PENGUJIAN KARAKTERISTIK PANEL SURYA: SEMESTER VI

(1)

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

LAB PEMBANGKIT DAN

PENYALURAN STL PENGUJIAN KARAKTERISTIK PANEL

SURYA SEMESTER VI

I. Tujuan Percobaan

1. Melakukan pengujian karakteristik panel surya.

2. Menghitung tetapan factor pengisian (fill factor) dari suatu panel surya..

II. TeoriDasar

Cahaya sinar matahari terdiri dari banyak warna, merupakan gabungan photon inframerah berenergi-rendah (1.1 eV) dengan photon ultraviolet berenergi-tinggi (3.5 eV) dan photon dengan cahaya yang terlihat diantaranya. Gambar 1 menunujukkan spectrum dari energy solar (tenaga surya) yang jatuh pada suatu bidang, yang secara langsung menghadap matahari, di luar atmosfer bumi pada jarak rata-rata antara matahari dan bumi. Area/ luasan di bawah kurva adalah energy total dalam spectrum yang dikenal sebagai “Solar Constant” G0, sebesar 1367 Watt per meter persegi (W/m²).

Gambar 1. Spektrum tenaga surya

Radiasi energy dalam spectrum yang dapat terlihat (visible spectrum) sekitar 43% dari total dan 52% dalam inframerah dan 5% ultraviolet.

(2)

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

Energi tenaga surya dapat ditangkap dalam dua bentuk, yakni sebagai panas atau energi listrik.

 Thermal System

Thermal system menangkap energi panas matahari (radiasi inframerah) dalam bentuk solar connector (pengumpul panas) dan menggunakannya untuk memanaskan air atau suatu ruang, tetapi panas tersebut juga dapat digunakan untuk membangkitkan listrik dengan memanaskan fluida yang akan memutar mesin ysng selanjutnya memutar generator.

Gambar 2. Diargam Pembangkit Energi listrik dari energi panas matahari

 Photovoltaic system

Photovoltaic system menangkap radiasi frekuensi matahari yang lebih tinggi (visible

& ultraviolet) dengan mengunakan susunan semikonduktor (photovolatic cell) yang mengkonvesi radiasi energi secara langsung menjadi listrik.

Secara harfiah, photovoltaic (PVs) berasal dari dua kata photo dan volt, yang mempunyai arti cahaya listrik. Sel yang mengubah radiasi sinar matahari menjadi listrik disebut sebagai photovoltaic cell, solar cell atau sel surya. Panel surya merupakan suatu kesatuan rangkaian yang terdiri atas beberapa sel photovoltaic yang dihubungkan secara seri, atau paralel, atau kombinasi dari seri dan paralel.

PV cells biasanya dibuat dari silicon meskipun material lainnya juga dapat digunakan.

Tipe-N semikonduktor dibuat dari silicon Kristal yang telah di-dope dengan tambahan sedikit campuran (biasanya phosphorous) sehingga dihasilkan electron yang berlebih. Sedangkan

(3)

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

semikonduktor tipe-P juga dibuat dari silicon Kristal, tetapi ditambahkan sedikit campuran berbeda (biasanya boron) sehingga menghasilkan material yang memiliki kekurangan electron. Kombinasi dua semikonduktor berbeda ini menghasilkan n-p junction, yang menghasilkan medan listrik di daerah junction (lihat gambar 3), sehingga menghasilkan muatan negative (atau postif) yang dapat berpindah pada satu arah (atau sebaliknya)

PVs atau solarcells (SC) mengkonversi cahaya matahari secara langsung menjadi listrik. Ketika photon mengenai material semikonduktor, misal silicon, maka material tersebut akam menyebabkan perbedaan potensial antara permukaan atas (muka) SC dan dan belakangnya. Cahaya terdiri dari partikel energy kecil yang disebut photon, dan jika photon dengan panjang gelombang tertentu mengenai p-junction, mereka dapat memindahkan energinya ke beberapa electron dalam material dan mendorongnya ke level energy lebih tinggi. Ketika p-n junction telah terbentuk, beberapa electron disekitar junction akan tertarik dari lapisan tipe-n untuk bergabung dengan hole (lubang) di dekat lapisan tipe-p. Sama halnya, hole pada lapisan tipe-p dekat junction akan tertarik untuk menyatu dengan electron pada lapisan tipe-n. Karenanya,efeknya adalah mengatur sekitar junction suatu lapisan pada semikonduktor tipe-n yang memiliki lebih banyak muatan positif dibandingkan sebaliknya.

Gambar 3. Photovoltaic sederhana dengan beban R

Proses konversi dari radiasi matahari ke listrik terjadi secara langsung sebagaimana disajikan pada gambar berikut. Gambar 2. Konversi Radiasi Sinar Matahari Menjadi Listrik

(4)

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

Tegangan listrik yang dihasilkan oleh sel surya berbasis silicon pada umumnya sekitar 0,5 Volt. Jumlah sel yang dirangkai secara seri pada satu panel surya umumnya 36 buah untuk sistem kerja sekitar 12 V-DC dan 72 buah untuk sistem kerja 24 V-DC. Daya yang dihasilkan bervariasi mulai dari 10 hingga 300Wp, tergantung jumlah sel yang terangkai pada satu panel.

Umur teknis panel surya pada dasarnyas angat lama, sudah terbukti lebih dari 25 tahun.

Gambar 4. Konversi radiasi sinar matahari menjadi listrik

Ada beberapa jenis sel Surya antara lain : a. Monokristal

Sel surya yang terdiri atas p-n Junction monokristal silicon atau yang disebut juga monocrystalline PV, mempunyai kemurnian yang tinggi yaitu 99,999%. Efisiensi selsurya jenis silicon monokristal mempunyai efisiensi konversi yang cukup tinggi yaitus ekitar 16 sampai 17%.

b. Polikristal

Polycristalline PV atau sel surya yang bermateri polokristal dikembangkan atas alasan mahalnya materi monokristal per kilogram. Efisiensi konversi sel surya jenis silicon polikristal berkisar antara 12% hingga 15%.

c. Amorfous

Sel surya bermateri Amorphous Silicon merupakan teknologi fotovoltaik dengan lapisan tipis atau thin film. Ketebalannya sekitar 10μm (micron) dalam bentuk modul surya.

Efisiensi sel dengan silicon amorfous berkisar 6% sampai dengan 9%.

(5)

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

Sifat-sifat listrik dari panel surya biasanya diwakili oleh karakteristik arus tegangannya, yang mana disebut juga kurva I-V. Jika sebuah panel surya dihubung singkat (Vmp = 0), maka arus hubung singkat (Isc) mengalir. Pada keadaan rangkaian terbuka (Imp = 0), maka tegangan panel disebut teganganterbuka (Voc). Daya yang dihasilkan panel surya adalah sama dengan hasil kali arus dan tegangan yang dihasilkan oleh panelsurya.

P = V x I Dengan :

P = Dayakeluaran panel (Watt) V = Tegangankerja panel (Volt) I = Aruskerja panel (Ampere)

Gambar 5. KurvaArus-Tegangan Dari Sebuah Panel Surya

Apabila tegangan kerja dari panel digerakkan dari 0 sampai dengan tegangan terbukaVoc, maka keluaran daya panel surya pertama kali cenderung naik. Tetapi pada suatu tegangan kerja tertentu, daya keluaran modul menuruns ecara drastis.Tegangan kerja dan arus panel surya yang terjadi pada saat daya maksimum (Pmax) tercapai berturut-turut dinyatakan sebagai Vm dan Im. Apabila pengukuran dilakukan pada radiasi 1000 W/m² dansuhu 25 ^oC, maka daya maksimum (Pmax) yang dihasilkan oleh panel disebut pula sebagai daya puncak (peak power) suatu panel surya dan dinyatakan sebagai P peak.

Pmax = Im x Vm Dengan :

Pmax = Daya maksimum keluaran panel (Watt)

(6)

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

Vm = Tegangan kerja panel pada daya maksimum (Volt) Im = Arus kerja panel pada daya maksimum (Ampere)

Catatan : Pada kondisi penyinaran 1000W/m2 dan temperatur 25°C, maka Pmax = Ppeak

Kualitas fabrikasi panel surya dapat dilihat dari besaran suatu faktor yang disebut sebagai fill-factor. Pada gambar 6, daya puncak suatu panel surya dapat dibayangkan sebagai luasan hasil kali Im dan Vm. Sedangan daya maksimum ideal dari suatu panel surya adalah luasan dari hasil kali I^SCdan V^OC. Fill-factor daris uatu panel surya didefinisikan menurut persamaan berikut :

Gambar 6. Fill-factor

Sebagaimana disebutkan diatas, arus dari panel bergantun gantara lain pada tingkat radiasi dan temperatur. Gambar 7 menunjukkan hubungan kurva I-V dari sebuah panel surya pada berbagai macam tingkat radiasi. Kurva-kurva I-V pada berbagai macam temperature sel ditunjukkan pada gambar 8.

(7)

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

Gambar 7. Kurva I-V SebagaiFungsiRadiasiMatahari

Gambar 8. Kurva I-V Sebagai Fungsi Temperatur Sel

III. Alat dan Bahan

1. Panel surya 1 buah

2. Multimeter 1 buah

3. Resistor variable 1 buah

4. Lux Meter 1 buah

5. KabelPenghubung secukupnya

(8)

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

IV. RangkaianPercobaan

Gambar 9. Rangkaian percobaan karakteristik panel surya

V. Prosedur Percobaan

1. Mempersiapkan Alat dan Bahan percobaan 2. Merangkai alat dan bahan sesuai rangkaian.

3. Menyalakan sumber cahaya (lampu) dan mengukur besar intensitas cahaya dengan menggunakan lux meter (atur intensitas cahaya lampu untuk pencahayaan rendah) 4. Untuk mengukur Voc dan Isc :

5. Atur potensiometer (RV) sehingga tegangan pada multimeter bernilai nol (V=0).

6. Catatlah arus yang terbaca pada amperemeter sebagai ISC (arussingkat).

7. Kemudian atur potersiometer (RV) sehingga arus pada amperemeter bernilai nol (I=0).

8. Catatlah tegangan yang terbaca pada multimeter sebagai VOC (tegangan terbuka).

9. Mengulang pengukuran untuk berbagai pasangan nilai V dan I.

10. Mengulang langkah percobaan 3 – 9 untuk intensitas cahaya lebih tinggi. Buatlah minimum 4 jenis intensitas cahaya yang berbeda.

(9)

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

VI. Tabel Hasil Pengukuran

Intensitas Cahaya 1: 1000 Lux Pengukuran

Monochrystal Polychrystal

Tegangan Voc (Volt)

Arus Isc (Amper)

Arus Isc (Amper) 1 (10 detik)

2 (20 detik) 3 (30 detik) 4 (40 detik) 5 (50 detik) 6 (60 detik) 7 (70 detik) 8 (80 detik) 9 (90 detik)

10 (100 detik) 11 (110

detik) 12 (120

detik) 13 (130

detik) 14 (140

detik) 15 (150

detik)

(10)

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

Intensitas Cahaya 1: 5000 Lux

Pengukuran

Monochrystal Polychrystal

Arus Isc (Amper)

Arus Isc (Amper) 1 (10 detik)

2 (20 detik) 3 (30 detik) 4 (40 detik) 5 (50 detik) 6 (60 detik) 7 (70 detik) 8 (80 detik) 9 (90 detik)

10 (100 detik) 11 (110

detik) 12 (120

detik) 13 (130

detik) 14 (140

detik) 15 (150

detik)

VII. Tugas

1. Buatlah kurva pasangan I-V , hitung nilai daya maksimum panel suryadan fill factor 2. Analisis hasilp raktikum