

PENDAHULUAN

1. 1. Latar Belakang Masalah

Fakta menunjukkan konsumsi energi terus meningkat sejalan dengan

laju pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk. Terbatasnya sumber

energi fosil menyebabkan perlunya pengembangan energi terbarukan dan

konservasi energi yang disebut pengembangan energi hijau. Yang dimaksud

dengan energi terbarukan di sini adalah energi non-fosil yang berasal dari alam

dan dapat diperbaharui. Bila dikelola dengan baik, sumber daya itu tidak akan

habis.

Energi baru dan terbarukan mulai mendapat perhatian sejak terjadinya

krisis energi dunia yaitu pada tahun 70-an dan salah satu energi itu adalah energi

surya. Energi itu dapat berubah menjadi arus listrik yang searah yaitu dengan

menggunakan silikon yang tipis. Bila sel-sel itu terkena sinar matahari maka

pada sambungan itu akan mengalir arus listrik. Besarnya arus/tenaga listrik itu

tergantung pada jumlah energi cahaya yang mencapai silikon itu dan luas

harganya murah, bersih, mudah dipasang dan dioperasikan dan mudah dirawat.

Sedangkan kendala utama yang dihadapi dalam pengembangan energi surya

fotovoltaik adalah investasi awal yang besar dan harga per kWh listrik yang

dibangkitkan relatif tinggi, karena memerlukan subsistem yang terdiri atas

baterai, unit pengatur dan inverter sesuai dengan kebutuhannya.

Paling tidak ada 5 keuntungan pembangkit dengan surya fotovoltaik.

Pertama, energi yang digunakan adalah energi yang tersedia secara cuma-cuma.

Kedua, perawatannya mudah dan sederhana. Ketiga, tidak terdapat peralatan

yang bergerak, sehingga tidak perlu penggantian suku cadang dan penyetelan

pada pelumasan. Keempat, peralatan bekerja tanpa suara dan tidak berdampak

negatif terhadap lingkungan. Kelima, dapat bekerja secara otomatis (Deni

Almanda, 1997).

Realita yang ada sekarang ini penggunaan sel surya sebagai

pembangkit tenaga listrik masih sangat minim sehingga belum dapat diandalkan

sebagai alternatif pengganti bahan bakar fosil yang selama ini menjadi

komponen utama sistem pembangkit listrik. Hal ini disebabkan oleh

kemampuan modul sel surya yang belum optimal dalam mengubah energi

matahari menjadi energi listrik (Haryadi, 1998).

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi kinerja modul sel

surya, diantaranya temperatur sel surya, jumlah sel dalam modul, dan rangkaian

sel surya (Simon, 1991).

rangkaian yang lebih sederhana namun daya output yang dihasilkan optimum

dan hambatannya minimum dan menemukan cara agar energi matahari yang

didapatkan dari rangkaian sel surya dapat digunakan kembali saat malam hari.

1. 2. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan, maka

dapat dirumuskan beberapa masalah sebagai berikut :

1. Rangkaian kombinasi dari panel sel surya manakah yang memiliki

suatu daya dan arus yang optimum.

2. Bagaimana pengaruh kombinasi rangkaian panel sel surya terhadap

pengisian ke dalam battery.

3. Berapa lama Pengisian energi yang optimal ke dalam battery Pb-Acid

6V.4,2 Ah isi ulang yang digunakan sebagai alat penyimpan energi

surya.

1. 3. Batasan Masalah

Dari permasalahan yang telah diuraikan dalam latar belakang masalah

maka batasan-batasan masalah yang ada antara lain :

1. Lingkup pengerjaan hanya pada rangkaian kombinasi seri dan pararel

antar panel sel surya yang seukuran yang telah ada.

ada di pasaran.

1. 4. Tujuan Penelitian

Adapun yang menjadi tujuan penelitian adalah :

1. Penelitian ini ditujukan sebagai langkah awal studi lanjut mengenai

karakteristik panel sel surya.

2. Penelitian ini diharapkan dapat memperoleh karakteristik kombinasi

rangkaian seri dan pararel yang mampu menghasilkan daya output

yang tinggi.

3. Diharapkan mengetahui lama pengisian energi optimal rangkaian panel

sel surya yang disimpan pada battery Pb-Acid.

4. Untuk mengetahui rangkaian kombinasi panel sel surya yang dapat

mengisi battery dengan waktu singkat.

1. 5. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah :

1. Menambah wawasan tentang sel surya.

2. Dapat menemukan kombinasi rangkaian seri dan paralel panel sel

surya yang dapat menghasilkan arus dan tegangan optimum namun

jumlah panel sel surya yang digunakan seminimal mungkin.

singkat

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini dibagi dalam lima bab, yaitu:

Bab I : PENDAHULUAN

Bab ini menerangkan mengenai latar belakang, tujuan, pembatasan

masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan dari tugas akhir.

Bab II : LANDASAN TEORI

Bab ini menguraikan dasar teori penunjang yang berhubungan dengan

penelitian dari tugas akhir.

Bab III : METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisi tentang metode penelitian secara keseluruhan dari

masing-masing pencarian data penelitian dari tugas akhir.

Bab IV : HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Bab ini menjelaskan tentang hasil dan analisa dari uji coba dan

pengamatan alat.

Bab V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan yang dapat ditarik selama proses

penelitian dan pengamatan alat ini.

LANDASAN TEORI

2. 1. Efek Fotolistrik

Dekat permulaan abad keduapuluh serangkaian eksperimen menyatakan

bahwa elektron dipancarkan dari permukaan logam jika cahaya yang frekuensinya

cukup tinggi jatuh ke permukaan itu ( diperlukan cahaya ultraungu untuk hampir

semua logam, kecuali logam alkali). Gejala ini dikenal sebagai efek fotolistrik.

Distribusi elektron yang dipancarkan yang disebut fotoelektron, ternyata

tak bergantung dari intensitas cahaya. Berkas cahaya yang kuat menghasilkan

fotoelekron lebih banyak daripada berkas cahaya yang lemah yang berfrekuensi

sama, tetapi energi elektron rata-rata sama saja.

Dipandang dari teori gelombang ialah fakta bahwa energi fotoelektron dan

bergantung pada frekuensi cahaya yang dipakai. Frekuensi yang lebih tinggi

menghasilkan energi fotoelektron maksimum yang lebih tinggi pula.

2.2. Energi Gap

Atom-atom dalam hampir semua zat padat kristaline, baik logam atau non

logam, terletak sangat berdekatan sehingga elektron valensinya memberntuk

sistem tunggal dari elektron milik bersama dari kristal keseluruhan. Sebagai ganti

dari masing-masing tingkat energi karakteristik yang terdifinisikan secara tepat

dari setiap atom individual, kristal keseluruhan memiliki pita energi yang terdiri

banyak sekali tingkat energi terpisah yang letaknya sangat berdekatan.

tetapi juga merupakan landasan penting untuk sifat-sifat yang lainnya.

Tingkat energi ini disebut energi band gap yang didefinisikan sebagai

sejumlah energi yang dibutuhkan untuk mengeluarkan electron dari ikatan

kovalennya sehingga terjadi aliran arus listrik.

Gambar 2.1 Struktur pita sebuah semikonduktor

2.3. Doping

Apabila kita tambahkan pada silkon murni (intrinsik) atom-atom yang

bervalensi tiga atau lima maka terbentuk semikonduktor yang tak murni, yang

ekstrinsik. Menambahkan takmurnian ke dalam bahan semikonduktor disebut

doping. Apabila atom-atom takmurnian mempunyai lima elektron valensi, maka

atom takmurnian akan menggeser beberapa atom silikon dari kisi-kisi kristal.

Empat dari lima elektron valensi akan mengisi ikatan kovalen dan yang kelima

akan terlepas dan dapat digunakan sebagai pembawa arus.

Energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron yang kelima adalah

energi sekitar 0,05 eV untuk Si. Takmurnian ini akan memberikan kelebihan

takmurnian donor atau tipe-n.

Apabila suatu takmurnian trivalen (valensi tiga) ditambahkan pada

semikonduktor intrinsik hanya tiga ikatan kovalen yang diisi, kekosongan yang

terjadi pada ikatan keempat membentuk lubang. Takmurnian serupa itu

menyediakan pembawa positif oleh karena takmurnian tersebut menciptakan

lubang dan dapat menerima elektron. Takmurnian ini karenanya dikenal sebagai

akseptor atau takmurnian tipe-p.

Gambar 2.2 Struktur pita untuk sebuah sambungan p-n semikonduktor

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada

di antara insulator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai

insulator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan

besifat sebagai konduktor. Semikonduktor adalah bahan yang memiliki struktur

seperti isolator akan tetapi memiliki celah energi yang kecil (1 eV atau kurang)

sehingga memungkinkan electron dapat melompat dari pita valensi ke pita

konduksi. Hal tesebut dapat dijelaskan dengan pita-pita energi seperti gambar

2.4.

Difusi dari elektron

Difusi dari proton

Muatan

2.4. Persambungan

Bahwa apabila suatu persambungan dibentuk antara bahan semikonduktor

tipe-p dan tipe-n, kombinasi tersebut mempunyai sifat-sifat penyearah.

Karakteristik volt-ampere dari suatu alat berkutub dua (disebut dioda

persambungan). Oleh karena lintas persambungan terdapat gradien kerapatan,

mula-mula lubang akan berdifusi (berbaur) ke sebelah kanan pesambungan dan

elektron ke sebelah kirinya.

Bahwa lubang-lubang positif yang menetralkan ion-ion akseptor dekat

persambungan dalam silikon tipe-p telah menghilang sebagai akibat rekombinasi

dengan elektron yang telah berdifusi meleati persambungan. Elektron-elektron

yang menetralkan di silikon tipe-n telah bergabung dengan lubang yang berasal

dari bahan tipe p dan telah menyeberangi persambungan. Ion yang tak

ternetralkan di sekitar persambungan disebut muatan yang tak tertutupi.

Gambar 2.3 Prinsip dasar system fotovoltaik

Sistem fotovoltaik adalah teknologi yang memanfaatkan sinar matahari

untuk mendapatkan tenaga listrik dengan menggunakan sel surya (solar cell).

Dimana komponen utama dari sistem surya fotovoltaik adalah modul yang

merupakan unit rakitan beberapa sel surya.

Gambar 2.3 menunjukkan sel surya adalah suatu alat yang mengubah

energi matahari menjadi energi listrik secara langsung. Sel surya merupakan

komponen elektronik yang terbuat dari kristal silicon dengan sambungan p-n

(Simon, 1991).

Secara sederhana sel surya terdiri persambungan bahan semikonduktor

betipe p dan n ( p-n junction semikonduktor) yang jika terkena sinar matahari

maka akan terjadi aliran electron dan aliran elektron inilah yang disebut sebagai

aliran arus listrik.

Saat sambungan p-n dikenai cahaya, elektron-elektron memantul melewati

celah oleh photon sampai ke pita konduksi, meninggalkan proton didalamnya.

Dipengaruhi oleh potensial intrinsik dari sambungan, elektron dan proton

Pita konduksi

Type p

Pita valensi

Bagian utama pengubah energi sinar matahari menjadi energi listrik adalah

penyerap (absorber), meskipun demikian masing-masing lapisan juga sangat

berpengaruh terhadap efisiensi dari sel surya. Sinar matahari terdiri dari

bermacam-macam jenis gelombang electromagnet, oleh karena itu penyerap disini

diharapkan dapat menyerap sebanyak mungkin radiasi sinar yang berasal dari

cahaya matahari.

Proses pengubahan energi matahari menjadi energi listrik ditunjukkan

dalam gambar 2.4. Ketika radiasi cahaya matahari jatuh diatas sambungan p-n

silikon, photon dengan panjang gelombang kurang dari 1,13@m menghasilkan

sejumlah pasangan elektron-proton. Medan listrik dalam lapisan kosong

mempengaruhi sebagian elektron mengalir dari silikon tipe p ke silicon tipe n.

Proton mengalir dari silicon tipe n ke silkon tipe p.

Gambar 2.4 Proses pengubahan energi matahari menjadi energi listrik pada sel

surya(Anonim 3, 2006)

Elektron dari pita konduksi dapat meloncat ke pita valensi ketika

sambungan tersebut mengenai foton dengan energi tertentu seperti gambar 2.2.

Ketika sinar matahari yang terdiri dari photon–photon jatuh pada permukaan

Sinar matahari Elektroda atas (-) Electrode bawah (+) Arus listrik Silicon tipe p (n-) Silicon tipe n (p+) Lapisan anti refleksi

seperti terlihat pada gambar 2.4 dan hanya photon dengan tingkat energi tertentu

yang akan membebaskan elekton dari ikatan atomnya sehingga mengalirlah arus

listrik.

Elektron dari pita valensi akan tereksitasi ke pita konduksi. Electron

pembawa n dan meninggalkan hole, pembawa p. Pembawa p akan bergerak

menuju persambungan demikian juga pembawa n akan bergerak ke

persambungan, perpindahan tersebut menghasilkan beda potensial. Arus dan daya

yang dihasilkan fotovoltaik ini dapat dialirkan ke rangkaian luar. Untuk

membebaskan electron dari ikatan kovalennya, energi foton (hc) harus sedikit

lebih besar atau diatas daripada energi band-gap.

Jika energi photon terlalu besar daripada energi band gap maka ekstra

energi tersebut akan dirubah dalam bentuk panas pada sel surya. Karenanya

sangat penting pada sel surya untuk mengatur bahan yang dipergunakan yaitu

dengan memodifikasi struktur molekul dari semikonduktor yang dipergunakan.

Agar efisiensi sel surya bisa tinggi maka photon yang berasal dari sinar

matahari harus bisa diserap sebanyak-banyaknya, kemudian memperkecil refleksi

dan rekombinasi serta memperbesar konduktivitas dari bahannya. Agar foton bisa

diserap sebanyak-banyaknya maka penyerap harus memilki energi band gap

dengan jangkauan yang lebar, sehingga memungkinkan untuk bisa menyerap sinar

matahari yang memiliki energi yang bermacam-macam tersebut (Rusminto,

2003).

sel surya dihubungkan secara seri atau paralel untuk menghasilkan tegangan, arus,

atau daya yang tinggi. Permukaan modul ditutup dengan kaca atau materi

transparan lain untuk proteksi terhadap linkungan (Anonim, 2005).

2.6 Karakteristik Sel Surya

Sel surya menghasilkan arus dan arus ini beragam besarnya tergantung

pada tegangan sel surya. Karakteristik tegangan arus biasanya menunjukkan

hubungan tersebut. Karakteristik awal suatu modul sel surya diukur diruangan

tertutup agar mudah dilaksanakan dalam waktu singkat dan memungkinkan untuk

di cek kembali.

Gambar 2.5 Grafik arus terhadap tegangan sebagai karakteristik sel surya (Boulder, 2004)

Ketika tegangan sel surya sama dengan nol atau digambarkan sebagai “ sel

surya hubung pendek “, “arus rangkaian pendek” atau Isc (short circuit current)

yang sebanding dengan irradiasi terhadap sel surya yang dapat diukur. Nilai Isc

A ru s lis tr ik (m A ), D ay a (m W ) Arus Listik

Tegangan (Volt)

Daya

untuk arus rangkaian pendek adalah 25º C.

Jika arus sel surya sama dengan nol maka sel surya tersebut digambarkan

sebagai “rangkaian terbuka“ dan tegangan sel surya kemudian menjadi “tegangan

rangkaian terbuka“, Voc (open circuit voltage). Ketergantungan Voc terhadap

irradiasi bersifat logaritmis, dan penurunan yang lebih cepat disertai peningkatan

temperatur.

Pada kebanyakan sel surya peningkatan temperatur dari 25ºC

mengakibatkan penurunan daya sekitar 10%.

Pengukuran karakteristik luaran suatu modul sel surya di luar ruangan

memeberi informasi yang lebih nyata dan lengkap mengenai kinerja modul sel

surya namun membutuhkan waktu yang lama. Hal ini disebabkan

perubahan-perubahan musim tahunan yang secara langsung mempengaruhi kinerja modul sel

surya.

2.3 Efisiensi Sel Surya

Sel surya menghasilkan daya maksimum pada tegangan tertentu. Gambar

kurva dibawah menunjukkan bahwa terdapat titik daya maksimum yang disebut

MPP (Maximum Power Point).

Tegangan titik maksimum atau V

MPP

biasanya kurang dari tegangan

rangkaian terbuka dan arusnya I

MPP

lebih rendah dibandingkan dengan arus

Efisiensi sel surya ($) adalah perbandingan antara daya listrik maksimum

sel surya atau daya output yang dikeluarkan sel surya dengan daya pancaran

(radiant) atau daya input yang berasal dari cahaya matahari pada sel surya.

%

100

)

)(

(

Intensitas

cahaya

luasPanel

X

xV

I

_{MMP MMp}

=

(2.1)

%

100

.

A

X

G

p

_out

=

(2.2)

$ menunjukkan nilai efisiensi dalam persen (%), Pout adalah daya output

yang dihasilkan sel surya. G menunjukkan Intensitas irradiasi matahari dalam

W/m² dan A menunjukkan luas permukaan modul sel surya dalam m².

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi modul sel surya yaitu

jumlah cahaya yang mengenai sel surya, temperatur, jumlah sel surya dalam

modul sel surya, luas area setiap sel surya, jenis silicon, hambatan pada kabel, dan

rangkaian sel surya ( Simon, 1991 ).

2. 4 Penerimaan Radiasi Matahari Di Bumi

Radiasi matahari terbagi atas tiga kelompok sinar berdasarkan panjang

gelombangnya yaitu :

1. Sinar Ultra Violet (UV) yang termasuk sinar tidak tampak dan terdiri atas :

UV extrim; panjang gelombang = 100-200 nm

UV-C ; panjang gelombang = 200-280 nm

UV-B ; panjang gelombang = 280-315 nm

2. Sinar Tampak yang terdiri atas :

Sinar Ungu ; panjang gelombang = 400-435 nm

Intensitas sinar ungu = 200W/m

2

Sinar Biru ; panjang gelombang = 435-490 nm

Sinar Hijau ; panjang gelombang = 490-574 nm

Sinar Kuning ; panjang gelombang = 574-595 nm

Intensitas sinar kuning = 1000W/m

2

Sinar Jingga ; panjang gelombang= 595-626 nm

Intensitas sinar jingga = 600- 800W/m

2

Sinar Merah ; panjang gelombang = 626-760 nm

Intensitas sinar merah = 400W/m

2

3. Sinar Infra Merah yang termasuk sinar tidak tampak dan terdiri dari :

Infra merah pendek ; panjang gelombang 760-20.000 nm

Infra merah jauh ; panjang gelombang >20.000 nm

Faktor-faktor yang mempengaruhi penerimaan radiasi matahari dibumi :

•

Sudut datang sinar matahari; sinar datang tegak lurus memberikan energi

sinar yang lebih besar dibanding yang datangnya condong, karena sinar

datang tegak lurus akan menyinari wilayah yang lebih sempit dibanding

sinar yang condong.

semakin turun.

Radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi disebut insolation

(incoming solar radiation) yang terdiri dari radiasi langsung (direct radiation) dan

radiasi baur (difusse radiation). Dari seluruh radiasi yang datang hanya

Photosynthetically Active Radiation (PAR) yang dapat dimanfaatkan tanaman.

Kisaran radiasi PAR mendekati radiasi sinar tampak. Rerata energi radiasi yang

datang di permukaan atmosfer selama satu tahun disebut tetapan radiasi surya

(solar constant) yang besarnya sekitar 1.360 w/m

2

(Usmadi, 2006).

Konversi satuan radiasi yang banyak digunakan

(

Woodward FI, Sheehy JE,

1983):

1 J.m

-2

.s

-1

= 1 W.m

-2

10.000 foot-candle = 350 W.m

-2

1 foot-candle = 10,76 lux

1 lux = 92,96 x 10

-3

foot-candle

1 lux = 3,252 mW.m

-2

2.5 Rangkaian Sel Surya

Tegangan dan daya output yang dihasilkan oleh setiap sel surya sangat

kecil sehingga perlu merangkai beberapa sel surya menjadi modul sel surya.

Rangkaian sel surya dapat dianalogkan dengan rangkaian baterai sebagai

sumber energi listrik dalam rangkaian listrik. Ada dua jenis rangkaian yan g

jenis rangkaian sel surya disesuaikan dengan nilai tegangan dan arus keluaran

yang dinginkan (Hosenberg, 2003).

Gambar 2.7 Rangkaian paralel sel surya

Rangkaian paralel sel surya menghasilkan tegangan total rangkaian sel

surya yang sama dengan tegangan yang dihasilkan oleh sebuah sel surya dalam

rangkaian pararel. Rangkaian jenis ini jarang ditetapkan karena menghasilkan arus

total yang tinggi dan tegangan total kecil (Hosenberg, 2003).

Gambar 2.6 Grafik arus terhadap tegangan sebagai karakteristik rangkaian paralel sel

surya (Franz Kininger, 2003)

V

1

= V

2

= V

3

= … = V

n

(2.3)

I

1

+ I

2

+ I

3

+ … + I

n

=

I

n

(2.4)

Tiga sel _{Dua sel} Satu sel

I

A

ru

s

(A

)

V Tegangan (volt)

dihasilkan oleh sebuah sel surya (Hosenberg, 2003).

Gambar 2.9 Rangkaian seri sel surya

Gambar 2.8 Grafik arus terhadap tegangan sebagai karakteristik rangkaian seri sel surya

(Franz Kininger, 2003)

V

1

+ V

2

+ V

3

+ … + V

n

= V

n

(2.5)

I

1

= I

2

= I

3

= … = I

n

(2.6)

2.6 Hubungan Arus, Tegangan, dan Daya

Tiga sel _{Dua sel} Satu sel

I

A

ru

s

(A

)

V Tegangan (volt)

penghantar. Arah arus listrik (I) yang timbul pada penghantar berlawanan arah

dengan arah gerak elektron.

Muatan listrik dalam jumlah tertentu yang menembus suatu penampang

dari suatu penghantar dalam satuan waktu tertentu disebut sebagai kuat arus

listrik. Kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir dalam kawat

penghantar tiap satuan waktu. Jika dalam waktu t mengalir muatan listrik sebesar

Q, maka kuat arus listrik I adalah:

I =

t

Q

(2.7)

I = Kuat arus listrik (Coulomb / Sekon = ampere, A)

Q = Muatan listrik (Coulomb)

t = Waktu (sekon)

Hambatan (R) adalah suatu yang menghambat aliran dari electron.

Hambatan diukur dalam satuan Ohm (O). Dengan mengatur hambatan, akan dapat

ditempatkan dalam rangkaian untuk mengontrol atau mengurangi aliran arus

listrik.

Terjadinya arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif dan aliran

elektron dari kutub negatif ke kutub positif, disebabkan oleh adanya beda

potensial antara kutub positif dengan kutub negatif, dimana kutub positif

mempunyai potensial yang lebih tinggi dibandingkan kutub negatif.

Jadi arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah,

sedangkan aliran elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi.

berbanding langsung dengan beda potensial (V) antara ujung-ujung penghantar

asalkan suhu penghantar tetap. Hasil bagi antara beda potensial (V) dengan kuat

arus (I) dinamakan hambatan listrik atau resistansi (R) dengan satuan ohm (

).

Maka persamaannya dapat ditulis:

R =

I

V

(2.8)

V = R x I

(2.9)

Usaha yang menunjukkan energi listrik yang ditransfer ke dalam elemen

rangkaian adalah :

dw = V dQ = V I d t

(2.10)

Tranfer energi tiap satuan waktu disebut daya yang ditunjukkan dengan P.

Pembagian persamaan 2.4 diatas dengan dt akan didapat kecepatan pengiriman

energi pada rangkaian tersebut yaitu :

dt

dw

= P = V I

(2.11)

2.7 Rangkaian Listrik

Rangkaian listrik adalah suatu kumpulan elemen atau komponen listrik

yang saling dihubungkan dengan cara-cara tertentu dan paling sedikit mempunyai

satu lintasan tertutup. Rangkaian listrik dibagi menjadi tiga:

lintasan aliran arus listrik melewati semua elemen pada rangkaian.

Gambar 2.10 Dua elemen dirangkai seri

2. Rangkaian paralel

Elemen dalam suatu rangkaian dinamakan paralel dengan yang lain jika

lintasan lebih dari satu untuk aliran arus listrik melewati untuk melewati semua

komponen dalam rangkaian.

Gambar 2.11 Dua elemen dirangkai Paralel

3.Rangkaian Seri dan Paralel

1. Rangkaian seri-paralel

Rangkaian kombinasi antara rangkaian seri dan rangkaian paralel.

Gambar 2.12 Rangkaian kombinasi seri dan paralel

2. Rangkaian Paralel-seri

Rangkaian kombinasi antara rangkaian paralel dengan rangkaian

seri.

Gambar 2.13 Rangkaian kombinasi paralel dan seri

sebagai sumber energi untuk malam hari.

Battery pada umumnya dapat dibagi menjadi 2:

a. Battery Primer

b. Battery Sekunder

Battery primer adalah battery yang tidak bisa dipergunakan kembali,

dibuang setelah penggunaan sedangkan battery sekunder adalah battery yang

dapat dipergunakan kembali, juga dikenal sebagai accumulator/ aki.

Baterry isi ulang adalah battery yang dapat kembali bermuatan penuh

dengan penerapan energi listrik. Battery berasal dari beberapa bentuk berbeda

yang menggunakan reaksi kimia yang berbeda. Battery berfungsi sebagai

penyimpan energi dan berfungsi sebagai pelengkap dalam sistem energi yang

diperbarui.

Battery kering adalah sejenis battery asam timbal tertutup. Battery kering

tidak menggunakan cairan untuk elektrolit atau asam akinya tapi sedikit seperti

lem atau gel. Battery ini didesain untuk dapat disi ulang bebas perawatan atau

pemeliharaan tidak tumpah. Battery memiliki unsur pengental yang ditambahkan

ke elektrolit atau asam aki untuk menurunkan gerakan didalam kotak battery.

Battery pada hakekatnya menyisihkan penguapan elektrolit. Pertumpahan

biasanya terjadi pada battery sel basah, dan menaikkan lebih besar hambatan

untuk temperatur, tekanan dan vibrasi ekstrim atau tertinggi.

bahwa saat oksigen normalnya dihasilkan di plat positif dalam semua battery asam

timbal diserap oleh plat negatif. Ini membuat hasil dari hidrogen di plat negatif.

Rekombinasi dari oksigen dan hidrogen menghasilkan air (H

2

O), yang mana

menggantikan dalam battery. Karena itu, battery bebas perawatan, seperti tidak

butuh pengairan, dan harus tidak pernah dibuka karena ini dapat menyebabkan

battery ”beracun” dengan penambahan okigen dari udara.

Jika dibuka, sel kehilangan tekanan, dan udara luar akan ”meracuni” plat

dan menyebabkan ketidakseimbangan bahwa kehancuran reaksi kimia

rekombinasi.

Dalam battery, elektrolit tidak mengalir seperti cairan normal. Elektrolit

memiliki ketetapan dan penampilan dari agar petroleum. Battery lebih kekurangan

asam, memberikan lebih perlindungan untuk plat, karena itu battery ini lebih baik

Perbedaan antara battery basah tradisional dan sel gel adalah sel basah

tidak memiliki katup segel tertutup dengan tekanan tertentu, seperti battery basah

tidak bekerja dalam prinsip rekombinasi. Battery basah memiliki elektrolit cair

yang dapat menyebabkan korosi dan tumpah jika diangkat atau ditusuk. Karena

itu, battery basah tidak dapat membawa udara tanpa kotak tertentu. Battery basah

tidak dapat dikirim melalui pos atau parcel atau digunakan dekat alat elektronik

yang sensitif. Battery basah hanya dapat dipakai ”posis tegak”.

Pada aki kendaraan bermotor arus yang terdapat di dalamnya dinamakan

dengan kapasitas aki yang disebut Ampere-Hour/AH (Ampere-jam). Contohnya

untuk aki dengan kapasitas arus 45 AH, maka aki tersebut dapat mencatu arus 45

Ampere selama 1 jam atau 1 Ampere selama 45 jam.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Pusat MIPA Universitas Sebelas

Maret Sub Lab Fisika dan lantai IV gedung MIPA baru mulai Desember 2005

sampai akhir Juni 2006.

3.2 Alat dan Bahan

3.2.1 Alat

1. Luxmeter digital

2. Multimeter digital

(mm )) = 20 Sel Surya

4. Lampu bohlam 100 Watt

5. Rechargeable Seal Battery Pb-Acid 6V,4.2Ah

6. Stop Watch

7. Termometer

8. Lampu reflector 12V/ 6W

3.2.2 Bahan

1. Kabel penghubung

2. Potensiometer (hambatan beban) B20K, B50K

3.3 Metode Penelitian

Metode penelitian meliputi pengujian pengaruh sinar matahari terhadap

keluaran masing-masing sel surya, pengujian karakteristik panel sel surya dalam

ruang dengan di luar ruang, menentukan koefisien konversi pada kondisi standar

(STC), merangkai panel sel surya menjadi modul sel surya dengan rangkaian seri

paralel dan menganalisa perbandingan hasil tegangan dan arus serta daya yang

didapat dari rangkaian seri, paralel, seri-paralel dan paralel-seri. Kemudian energi

atau tegangan dan arus yang maksimum atau optimal dari rangkaian sel surya

disimpan ke dalam battery 6V, 4,2Ah.

Tahapan penelitian meliputi persiapan dan pengujian alat dan bahan yang

akan digunakan dalam penelitian, pengukuran nilai tegangan battery sesaat setelah

dibeli, pengujian keluaran rangkaian panel sel surya dengan lampu bohlam

100Watt dan sinar matahari, pengukuran intensitas cahaya ynag sampai di

permukaan panel sel surya, pengujian karakteristik rangkaian panel sel surya, dan

pengujian penyimpanan energi rangkaian panel sel surya ke dalam battery

Pb-Acid 6 V.4,2Ah.

Gambaran umum langkah-langkah kerja dalam penelitian ini dapat di lihat

pada gambar 3.1.

Persiapan alat, bahan dan penyamaan skala

alat ukur

Menyusun rangkaian

panel sel surya

Pengambilan data yang dihasilkan

rangkaian panel sel surya

Pengujian penyimpanan energi ke

battery

Pengambilan data lama penyimpanan energi

yang masuk ke dalam battery

Analisa data

Rangkaian

Gambar 3.1 Diagram blok langkah-langkah penelitian

3.4.1 Persiapan alat, bahan dan Penyamaan Alat Ukur

Mengacu pada gambar 3.1 alat ukur yang digunakan pada penelitian ini

adalah Luxmeter dan dua multimeter.

Untuk mendapatkan alat ukur yang memiliki kesamaan dalam kemampuan

pengukuran perlu adanya penyamaan skala dan penyamaan skala pada

masing-masing alat ukur dengan memakai peralatan digital dengan menyamakan satuan

yang akan digunakan pada tombol alat itu dengan mengukur power supply.

Untuk luxmeter digital diujicobakan pada sinar matahari atau lampu dan

untuk kedua multimeter, yang satu digunakan sebagai amperemeter dan yang

satunya digunakansebagi voltmeter yang keduanya dikalibrasi dan diujicoba

dengan mengukur nilai pada power supply sebelum dipakai untuk mendapatkan

data penelitian penyamaan alat ukur diperlukan, begitu pula dalam mendapatkan

data yang lain.

Gambar 3.2 Pengujian luxmeter dengan sinar matahari dan lampu bohlam 100 watt

Pengukuran intensitas dilakukan untuk mengetahui besarnya intensitas

cahaya yang mengenai permukaan panel sel surya.

Pemasangan probe luxmeter tegak lurus terhadap arah datangnya cahaya

seperti pada gambar 3.2. hal itu dilakukan untuk mengetahui intensitas maksimum

yang dihasilkan oleh sumber cahaya.

Dari langkah-langkah tersebut diketahui bahwa intensitas cahaya yang

dihasilkan oleh sumber cahaya bernilai maksimum pada posisi tegak lurus

terhadap datangnya cahaya. Dimana jarak antara permukaan panel sel surya dan

lampu bohlam 100Watt adalah 20 cm.

3.4.2 Menyusun Rangkaian dan Menguji karakteristik Rangkaian Panel

Sel Surya

Mengacu pada gambar 3.1 menyusun dan pengambilan data berdasarkan

pengujian karakteristik panel sel surya memerlukan sumber cahaya dengan

intensitas yang konstan, sedangkan besarnya intensitas cahaya matahari sangat

tidak konstan sehingga pengujian karakteristik sel surya dilakukan dengan lampu

bohlam 100Watt. Alat yang digunakan adalah voltmeter dan amperemeter. Bentuk

rangkaian pengujian karakteristik panel sel surya dan rangkian panel sel surya

dapat dilihat pada gambar berikut :

Dalam mendapatkan data kararakteristik panel sel surya mula-mula satu

panel sel surya diukur dengan voltmeter dan ammeter seperti gambar 3.3. setelah

itu beberapa panel sel surya disusun rangkaian seri terlebih dahulu seperti pada

gambar 2.1 dan dalam mendapatkan karakteristik panel sel surya maka dalam

yang disusun seri terlebih dahulu adalah dua panel sel surya kemudian tiga sel

panel surya selanjutnya sampai banyaknya panel sel surya maksimal 10 panel sel

surya yang digunakan dalam penelitian.

Gambar 3.3 Pengujian karakteristik rangkaian penel sel surya bohlam 100 watt

Seperti pada pengujian luxmeter digital dengan lampu bohlam maka pada

pengujian karakteristik panel dan rangkaian panel sel surya diletakkan dibawah

lampu dengan jarak 20 cm.

Gambar 3.4 Rangkaian pengujian karakteristik untuk rangkaian dua paralel dan tiga seri

panel sel surya

3.4.3 Pengambilan Data

Dalam mengambil data sumber cahaya yang digunakan sebagai pengganti

sinar matahari adalah lampu dengan intensitas dan daya yang hampir menyamai

intensitas dan daya yang dimiliki oleh sinar matahari yakni lampu bolam 100Watt

Pada penelitian ini dilakukan pengambilan data keluaran karakteristik

panel sel surya dan rangkaian panel sel surya dengan beberapa bentuk rangkaian.

Hal yang perlu diperhatikan untuk mendapatkan perbandingan keluaran yang

benar setelah diketahui masing-masing rangkaian panel sel surya mempunyai

respon keluaran masing-masing adalah cara pengambilan data.

Rangkaian pengukuran keluaran karakteristik panel sel surya dan

rangkaian panel sel surya yang masing-masing telah dihubungkan dengan dua

buah multimeter yang satu bersifat voltmeter dan satunya amperemeter.

Pengukuran daya dilakukan dengan hasil tegangan dan arus yang telah diperoleh

dari pengambilan data, karena daya merupakan faktor perkalian antara arus dan

tegangan. Keluaran yang terukur adalah keluaran daya yang melewati

potensiometer.

Setelah pengambilan data dengan rangkaian seri kemudian dilanjutkan

dengan rangkaian paralel, seperti halnya waktu merangkai seri pada rangkaian

pararel seperti pada gambar 2.2 dan terlebih dahulu dua panel sel surya, tiga panel

sel surya sampai sepuluh panel sel surya yang ada disusun secara pararel. Diambil

satu rangkaian. Setelah diambil data keluarannya, dibandingkan hasilnya

Pada pengambilan data dengan rangkaian seri-pararel yaitu dirangkai seri

terlebih dahulu baru dipararel, yang dirangkai adalah dimulai dengan tiga panel

sel surya sampai sepuluh panel sel surya. Dimulai lagi untuk pengambilan data

panel sel surya yang dirangkai pararel-seri dengan cara merangkai kebalikan dari

seri-pararel yaitu terlebih dahulu dirangkai seri baru setelah itu dipararel.

Pada saat pengambilan data, satu dan beberapa panel diletakkan pada

tempat yang berdekatan dan memiliki ketinggian atau jarak antara lampu dan

rangkaian panel sel surya yang diusahakan sama, serta diukur pada saat waktu

yang telah ditentukan.

3.4.4 Pengujian Penyimpanan Energi ke Battery Pb-Acid

Battery yang telah disediakan diukur tegangannya dengan multimeter

untuk mengetahui tegangan maksimal yang dimiliki oleh battery. Kemudian

battery dikosongkan, diukur dengan multimeter untuk mengetahui isi battery telah

kosong untuk nantinya diisi dengan energi yang didapat dari rangkaian panel sel

surya.

Penggunaan battery sebagai elemen penyimpan energi yang didapatkan

dalam berbagai aplikasi rangkaian panel sel surya sangat penting. Penyimpanan

energi listrik dari rangkaian seri panel sel surya yang umumnya terdiri dari

rangkaian panel sel surya memerlukan waktu yang sangat lama karena arus sangat

kecil walaupun tegangan yang dihasilkan sangat besar.

6 V 4,2 AH dalam penyambungan ini nilai range dari tegangan atau voltase dan

arus listrik diperhatikan antara yang dihasilkan oleh rangkaian panel sel surya

dengan nilai tegangan atau voltase dan arus listrik yang battery dapat terima.

Dapat diperoleh data energi yang dapat disimpan oleh battery per jamnya.

Waktu pengisian battery dapat dipersingkat dua kali bila arusnya

diperbesar dua kali lipat. Proses pengisian battery dapat dilakukan tanpa

menggunakan pengontrol arus. Rangkaian terdiri dari beberapa buah panel sel sel

surya, paling banyak sepuluh buah panel sel surya.

Data pertama pengujian battery yaitu 6V 4,2Ah, dihubungkan dengan satu

panel sel surya atau tunggal, data kedua dengan dua panel sel surya yang

dirangkai seri, dan seterusnya sampai dengan rangkaian pararel-seri hingga

mendapatkan rangkaian panel sel surya yang bagaimana yang paling cepat

mengisi battery 6V, 4.2Ah. Kutub positif panel sel surya dihubungkan dengan

kutub positif battery dan kutub negatif panel sel surya dihubungkan dengan kutub

negatif battery. Data yang diambil dalam tahap ini adalah berupa kenaikan

tegangan pada battery dalam jangka waktu yang ditentukan. Akan dibandingkan

lama pengisian battery oleh masing-masing rangkaian panel sel surya satu dengan

yang lain.

Dari nilai efisiensi konversi energi yang dikumpulkan oleh battery per jam

dapat diketahui apakah battery dapat memenuhi kebutuhan sehari-hari atau

digunakan salah satu peralatan yang dipakai atau dibutuhkan sehari-hari.

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dipaparkan hasil penelitian yang mencakup hasil

pengujian karakteristik panel sel surya, hasil pengujian keluaran rangkaian seri,

pararel, seri-pararel dan pararel-seri panel sel surya, hasil pengujian timer

penyimpanan energi ke aki kering, seperti yang telah dilakukan pada bab III.

4.1. Hasil Pengujian Karakteristik Tegangan- Arus (V-I) Panel Sel Surya

Hasil pengujian kararkterstik panel sel surya dapat ditampilkan dalam

hubungan tegangan seperti gambar 4.1

Grafik Tegangan vs Arus untuk Satu Panel Sel

Surya

0

5

10

15

20

25

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Tegangan (volt)

A

ru

s

(m

A

)

adalah 25mA. Tegangan rangkaian terbuka atau V

oc

(open circuit voltage) terjadi

pada saat arus sel surya sama dengan nol. Besarnya nilai V

oc

pada pengujian ini

adalah 9.56 volt.

Pada pengujian ini intensitas cahaya yang mengenai panel sel surya adalah

63,09 Watt/m

2

yang dihasilkan lampu bohlam 100 Watt. Nilai titik daya

maksimum atau MPP (maximum power point) adalah 151.2 mWatt terjadi pada

saat V

MPP

= 7.2 volt dan I

MPP

= 21 mA. Dengan menggunakan persamaan 2.3

didapatkan efisiensi panel sel surya adalah sebesar 18.29 %.

Tabel 4.1 Tabel karakteristik panel sel surya

Item Air

mass

1.5

T = 25°C

VMPP

7.2 Volt

IMPP

21 mA

PMPP

151.2 mWatt

Isc 25

mA

Voc 9.56

Volt

Dari gambar 4.1 dapat dilihat karakteristik sel surya yaitu semakin besar

nilai tegangan maka arus yang mengalir semakin kecil. Karakteristik tersebut

berbeda dengan sumber tegangan (voltage source) maupun sumber arus (current

Source). Sumber tegangan yang ideal akan memberikan tegangan yang konstan

ketika diberikan beban yang bervariasi dan sumber arus yang ideal akan

memberikan arus yang konstan ketika diberikan beban yang bervariasi. Dengan

demikian sel surya tidak biasa disebut sebagai sumber tegangan maupun sumber

arus.

4.2 Hasil Pengujian Karakteristik Tegangan-Arus (V-I) Rangkaian Seri Panel Sel Surya

Hasil pengujian karakteristik rangkaian untuk beberapa panel sel surya yang

disusun secara seri dapat ditampilkan pada grafik dalam gambar 4.2.

Grafik Karakteristik untuk Rangkaian Seri Panel Sel

Surya

1 panel

2 panel

3 panel

4 panel

5 panel

6 panel

7 panel

8 panel

9 panel

10 panel

0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Tegangan (Volt) A ru s (m A )

Gambar 4.2 Grafik tegangan- arus hasil pengujian karakteristik rangkaian seri panel sel surya

Terlihat bahwa semakin bertambahnya panel sel surya yang dirangkai seri maka semakin besar atau bertambah pula nilai tegangan Voc (open circuit voltage) yang diperoleh saat rangkaian seri panel sel surya terkena

sinar matahari, sedang untuk arus Isc (short circuit current) terlihat bahwa arus mangalami penurunan nilai yang

sangat sedikit tiap penambahan panel sel surya ke dalam rangkaian.

Dapat dilihat pada masing-masing data yang telah dibuat menjadi grafik untuk dilihat nilai Voc (open

circuit voltage) dan Isc (short circuit current) serta nilai titik daya maksimum atau MPP (maximum power point)

untuk masing-masing rangkaian seri.

Hasil pengujian karakteristik rangkaian untuk beberapa panel sel surya yang disusun secara seri dapat ditampilkan seperti pada tabel 4.2.

3

3 panel surya

24.00

30.00

420.00

17.73 %

4

4 panel surya

23.00

38.50

474.83

15.28 %

5

5 panel surya

22.69

46.30

582.06

15.44%

6

6 panel surya

22.14

60.20

793.54

17.61 %

7

7 panel surya

21.65

66.84

1011.34

18.6%

8

8 panel surya

22.00

76.91

1136.19

21.47%

9

9 panel surya

21.91

87.24

1218.36

16.93%

10

10 panel surya

20.48

97.90

1536.47

20.18%

Pada pengujian untuk satu panel sel surya terlihat bahwa arus rangkaian

pendek atau I

sc

(short circuit current) terjadi pada saat tegangan rangkaian seri dua

panel sel surya dengan nol. Tegangan rangkaian terbuka atau V

oc

(open circuit

voltage) terjadi pada saat arus rangkaian seri dua panel sel surya sama dengan nol.

Dalam rangkaian seri panel sel surya bekerja pula prinsip rangkaian listrik

yaitu bekerja seperti hambatan yang dihubungkan secara seri, dengan

bertambahnya jumlah panel yang ada dalam rangkaian maka semakin besar

hambatan yang ada dalam rangkaian seri panel sel surya. Karenanya

mempengaruhi nilai arus yang diperoleh rangkaian panel sel surya, semakin besar

nilai hambatan semakin kecil nilai arus yang diperoleh.

Nilai titik daya maksimum atau MPP (maximum power point) yang

dimiliki oleh rangkaian seri terlihat semakin besar bersamaan dengan

bertambahnya panel sel surya yang berada dalam rangkaian, dalam data tabel 4.2

yang berasal dari gabungan data karakteristik rangkaian seri terlihat bahwa pada

jumlah panel sel surya terbanyak yaitu sepuluh sel surya yang dirangkai seri

memiliki keluaran daya maksimum atau P

Mpp

yang paling besar diantara

rangakain seri yang lain, yaitu sebesar 1536.47 mW, dengan nilai tegangan paling

yang lain.

Pada tabel 4.2 ditunjukkan bahwa masing-masing rangkaian seri dengan

jumlah panel yang berbeda-beda mempunyai nilai efisiensi yang didapatkan

dengan persamaan 2.8. Pada beberapa nilai efisiensi yang didapatkan untuk

rangkaian seri adalah berkisar kurang lebih 15 hingga 21 %, ini berarti dari

seluruh energi matahari yang diterima oleh rangkaian seri panel sel surya hanya

berkisar 15 hingga 21persen energi matahari saja yang dapat diubah menjadi

energi listrik.

Nilai efisiensi sangat dipengaruhi oleh nilai daya maksimum yang dimiliki

oleh rangkaian, banyaknya intensitas cahaya matahari yang dapat diterima oleh

panel surya dalam rangkaian dan jumlah panel surya yang terdapat dalam

rangkaian.

4.3 Hasil Pengujian Karakteristik Tegangan-Arus (V-I) Rangkaian Paralel Panel Sel Surya

Hasil pengujian karakteristik rangkaian untuk beberapa panel sel surya yang disusun secara pararel dapat ditampilkan seperti pada gambar 4.3. Dalam rangkaian paralel ini, seperti pada rangkaian seri panel sel surya bekerja dengan prinsip rangkaian listrik dimana tiap panel sel surya memiliki hambatan dalam. Setiap penambahan panel sel surya maka hambatan pada rangkaian paralel panel sel surya semakin kecil. Semakin kecil nilai hambatan dalam rangkaian maka nilai arus yang diperoleh rangkaian paralel panel sel surya semakin besar.

1 panel 2 panel 3 panel 4 panel 5 panel 7 panel 6 panel 8 panel 9 panel 10 panel 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tegangan (Volt) A ru s (m A )

Gambar 4.3 Grafik tegangan- arus hasil pengujian karakteristik rangkaian paralel panel sel surya

Terlihat bahwa semakin bertambahnya panel sel surya yang dirangkai paralel maka semakin kecil atau berkurang nilai tegangan Voc (open circuit voltage), sedang untuk arus Isc (short circuit current) terlihat bahwa arus

mangalami kenaikan nilai tiap penambahan panel sel surya ke dalam rangkaian, sehingga dapat dilihat pada masing-masing data yang telah dibuat menjadi grafik untuk dilihat nilai Voc (open circuit voltage) dan Isc (short

circuit current) serta nilai titik daya maksimum atau MPP (maximum power point) untuk masing-masing rangkaian

paralel.

Hasil pengujian karakteristik rangkaian untuk beberapa panel sel surya yang disusun secara paralel dapat ditampilkan seperti pada tabel 4.4.

Tabel 4.3 Tabel karakteristik rangkaian paralel panel sel surya

NO

Rangkaian Paralel Panel

Surya

(mA)

Isc

(Volt)

Voc

PMpp

(mW)

Q

1

1 panel surya

25.00

9.56

151.20

18.29 %

2

2 panel surya

49.80

9.46

286.96

17.62%

3

3 panel surya

67.00 9.43 370.40 15.64%

4

4 panel surya

89.50 9.63

564.98 18.18 %

7

7 panel surya

146.00 8.97

893.00 16.41%

8

8 panel surya

164.60 8.89 903.72 15.62%

9

9 panel surya

185.60 8.75

1177.02 16.36%

10

10 panel surya

205.80 8.84 1210.28 15.9 %

Pada pengujian karakteristik untuk rangkaian paralel panel sel surya diperoleh dengan menggunakan prinsip rangkaian seri panel sel surya dimana yang berbeda adalah susunan sambungan masing-masing panel dan terlihat pada tabel bahwa arus rangkaian pendek atau Isc (short circuit current) terjadi pada saat tegangan

rangkaian paralel dua panel sel surya dengan nol. Besarnya nilai Isc pada pengukuran untuk rangkaian paralel dua

panel sel surya adalah 49.8 mA, lebih besar daripada Isc yang dihasilkan oleh satu panel sel surya dan dua panel sel

surya yang dirangkai seri.

Dalam tabel hasil pengujian rangkaian paralel untuk dua sampai sepuluh

panel sel surya terlihat memiliki arus rangkaian pendek atau I

sc

(short circuit

current) lebih besar daripada I

sc

yang dimiliki oleh satu panel sel surya, serta nilai

arus I

sc

yang dihasilkan oleh rangkaian paralel lebih besar daripada nilai arus I

sc

yang dimiliki rangkaian dua seri panel sel surya.

Tegangan rangkaian terbuka atau V

oc

(open circuit voltage) terjadi pada

saat arus rangkaian paralel dua panel sel surya sama dengan nol. Besarnya nilai

V

oc

pada pengujian ini adalah 9.46 volt, lebih kecil dari pada nilai V

oc

yang

dihasilkan oleh satu panel sel surya dan juga lebih kecil daripada nilai V

oc

dua

panel sel surya yang dirangkai seri.

Dapat dilihat dari tabel bahwa nilai dari tegangan rangkaian terbuka atau

V

oc

(open circuit voltage) yang dihasilkan oleh rangkaian paralel untuk Dua

sampai sepuluh panel sel surya lebih kecil daripada nilai V

oc

yang didapatkan

oleh satu panel sel surya, kecuali rangkaian pararel empat panel sel surya yang

menghasilkan nilai V

oc

9.63 volt.

dihasilkan penelitian ini rangkaian paralel dari keseluruhan panel sel surya

memiliki nilai titik daya maksimum atau MPP (maximum power point) yang

paling tinggi nilainya adalah nilai titik daya maksimum atau MPP (maximum

power point) milik rangkaian paralel sepuluh panel sel surya yaitu sebesar

1210.28 mW. Data yang dihasilkan oleh rangkaian seri dan rangkaian paralel

panel sel surya dapat dibandingkan dari daya maksimum rangkaian seri memiliki

hasil lebih tinggi daripada daya maksimum rangkaian paralel.

Bila dilihat dari teori seharusnya daya yang dihasilkan dari rangkaian seri

dan paralel adalah sama, untuk jumlah panel dalam rangkaian dan yang berbeda

hanya nilai arus dan tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian seri dan paralel

yaitu untuk rangkaian seri menghasilkan tegangan lebih besar daripada yang

dihasilkan rangkaian paralel, sebaliknya arusnya lebih kecil daripada yang

dihasilkan rangkaian paralel untuk jumlah panel sel surya yang sama.

Oleh karena itu, kemungkinan terjadinya perbedaan antara perkiraan teori

dan hasil penelitian adalah dikarenakan temperatur ruang yang mempengaruhi

nilai arus dan tegangan. Kemungkinan juga dikarenakan susunan rangkaian

memiliki perbedaan sudut antara lampu dan tiap panel dalam pengambilan data.

Untuk nilai-nilai efisiensi yang diperoleh rangkaian paralel berkisar 15

hingga 18 %, sehingga untuk rangkaian paralel dari keseluruhan sinar matahari

yang diterima oleh rangkaian hanya 15 hingga 18 persen saja yang dapat diubah

dimiliki oleh rangkaian paralel lebih kecil.

Pada rangkaian seri dan rangkaian parallel, jika dilihat untuk nilai efisiensi

juga dipengaruhi oleh nilai daya maksimum yang dimiliki oleh rangkaian,

banyaknya intensitas cahaya matahari yang dapat diterima oleh panel surya dalam

rangkaian dan jumlah panel surya yang terdapat dalam rangkaian.

4.4 Hasil Pengujian Karakteristik Tegangan-Arus (V-I) Rangkaian Seri-paralel Panel Sel Surya

Pada grafik 4.4 terlihat bahwa rangkaian seri-paralel untuk panel sel surya

hanya bisa dilakukan oleh lebih dari dua panel sel surya, karena untuk dua panel

sel surya hanya bisa diseri atau paralel saja tidak bisa dikombinasikan. Dalam

grafik terlihat bahwa arus rangkaian pendek atau I

sc

(short circuit current) yang

diperoleh semakin kecil nilainya dengan bertambahnya panel sel surya yang

digabung ke dalam rangkaian seri-paralel.

Grafik Karakteristik untuk Rangkaian Seri-paralel

Panel Sel surya

3 panel

5 panel

4 panel

6 panel

7 panel 8 panel 9 panel 10 panel 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tegangan (Volt) A ru s (m A )

Gambar 4.4 Grafik tegangan- arus hasil pengujian karakteristik rangkaian seri-paralel

panel sel surya

dalam rangkaian seri paralel, jadi dapat dikatakan pada rangkaian seri-paralel

antara nilai I

sc

dengan nilai V

oc

berbanding terbalik.

Dalam data pada tabel 4.4 pengujian karakteristik untuk rangkaian seri

paralel ini didapatkan arus rangkaian pendek atau I

sc

(short circuit current) pada

rangkaian seri-paralel untuk tiga panel sel surya hasilnya dua kali lebih besar

daripada yang dihasilkan rangkaian seri untuk tiga panel sel surya. Namun

membandingkan dengan rangkaian paralel maka terlihat bahwa rangkaian

seri-pararlel memiliki arus I

sc

lebih kecil daripada rangkaian paralel.

Tabel 4.4Tabel karakteristik rangkaian seri-paralel panel sel surya

NO

Rangkaian Seri-paralel

Panel Surya

(mA)

Isc

(Volt)

Voc

PMpp

(mW)

Q

1

3 panel surya

49.50 9.77

306.08

12.92 %

2

4 panel surya

48.30

21.55

552.55

17.78 %

3

5 panel surya

47.40 19.6 522.25

13.87 %

4

6 panel surya

48.00 26.98

714.00

15.84%

5

7 panel surya

47.30 26.93

754.40

13.88 %

6

8 panel surya

45.32

38.15

912.40

15.77 %

7

9 panel surya

45.00 33.95

905.85

12.59%

8

10 panel surya

40.83 49.23

1574.14

20.68 %

Tegangan rangkaian terbuka atau V

oc

(open circuit voltage) untuk

rangkaian seri-paralel lebih besar nilainya daripada nilai V

oc

yang dihasilkan

rangkaian paralel tapi lebih kecil dari pada nilai V

oc

yang dihasilkan oleh

rangkaian seri.

sangat sedikit dalam penambahan panel sel surya pada rangkaian, dan pada

rangkaian seri paralel untuk empat panel sel surya nilai V

oc

yang diperoleh

memiliki nilai yang lebih tinggi daripada yang diperoleh lima panel sel surya.

Begitu juga yang diperoleh rangkaian seri-paralel enam panel sel surya bernilai

lebih tinggi dengan nilai yang diperoleh rangkaian seri-paralel tujuh panel sel

surya, dan yang diperoleh rangkaian seri-paralel delapan panel sel surya bernilai

lebih tinggi dengan nilai yang diperoleh rangkaian seri-paralel sembilan panel sel

surya.

Dibandingkan nilai dari data yang dihasilkan penelitian ini rangkaian

paralel dari keseluruhan panel sel surya memiliki nilai titik daya maksimum atau

MPP (maximum power point) yang paling tinggi nilainya adalah nilai titik daya

maksimum atau MPP (maximum power point) milik rangkaian seri-paralel

sepuluh panel sel surya yaitu sebesar 1574.15 mW, dan jika dibandingkan dengan

hasil P

Mpp

yang diperoleh dari rangkaian seri dan rangkaian paralel maka nilai dari

rangkaian seri-paralel panel sel surya lebih besar daripada kedua rangkaian

tersebut.

Nilai efisiensi untuk rangkaian seri-paralel berkisar kurang lebih 12 hingga

20%, dengan pengertian bahwa dari seluruh cahaya matahari yang diterima oleh

rangkaian panel sel surya hanya 12 hingga 20 persen cahaya matahari yang dapat

dikonversi menjadi energi listrik. Dibandingkan dengan nilai efisiensi yang

dimiliki oleh rangkaian seri dan rangkaian paralel, rangkaian seri-paralel memiliki

nilai efisiensi lebih kecil. Namun untuk nilai efisiensi pada sepuluh panel sel

4.5 Hasil Pengujian Karakteristik Tegangan-Arus (V-I) Rangkaian Paralel-seri Panel Sel Surya

Pada grafik 4.8 dapat dilihat nilai tegangan rangkaian terbuka atau V

oc

(open

circuit voltage) yang diperoleh tiap panel sel surya yang dirangkai paralel-seri

terdapat disekitar kurang lebih 18 volt atau bisa dikatakan mengalami kenaikan

nilai V

oc

yang sedikit, dan dalam grafik terlihat bahwa semakin bertambahnya

panel sel surya yang digabung ke dalam rangkaian paralel-seri maka semakin

besar nilai arus rangkaian pendek atau I

sc

(short circuit current) yang diperoleh.

Grafik Karakteristik untuk Rangkaian Paralel-seri

Panel Sel Surya

3 panel 4 panel 5 panel 6 panel 7 panel 8 panel 9 panel 10 panel 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tegangan (Volt) A ru s (m A )

Gambar 4.5 Grafik tegangan- arus hasil pengujian karakteristik rangkaian paralel-seri panel sel

surya

Pada tabel 4.5 dapat dilihat antara nilai I

sc

yang diperoleh rangkaian

paralel-seri empat dan lima panel sel surya mengalami kenaikan yang sangat

sedangkan nilai V

oc

pada rangkaian paralel-seri walaupun bertambah tapi tidak

signifikan.

Dibandingkan dengan rangkaian seri nilai I

sc

yang diperoleh rangkaian

pararel-seri lebih besar, sedang untuk nilai V

oc

pada rangkaian seri lebih besar

daripada yang diperoleh rangkaian paralel-seri. Bila dibandingkan dengan

rangkaian paralel nilai I

sc

yang diperoleh rangkaian paralel-seri lebih besar dan

untuk nilai V

oc

rangkaian paralel lebih kecil daripada nilai V

oc

rangkaian

paralel-seri.

Tabel 4.5Tabel karakteristik rangkaian pararel-seri panel sel surya

NO

Rangkaian Paralel-seri

Panel Surya

(mA)

Isc

(Volt)

Voc

PMpp

(mW)

Q

1

3 panel surya

25.00 18.00

230.85

9.74 %

2

4 panel surya

49.40

18.00

387.00

12.45%

3

5 panel surya

49.44 18.60 498.81

13.23%

4

6 panel surya

64.40 18.60 605.72

13.34%

5

7 panel surya

70.53 18.70 641.09

11.8 %

6

8 panel surya

94.50 18.81 982.50

16.99%

7

9 panel surya

95.24 18.79

1007.17

14%

8

10 panel surya

115.35

18.62

1092.78

14.35%

Pembandingan untuk rangkaian seri-pararel nilai I

sc

yang diperoleh

rangkaian pararel-seri lebih besar kecuali untuk rangkaian pararel-seri tiga panel

sel surya yang nilai I

sc

nya lebih kecil daripada nilai I

sc

yang diperoleh rangkaian

pararel tiga panel sel surya yaitu sebesar 25 mA, dimana rangkaian

seri-pararel tiga panel sel surya I

sc

sebesar 49.5 mA.

Untuk nilai V

oc

rangkaian pararel-seri lebih kecil daripada nilai V

oc

yang

diperoleh rangkaian seri-pararel kecuali untuk tiga panel sel surya, dimana pada

Pada data yang dihasilkan penelitian ini rangkaian pararel-seri dari

keseluruhan panel sel surya memiliki nilai titik daya maksimum atau MPP

(maximum power point) yang paling tinggi nilainya adalah sepuluh panel sel surya

sebesar 1092.78 mW, jika dibandingkan dengan rangkaian seri, pararel dan

seri-pararel maka P

Mpp

yang diperoleh rangkaian paralel–seri lebih kecil daripada

semua rangkaian tersebut.

Nilai efisiensi dari rangkaian paralel-seri ini berkisar 9 hingga 16 %

dimana itu berarti dari keseluruhan sinar matahari yang diperoleh panel sel surya

hanya 9 hingga 16 persen dari sinar matahari tersebut yang menjadi energi listrik.

Perbandingan antara nilai-nilai efisiensi yang diperoleh masing-masing

rangkaian panel sel surya, nilai efisiensi yang diperoleh rangkaian paralel-seri

yang paling kecil diantara rangkaian yang lain. Sehingga dapat dilihat bahwa cara

menyambung atau menyusun panel sel surya juga berpengaruh terhadap nilai

efisiensi.

4.6

Hasil Pengujian Pengisian Battery dengan Rangkaian Seri Panel Sel

Surya Sebagai Sumber Tegangan

Grafik Tegangan vs Lama Pengisian Battery

untuk Rangkaian Seri Panel Sel Surya

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Lama Pengisian (jam)

T

e

g

a

n

g

a

n

B

a

tt

e

ry

(V

o

lt

)

1 panel 2 panel 3 panel 4 panel 5 panel 6 panel 7 panel 8 panel 9 panel 10 panel

Gambar 4.6 Grafik Pengujian pengisian battery oleh rangkaian seri panel sel surya

dengan sinar lampu bohlam 100 Watt

Dalam pangujian ini battery 6V, 4,2 Ah dihubungkan langsung dengan

masing-masing rangkaian panel sel surya tanpa alat pengontrol untuk melihat

pengaruhnya terhadap pengisian energi yang diperoleh rangkaian panel sel surya.

Dengan menggunakan lampu 100Watt sebagai sumber cahaya yang tetap nilai

intensitasnya.

Apabila pengisian battery dengan sinar matahari dilakukan pada pengujian

ini, yang memiliki intensitas sebagai sumber cahaya tidak tetap dan perubahan

intensitas secara signifikan mengakibatkan perubahan tegangan yang dalam

pengisian battery memiliki keharusan bahwa sumber tegangan pengisi battery

harus lebih besar dari tegangan pada battery, jika penurunan intensitas secara

dratis hingga nilai tegangan yang diperoleh rangkaian panel sel surya kurang

tersebut berarti membuang isi battery dan kemungkinan dikarenakan karena

dalam mengisi battery tidak dilengkapi rangkaian penyearah dan pengontrol.

Namun untuk pengisian battery dengan sinar lampu 100 Watt adalah

sebagai percobaan guna untuk mengetahui lamanya pengisian battery dalam

intensitas cahaya lampu bohlam yang maksimal dan mendekati nilai intensitas

matahari. Dalam pengisian battery pada grafik 4.6 untuk rangkaian seri terlihat

semakin bertambah jumlah panel maka semakin cepat waktu pengisiannya.

Dengan diketahui bahwa karakteristik rangkaian seri maka dapat pahami

rangkaian seri memiliki kendala dalam hal nilai arus, sedangkan dalam battery

sendiri terdapat hambatan dalam yang mana dalam proses pengisian rangkaian

seri panel sel surya akan dengan sendirinya mengisi battery menyesuaikan dengan

hambatan yang ada dalamnya.

4.7 Hasil Pengujian Pengisian Battery dengan Rangkaian Paralel Panel Sel

Surya Sebagai Sumber Tegangan

Grafik Tegangan vs Lama Pengisian

Battery untuk Rangkaian Paralel

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Lama Pengiaian (Jam)

T

e

g

a

n

g

a

n

B

at

te

ry

(V

o

lt

)

1 panel 2 panel 3 panel 4 panel 5 panel 6 panel 7 panel 8 panel 9 panel 10 panel

Gambar 4.7 Grafik Pengujian pengisian battery oleh rangkaian paralel panel sel surya

dengan sinar lampu bohlam 100 Watt

Dalam pengujian pengisian battery kali ini yang membedakan adalah

susunan rangkaian panel sel surya yang dipakai sebagai sumber tagangan pengisi

battery. Hasil pengujian dapat dilihat pada gambar 4.7 grafik pengujian pengisian

battery.

Pada grafik terlihat bahwa rangkaian paralel memiliki waktu lama

pengisian battery lebih singkat atau cepat daripada satu panel sel surya, dan

semakin bertambahnya jumlah panel sel surya dalam rangkaian maka semakin

cepat pula pengisian battery, jika dibandingkan dengan rangkaian seri yang

memiliki jumlah panel sel surya yang sama rangkaian paralel memiliki waktu

yang lebih cepat dalam hal mengisi daripada rangkaian seri panel sel surya. Lama

pengisian battery oleh rangkaian paralel lebih hemat waktu dua kali lipat daripada