Studi Performansi Photovoltaic (PV) Dihubung Seri dan Paralel

LAMPIRAN

1 PV • Tabel Hasil 1 PV

Iradia nsi (W/m 2 ) Su hu (°C )

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Amp

ere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Amp

ere)

PMAX(W

att)

1000 0 18.25 3.45 63.14 19.75 3.321 65.59

1000 25 16.5 3.48 56.7 18 3.325 59.86

1000 50 14.5 3.46 50.2 16.25 3.324 54.01

1000 75 12.75 3.42 43.63 14.5 3.316 48.08

• Tabel Hasil 1 PV dengan Kondisi Iradiansi berubah, suhu tetap Iradia nsi (W/m 2 ) Suh u (°C)

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

270

27.7

15 14.25 0.927 13.21

15.75 0.8868 13.97 235.6

3

27.7

15 14 0.809 11.33

15.5 0.7741 12

180

27.7

15 13.75 0.608 8.364

15 0.5919 8.878

• Tabel Hasil 1 PV dengan Kondisi Iradiansi tetap, suhu berubah Iradia nsi (W/m 2 ) Suh u (°C)

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att) 235.6

3 29.4 14 0.801 11.22

15.25 0.7802 11.9 235.6

3

27.7

15 14 0.809 11.33

15.5 0.7741 12 235.6

3 26 14.25 0.803 11.45

15.75 0.768 12.1

• Tabel Hasil 1 PV dengan Kondisi Iradiansi berubah, suhu berubah Iradia nsi (W/m 2 ) Suh u (°C)

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

270 29.4 14.25 0.917 13.07 15.5 0.8938 13.85 235.6

3

27.7

15 14 0.809 11.33

15.5 0.7741 12

180 26 13.75 0.615 8.457 15 0.5972 8.959

2 PV Dihubung seri • Tabel Hasil 2 PV Dihubung Seri

Iradia nsi (W/m 2 ) Su hu (°C )

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Amp

ere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Amp

ere)

PMAX(W

att)

1000 0 36.5 3.45 126.3 39.5 3.321 131.2

1000 25 33 3.48 113.4 36 3.325 119.7

1000 50 29 3.46 100.4 32.5 3.324 108

1000 75 25.5 3.42 87.25 29 3.316 96.16

• Tabel Hasil 2 PV dihubung seri dengan Kondisi Iradiansi berubah, suhu tetap Iradia nsi (W/m 2 ) Suh u (°C)

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

270

27.7

15 28.5 0.927 26.41

31.5 0.8868 27.93 235.6

3

27.7

15 28 0.807 22.67

31 0.7741 23.99

180

27.7

15 27.5 0.608 16.73

30 0.5919 17.757

• Tabel Hasil 2 PV dihubung seri dengan Kondisi Iradiansi tetap, suhu berubah Iradia nsi (W/m 2 ) Suh u (°C)

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att) 235.6

3 29.4 28 0.807 22.43

235.6 3

27.7

15 28 0.809 22.67

31 0.7741 23.99 235.6

3 26 28.5 0.803 22.9

31.5 0.768 24.19

• Tabel Hasil 2 PV dihubung seri dengan Kondisi Iradiansi berubah, suhu berubah Iradia nsi (W/m 2 ) Suh u (°C)

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

270 29.4 28.5 0.917 26.14 31 0.8938 27.71

235.6 3

27.7

15 28 0.809 22.67

31 0.7741 23.99

180 26 27.5 0.615 16.91 30 0.5972 17.92

2 PV Dihubung paralel • Tabel Hasil 2 PV Dihubungparalel

Iradia nsi (W/m 2 ) Su hu (°C )

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Amp

ere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Amp

ere)

PMAX(W

att)

1000 0 18.25 6.950 126.3 19.75 6.642 131.2

1000 25 16.5 6.872 113.4 18 6.650 119.7

1000 50 14.5 6.924 100.4 16.25 6.648 108

1000 75 12.75 6.715 87.25 14.5 6.632 96.16

• Tabel Hasil 2 PV dihubung paralel dengan Kondisi Iradiansi berubah, suhu tetap Iradia nsi (W/m 2 ) Suh u (°C)

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

270

27.7

15 14.25 1.853 26.41

15.75 1.7736 27.93 235.6

3

27.7

15 14 1.619 22.67

15.5 1.5482 23.99

180

27.7

15 13.75 1.216 16.73

• Tabel Hasil 2 PV dihubung paralel dengan Kondisi Iradiansi tetap, suhu berubah Iradia nsi (W/m 2 ) Suh u (°C)

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att) 235.6

3 29.4 14 1.602 22.43

15.25 1.5604 23.79 235.6

3

27.7

15 14 1.619 22.67

15.5 1.5482 23.99 235.6

3 26 14.25 1.607 22.9

15.75 1.536 24.19

• Tabel Hasil 2 PV dihubung paralel dengan Kondisi Iradiansi berubah, suhu berubah Iradia nsi (W/m 2 ) Suh u (°C)

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att) 270 29.4 14.25 1.867 26.14 15.5 1.7876 27.71 235.6

3

27.7

15 14 1.619 22.67

15.5 1.5482 23.99

DAFTAR PUSTAKA

[1] Darmawan, Dianggoro, Perancangan Maximum Power Point Tracker (MPPT) untuk Panel Surya Menggunakan Konverter Cuk dengan Metode Hill climbing. Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2012.

[2] Satwiko S, Uji Karakteristik Sel Surya pada Sistem 24 Volt DC sebagai Catudaya pada Sistem Pembangkit Tenaga Hybrid, Jurusan Fisika, FMIPA UNJ, Jakarta Timur, 2012.

[3] Rois AR, Dr. Gunawan N, ST, MT, Ir. Chayun B, M.Sc,Analisa Peformansi dan Monitoring Solar Photovoltaic System (SPS) Pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya Di Tuban Jawa Timur. Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), 2012.

[4] Ahmad, Khalmin, Simulasi dan Verifikasi Modul Surya Terhubung Dengan Boost Booster Converterpada Jaringan Listrik Mikro Arus Searah Dengan Menggunakan Mathlab, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 2012.

[5] Indrawati, Dwi Agustina Hery. Optimalisasi Daya Pada Interkoneksi Photovoltaic (PV) dengan Jaringan Distribusi Menggunkan Maximum Power Point Tracker (MPPT) Metode Pengukuran Arus Hubung Singkat.

Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Mopember, 2012. [6] Kurniawan, Singgih.Maximum Power Point Tracking (MPPT) Dengan

Konverter dc-dc cuk Menggunakan Metode Logika Fuzzy padaPhotovoltaic.Jurnal Universitas Diponegoro. 2012.

[7] S. Nema, R. K. Nema, G. Agnihotri, Matlab/Simulink Based Study of Photovoltaic Cells/ Modules/ Array and Their Experimental Verification. International Journal of Energy and Environment. Volume 1, Issue 3, 2010 pp.487- 500.

[8] Faisal, S.M. Model of Grid Connected Photovoltaic System Using Mathlab/Simulink. Departement of Electrical & Electronics Engineering,

Ahsanullah University of Science and Technology, Dhaka, Bangladesh, 2005.

[9] S. Yuvarajan, etal.,A Novel Power Converter for Photovoltaic application. Electrical and Computer Engineering Department, North Dakota State University, Fargo, ND 58105, USA, 2004

[10] Messenger, Roger A, “Photovoltaic systems engineering second edition”, crcpress, 2003.

[11] Datasheet BP Solar 60-WattMulticrystalline Photovoltaic Modules

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu

Penelitian dilaksanakan pada simulasi komputer dengan menggunakansoftware MATLAB dengan memanfaatkan data iradiansi matahari dan suhu yang didapat dariBadan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika (BMKG) kota Medan. Lamapenelitian direncanakan selama 2 (dua) bulan.

3.2. Bahan dan Peralatan

Adapun bahan-bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah datasheet BPSX60 dan iradiansi cahaya matahari dan temperatur rata-rata di kota Medandengan tujuan melihat pengaruhnya terhadap performa photovoltaic

di kota Medan. Peralatan yang akandigunakan dalam penelitian ini adalah

software MATLAB/SIMULINK. 3.3. Variabel yang Diamati

Variabel-variabel yang diamati dalam penelitian ini meliputi: • Karakteristik V-I dan V-P pada 1 PV.

• Karakteristik V-I dan V-P pada 2 PV dipasang seri. • Karakteristik V-I dan V-P pada 2 PV dipasang paralel. • Karakteristik PV jika iradiansi berubah, suhu tetap. • Karakteristik PV jika iradiansi tetap, suhu berubah. • Karakteristik PV jika iradiansi berubah, suhu berubah.

3.4. Prosedur Penelitian

Adapun diagram alir dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 3.1

Berdasarkan flowchart penelitian pada gambar 3.1, langkah-langkah penelitian adalah sebagai berikut:

1. Pengumpulan Data.

Data yang dibutuhkan diambil dari Badan Meteorologi, Klimatologi,dan Geofisika (BMKG) Kota Medan meliputi:

a. Intensitas radiasi (Irradiance) cahaya matahari Kota Medan. b. Rata-rata suhu/temperature Kota Medan.

2 Membuat Model Photovoltaic

Setelah data diperoleh, kemudian membuat model dari photovoltaic menggunakan software MATHLAB/SIMULINK, sesuai dengan rumus rumus umum pada PV.

3 Memasukan Data.

Data-data yang telah dikumpulkan tersebut kemudian diolah dan dilakukan perhitungan untuk mendapatkan nilai daya, arus, dan tegangan output pada PV. Data-data yang dibutuhkan tersebut telah diuraikan pada poin ”pengumpulan data” di atas.

4 Menjalankan Simulasi.

Sebelum menjalakan simulasi, terlebih dahulu menetapkan variabel control yang mempengaruhi PV seperti Iradiansi dan temperature. Dari simulasi ini kita dapat melihat nilai output dari model yang sudah dibuat atau dirancang. 5 Menampilkan Hasil.

Dalam penelitian ini penulis ingin melihat peformansi dari suatu PV apabila dihubung secara seri maupun parallel.Bagaimana karakteristik yang dihasilkan PV apabila di hubung seri maupun parallel.

BAB IV

HASIL DAN ANALISIS

4.1. Umum

MATLAB (Matrix Laboratory) merupakan suatu program komputer yangbisa memecahkan berbagai masalah matematis yang kerap ditemui dalam bidangteknis.Matlab dapat dimanfaatkan untuk menemukan solusi dari berbagaimasalah numerik secara cepat dan tepat, mulai dari masalah yang sederhanahingga masalah yang kompleks.Salah satu aspek yang sangat berguna dariprogram matlab adalah kemampuannya menggambarkan berbagai jenis grafik,sehingga pengguna dapat menvisualisasikan data dan fungsi yang kompleks.Dalam program matlab juga dilengkapi dengan simulink, yaitu perangkat lunakyang digunakan dalam pemodelan, simulasi, juga menganalisis sistem dinamis.Mendukung sistem linier dan nonlinier, dapat dimodelkan dalam waktu kontiniu,waktu sampel atau hibrida dari keduanya. Sistem ini juga dapat

multirate, yaitumemiliki bagian yang berbeda dari apa yang dicontohkan atau diperbaharui padatingkat yang berbeda.

Program simulink akan membantu pengguna untuk dapat dengan mudahmembangun suatu model dari awal, atau mengambil model yang sudah adakemudian melakukan modifikasi untuk melakukan eksplorasi model non linierdengan lebih realistis, memperhitungkan arus photovoltaic yang dibangkitkan(IPH), arus dioda atau arus saturasi (ID) dan Hambatan seri (RS).

4.2. Model Rangkaian

Pada tugas akhir ini, penulis menggunakan panel surya BPSX-60 sebagai referensi untuk membuat model rangkaian.Adapun parameter-parameter yang dibutuhkan untuk membuat model rangkaian dapat dilihat pada tabel 4.1.

Tabel 4.1 Parameter panel surya BPSX-60

Electrical Parameter Information

A 2 Ideality diode factor of PN junction

Eg 1,12 eV Band gap energy

Np 1 Number of paralel-connected modules

Ns 36 Number of series-connected modules

Pmax 60 W Maximum power at standard condition

Vmax 16,8 V Voltage at the maximum power point

Imax 3,56 A Current at the maximum power point

NOTC 47°C Nominal Operating Cell Temperature

Isc 3,87 A Short-circuit current at standard condition

Voc 21,06 V Open-circuit voltage at standard condition

Kv 80 mV/°C Voc temperature coefficient

Ki 0,065%/°C Isc temperature coefficient

Rs 0,0045Ω Series resistance

Standard conditon : 25°C and 1000 W/m2

Dengan parameter panel surya diatas, maka dapat dibuat model rangkaian untuk mensimulasikan menggunakan software MATLAB/SIMULINK,performansi 1 PVdapat dilihat pada gambar 4.1, model rangkaian untuk mensimulasikan performansi 2 PV dihubung seri dapat dilihat pada gambar 4.2 dan model rangkaian untuk mensimulasikan performansi 2 pv dihubung paralel dapat dilihat pada gambar 4.3.

Gambar 4.1 Blok Diagram Simulasi 1 PV

4.3. Hasil dan Analisis Simulasi

4.3.1. Melihat karakteristik V-I dan V-P dari 1 PV a. Karakteristik Umum dari 1 PV

Simulasi performansi pada tugas akhir ini dilakukan dengan menggunakan MATLAB R2013b.Rangkaian simulasi ditunjukkan pada gambar 4.1.Keadaan simulasidilakukan dengan keadaan iradiansi 1000 W/m2 dan suhu 0°C, 25°C, 50°C dan 75°C. Hasil simulasi ditunjukan pada gambar dan tabel berikut:

(a)

(b)

Tabel 4.2 Hasil Simulasi 1 PV Iradia nsi (W/m 2 ) Su hu (°C )

Polycrsytalline Monocrsytalline VMAX(V

olt)

IMAX(Amp

ere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Amp

ere)

PMAX(W

att)

1000 0 18.25 3.45 63.14 19.75 3.321 65.59

1000 25 16.5 3.48 56.7 18 3.325 59.86

1000 50 14.5 3.46 50.2 16.25 3.324 54.01

1000 75 12.75 3.42 43.63 14.5 3.316 48.08

Gambar 4.4 adalah karakteristik 1 PV dari model simulasi dimana dengan nilai masukan iradiansi 1000W/m2suhu 0°C (warna biru tua), 25°C (warna hijau), 50°C (warna merah) dan 75°C (warna biru muda) dan nilai output dapat dilihat pada tabel 4.2 dimana jika suhu meningkat, maka nilai tegangan akan menurun dan nilai arus akan relatif menurun, dan sebaliknya jika suhu menurun, maka nilai tegangan akan meningkat dan arus juga akan relatif meningkat

b. Karakteristik dari 1 PV jika Iradiansi berubah, suhu tetap

Rangkaian simulasi ditunjukkan pada gambar 4.1.data iradiansi yang digunakan adalah rata-rata, maksimum dan minimum sedangkan temperatur yang digunakan adalah rata-rata di Kota Medan selama 4 tahun terakhir yaitu tahun 2013-2016. Hasil simulasi ditunjukan pada gambar dan tabel berikut:

(a)

(b)

Gambar 4.5 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 1 PV dengan iradiansi berubah, suhu tetap

Tabel 4.3Hasil Simulasi 1 PVdengan iradiansi berubah, suhu tetap Iradia nsi (W/m 2 ) Suh u (°C)

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

270

27.7

15 14.25 0.927 13.21

15.75 0.8868 13.97 235.6

3

27.7

15 14 0.809 11.33

15.5 0.7741 12

180

27.7

15 13.75 0.608 8.364

Gambar 4.5 adalah karakteristik 1 PV dari model simulasi dimana dengan nilai masukan suhu rata-rata Kota Medan sebesar 27.715°C dan iradiansi rata-rata 236.63W/m2(warna biru tua), iradiansi maksimum 270W/m2(warna hijau) dan iradiansi minimum 180 W/m2 (warna merah). Nilai output dapat dilihat pada tabel 4.3 dimana dapat dilihat bahwa jika iradiansi meningkat, maka arus akan ikut meningkat dan tegangan akan relatif meningkat juga, dan sebaliknya jika iradiansi menurun, maka arus akan ikut menurun dan tegangan akan relatif menurun.

c. Karakteristik dari 1 PV jika Iradiansi tetap, suhu berubah

Rangkaian simulasi ditunjukkan pada gambar 4.1.data iradiansi yang digunakan adalah rata-rata sedangkan temperatur yang digunakan adalah rata-rata, maksimum dan minimum di Kota Medan selama 4 tahun terakhir yaitu tahun 2013-2016. Hasil simulasi ditunjukan pada gambar dan tabel berikut:

(b)

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

Tabel 4.4Hasil Simulasi 1 PVdengan iradiansi tetap, suhu berubah Iradia nsi (W/m 2 ) Suh u (°C)

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att) 235.6

3 29.4 14 0.801 11.22

15.25 0.7802 11.9 235.6

3

27.7

15 14 0.809 11.33

15.5 0.7741 12 235.6

3 26 14.25 0.803 11.45

15.75 0.768 12.1

Gambar 4.6 adalah karakteristik 1 PV dari model simulasi dimana dengan nilai masukan iradiansi rata-rata Kota Medan 236.63W/m2 dan suhu rata-rata 27.715°C (warna biru tua), suhu maksimum 29.4°C (warna hijau) dan suhu minimum 26°C (warna merah). Nilai output dapat dilihat pada tabel 4.4 dimana jika suhu meningkat, maka nilai tegangan akan menurun dan nilai arus akan relatif menurun, dan

sebaliknya jika suhu menurun, maka nilai tegangan akan meningkat dan arus juga akan relatif meningkat.

d. Karakteristik dari 1 PV jika Iradiansi berubah, suhu berubah Rangkaian simulasi ditunjukkan pada gambar 4.1.data iradiansi dan temperatur yang digunakan adalah rata-rata, maksimum dan minimum di Kota Medan selama 4 tahun terakhir yaitu tahun 2013-2016. Hasil simulasi ditunjukan pada gambar berikut:

• Iradiansi rata-rata dan suhu rata-rata Kota Medan VMAX = 14 V ; IMAX = 0.809 A ; PMAX = 11.33 W

(a)

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

• Iradiansi maksimum suhu maksimum Kota Medan VMAX = 14.25 V ; IMAX = 0.917 A ; PMAX = 13.07 W

(a)

(b)

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

• Iradiansi minimum suhu minimum Kota Medan VMAX = 13.75 V ; IMAX = 0.615 A ; PMAX = 8.457 W

(a)

(b)

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

4.3.2. Melihat karakteristik V-I dan V-P dari 2 PV Dihubung Seri a. Karakteristik umum dari 2 PV dihubung seri

Rangkaian simulasi ditunjukkan pada gambar 4.2. Keadaan simulasi dilakukan dengan keadaan iradiansi 1000 W/m2 dan suhu 0°C, 25°C, 50°C dan 75°C. Hasil simulasi ditunjukan pada gambar berikut:

(b)

Gambar 4.10 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I 2 PV terhubung seri

Tabel 4.5Hasil Simulasi 2 PV dihubung seri

Iradia nsi (W/m 2 ) Su hu (°C )

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Amp

ere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Amp

ere)

PMAX(W

att)

1000 0 36.5 3.45 126.3 39.5 3.321 131.2

1000 25 33 3.48 113.4 36 3.325 119.7

1000 50 29 3.46 100.4 32.5 3.324 108

1000 75 25.5 3.42 87.25 29 3.316 96.16

Gambar 4.10 adalah karakteristik 2 PV dihubung seri dari model simulasi dimana dengan nilai masukan iradiansi 1000W/m2suhu 0°C (warna biru tua), 25°C (warna hijau), 50°C (warna merah) dan 75°C (warna biru muda) dan nilai output dapat dilihat pada tabel 4.5 dimana jika suhu meningkat, maka nilai tegangan akan menurun dan nilai arus akan relatif menurun, dan sebaliknya jika suhu menurun, maka nilai tegangan akan meningkat dan arus juga akan relatif meningkat. Dapat dilihat bahwa nilai dari tegangan dan daya adalah 2 kali dari nilai tegangan dan daya pada simulasi 1 PV, ini dikarenakan bahwa jika PV dihubung seri maka nilai tegangannya akan bertambah sesuai dengan yang sudah dijelaskan di bab 2. Sedangkan nilai arus adalah sama. b. Karakteristik dari 2 PV dihubung seri jika Iradiansi berubah, suhu

Rangkaian simulasi ditunjukkan pada gambar 4.2.data iradiansi yang digunakan adalah rata-rata, maksimum dan minimum sedangkan temperatur yang digunakan adalah rata-rata di Kota Medan selama 4 tahun terakhir yaitu tahun 2013-2016. Hasil simulasi ditunjukan pada gambar berikut:

(a)

(b)

Gambar 4.11 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV dihubung seri dengan iradiansi berubah, suhu tetap

Iradia nsi (W/m 2 ) Suh u (°C)

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

270

27.7

15 28.5 0.927 26.41

31.5 0.8868 27.93 235.6

3

27.7

15 28 0.807 22.67

31 0.7741 23.99

180

27.7

15 27.5 0.608 16.73

30 0.5919 17.757

Gambar 4.11 adalah karakteristik 2 PV dihubung seri dari model simulasi dimana dengan nilai masukan suhu rata-rata Kota Medan sebesar 27.715°C dan iradiansi rata-rata 236.63W/m2(warna biru tua), iradiansi maksimum 270W/m2(warna hijau) dan iradiansi minimum 180 W/m2 (warna merah). Nilai output dapat dilihat pada tabel 4.6 dimana dapat dilihat bahwa jika iradiansi meningkat, maka arus akan ikut meningkat dan tegangan akan relatif meningkat juga, dan sebaliknya jika iradiansi menurun, maka arus akan ikut menurun dan tegangan akan relatif menurun.

c. Karakteristik dari 2 PV dihubung seri jika Iradiansi tetap, suhu berubah

Rangkaian simulasi ditunjukkan pada gambar 4.2.data iradiansi yang digunakan adalah rata-rata sedangkan temperatur yang digunakan adalah rata-rata, maksimum dan minimum di Kota Medan selama 4 tahun terakhir yaitu tahun 2013-2016. Hasil simulasi ditunjukan pada gambar berikut:

(a)

(b)

Gambar 4.12 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV dihubung seri dengan iradiansi tetap, suhu berubah

Tabel 4.7Hasil Simulasi 2 PV dihubung seri kondisi iradiansi tetap suhu berubah Iradia nsi (W/m 2 ) Suh u (°C)

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att) 235.6

3 29.4 28 0.807 22.43

30.5 0.7802 23.79 235.6

3

27.7

15 28 0.809 22.67

31 0.7741 23.99

3

Gambar 4.12 adalah karakteristik 2 PV dihubung seri dari model simulasi dimana dengan nilai masukan iradiansi rata-rata Kota Medan

236.63W/m2 dan suhu rata-rata 27.715°C (warna biru tua), suhu maksimum 29.4°C (warna hijau) dan suhu minimum 26°C (warna merah). Nilai output dapat dilihat pada tabel 4.7 dimana jika suhu meningkat, maka nilai tegangan akan menurun dan nilai arus akan relatif menurun, dan sebaliknya jika suhu menurun, maka nilai tegangan akan meningkat dan arus juga akan relatif meningkat.

d. Karakteristik dari 2 PV dihubung seri jika Iradiansi berubah, suhu berubah

Rangkaian simulasi ditunjukkan pada gambar 4.2.data iradiansi dan temperatur yang digunakan adalah rata-rata, maksimum dan minimum di Kota Medan selama 4 tahun terakhir yaitu tahun 2013-2016. Hasil simulasi ditunjukan pada gambar berikut:

• Iradiansi rata-rata suhu rata-rata Kota Medan VMAX = 28 V ; IMAX = 0.809 A ; PMAX = 22.67 W

(a)

(b)

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

• Iradiansi maksimum suhu maksimum Kota Medan VMAX = 28.5 V ; IMAX = 0.917 A ; PMAX = 26.14 W

(b)

Gambar 4.14 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi maksimum dan suhu maksimum

• Iradiansi minimum suhu minimum Kota Medan VMAX = 27.5 V ; IMAX = 0.615 A ; PMAX = 16.91 W

(b)

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

4.3.3. Melihat karakteristik V-I dan V-P dari 2 PV Dihubung Paralel a. Karakteristik umum dari 2 PV dihubung paralel

Rangkaian simulasi ditunjukkan pada gambar 4.3. Keadaan simulasi dilakukan dengan keadaan iradiansi 1000 W/m2 dan suhu 0°C, 25°C, 50°C dan 75°C. Hasil simulasi ditunjukan pada gambar berikut:

(a)

(b)

Tabel 4.8Hasil Simulasi 2 PV dihubung paralel Iradia nsi (W/m 2 ) Su hu (°C )

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Amp

ere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Amp

ere)

PMAX(W

att)

1000 0 18.25 6.950 126.3 19.75 6.642 131.2

1000 25 16.5 6.872 113.4 18 6.650 119.7

1000 50 14.5 6.924 100.4 16.25 6.648 108

1000 75 12.75 6.715 87.25 14.5 6.632 96.16

Gambar 4.16 adalah karakteristik 2 PV dihubung paralel dari model simulasi dimana dengan nilai masukan iradiansi 1000W/m2suhu 0°C (warna biru tua), 25°C (warna hijau), 50°C (warna merah) dan 75°C (warna biru muda) dan nilai output dapat dilihat pada tabel 4.8 dimana jika suhu meningkat, maka nilai tegangan akan menurun dan nilai arus akan relatif menurun, dan sebaliknya jika suhu menurun, maka nilai tegangan akan meningkat dan arus juga akan relatif meningkat. Dapat dilihat bahwa nilai dari arus dan daya adalah 2 kali dari nilai arus dan daya pada simulasi 1 PV, ini dikarenakan bahwa jika PV dihubung seri maka nilai tegangannya akan bertambah sesuai dengan yang sudah dijelaskan di bab 2. Sedangkan nilai tegangan adalah sama.

b. Karakteristik dari 2 PV dihubung paralel jika Iradiansi berubah, suhu tetap

Rangkaian simulasi ditunjukkan pada gambar 4.3.data iradiansi yang digunakan adalah rata-rata, maksimum dan minimum sedangkan temperatur yang digunakan adalah rata-rata di Kota Medan selama 4 tahun terakhir yaitu tahun 2013-2016. Hasil simulasi ditunjukan pada gambar berikut:

(a)

(b)

Gambar 4.17 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV dihubung paralel dengan iradiansi berubah, suhu tetap

Tabel 4.9Hasil Simulasi 2 PV dihubung paraleldengan iradiansi berubah, suhu tetap Iradia nsi (W/m 2 ) Suh u (°C)

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

270

27.7

15 14.25 1.853 26.41

15.75 1.7736 27.93 235.6

3

27.7

15 14 1.619 22.67

15.5 1.5482 23.99

180

27.7

15 13.75 1.216 16.73

15 1.1838 17.757 Gambar 4.17 adalah karakteristik 2 PV dihubung paralel dari model simulasi dimana dengan nilai masukan suhu rata-rata Kota Medan sebesar 27.715°C dan iradiansi rata-rata 236.63W/m2(warna biru tua), iradiansi maksimum 270W/m2(warna hijau) dan iradiansi minimum 180 W/m2 (warna merah). Nilai output dapat dilihat pada tabel 4.9 dimana dapat dilihat bahwa jika iradiansi meningkat, maka arus akan ikut meningkat dan tegangan akan relatif meningkat juga, dan sebaliknya jika iradiansi menurun, maka arus akan ikut menurun dan tegangan akan relatif menurun.

c. Karakteristik dari 2 PV dihubung paralel jika Iradiansi tetap, suhu berubah

Rangkaian simulasi ditunjukkan pada gambar 4.3.data iradiansi yang digunakan adalah rata-rata sedangkan temperatur yang digunakan adalah rata-rata, maksimum dan minimum di Kota Medan selama 4 tahun terakhir yaitu tahun 2013-2016. Hasil simulasi ditunjukan pada gambar berikut:

(a)

(b)

Gambar 4.18 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV dihubung paralel dengan iradiansi tetap, suhu berubah

Tabel 4.10Hasil Simulasi 2 PV dihubung paralel dengan iradiansi tetap suhu berubah Iradia nsi (W/m 2 ) Suh u (°C)

Polycrystalline Monocrystalline VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att)

VMAX(V

olt)

IMAX(Am

pere)

PMAX(W

att) 235.6

3 29.4 14 1.602 22.43

15.25 1.5604 23.79 235.6

3

27.7

15 14 1.619 22.67

15.5 1.5482 23.99 235.6

3 26 14.25 1.607 22.9

15.75 1.536 24.19

Gambar 4.12 adalah karakteristik 2 PV dihubung paralel dari model simulasi dimana dengan nilai masukan iradiansi rata-rata Kota Medan

236.63W/m2 dan suhu rata-rata 27.715°C (warna biru tua), suhu maksimum 29.4°C (warna hijau) dan suhu minimum 26°C (warna merah). Nilai output dapat dilihat pada tabel 4.7 dimana jika suhu meningkat, maka nilai tegangan akan menurun dan nilai arus akan relatif menurun, dan sebaliknya jika suhu menurun, maka nilai tegangan akan meningkat dan arus juga akan relatif meningkat.

d. Karakteristik dari 2 PV dihubung paralel jika Iradiansi berubah, suhu berubah

Rangkaian simulasi ditunjukkan pada gambar 4.3.data iradiansi dan temperatur yang digunakan adalah rata-rata, maksimum dan minimum di Kota Medan selama 4 tahun terakhir yaitu tahun 2013-2016. Hasil simulasi ditunjukan pada gambar berikut:

• Iradiansi rata-rata suhu rata-rata Kota Medan VMAX = 14 V ; IMAX = 1.619 A ; PMAX = 22.67 W

(a)

(b)

Gambar 4.19 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi rata-rata dan suhu rata-rata

• Iradiansi maksimum suhu maksimum Kota Medan VMAX = 14.25 V ; IMAX = 1.867 A ; PMAX = 26.14 W

(a)

(b)

Gambar 4.20 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi maksimum dan suhu maksimum

• Iradiansi minimum suhu minimum Kota Medan VMAX = 13.75 V ; IMAX = 1.229 A ; PMAX = 16.91 W

(a)

(b)

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

4.3.4 Simulasi PV Dihubung Seri dan Paralel

a. Simulasi menggunakan BPSX 60 Watt Polycrystaline

Simulasi ini dilakukan dengan menghubungkan PV ke sebuah rumah dengan VRumah = 220 V dan PRumah = 1000 W, dengan intensitas cahaya

matahari Kota Medan 235.63 W/m2 dan suhu 27.715°C. Karena 1 PV panel pada simulasi menghasilkan V = 14 V, maka harus diserikan sebanyak 16 kali untuk mendapatkan tegangan 220 V. Sedangkan daya yang dibutuhkan adalah 1000 W, maka harus diparalelkan 6 kali. Maka dari itu banyak PV yang harus dihubung seri adalah 16 kali dan dihubung paralel 6 kali.Maka hasil simulasi ditunjukan pada gambar 4.22.

(a)

(b)

Gambar 4.22 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I PV BPSX 60watt terhubung 16 kali seri dan 6 kali paralel

b. Simulasi Menggunakan CNPV 60 Watt Monocrystaline Solar Panel Simulasi ini dilakukan dengan menghubungkan PV dengan simulasi CNPV 60 Watt Solar Panel ke sebuah rumah dengan VRumah = 220 V dan

PRumah = 1000 W, dengan intensitas cahaya matahari Kota Medan 235.63

W/m2 dan suhu 27.715°C.Karena 1 PV panel pada simulasi menghasilkan V = 15.5 V, maka harus diserikan sebanyak 15 kali untuk mendapatkan tegangan 220 V. Sedangkan daya yang dibutuhkan adalah 1000 W, maka harus diparalelkan 6 kali. Maka dari itu banyak PV yang harus dihubung seri adalah 15 kali dan dihubung paralel 6 kali.Maka hasil simulasi ditunjukan pada gambar 4.23.

(a)

(b)

Gambar 4.23 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I PV CNPV 60watt terhubung 15 kali seri dan 6 kali paralel

4.4. Perbandingan Performansi PV

Performansi PV sangat lah bergantung pada input dari PV itu sendiri seperti intensitas cahaya matahari(irradiance) dan suhu. 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.

Pada penelitian dalam berbagai kondisi, sesuai dengan teori yang sudah dibahas pada bab sebelumnya dimana performansi suatu PV itu bergantung pada input dari PV itu sendiri seperti intensitas radiasi cahaya matahari dan suhu lingkungan sangat mempengaruhi.

Dimana jika iradiansi meningkat, maka arus akan meningkat juga dan tegangan akan relatif berkurang atau sebaliknya jika iradiansi menurun, maka arus akan menurun juga dan tegangan akan relatif meningkat. Berbeda dengan temperatur, jika temperatur meningkat, maka tegangan akan menurun dan arus akan relatif meningkat atau sebaliknya jika temperatur menurun, makan tegangan akan meningkat dan arus akan relatif menurun.

Pada penelitian ini, keluaran PV ini tidak maksimal dikarenakan data yang dipakai adalah data intensitas radiasi cahaya matahari di Kota Medan yang relatif kecil sehingga keluaran PV pun tidak maksimal. Tetapi suhu di Kota Medan relatif baik untuk kinerja PV karena rata-rata suhu di Kota Medan 27.715°C.

4.4.1 Perbandingan Performansi dari 1 PV Simulasi dengan BPSX 60

Pada tugas akhir ini penulis menggunakan datasheet BPSX60, jadi akan dibandingkan performansi modul PV yang dirangkai dengan BPSX 60. Karakteristik modul PV yang dirangkai dapat dilihat pada gambar 4.4.Karakteristik BPSX 60 ditunjukan pada gambar berikut.

Gambar 4.24 Karakteristik V-I umum BPSX 60

Pada simulasi 1 PV, nilai ouput yang dihasilkan PV pada iradiansi 1000 W/m2 dan suhu 25°C adalah PMAX = 56.71 W, IMAX = 3.48 A, dan VMAX = 16.5V.

Nilai ouput yang didapatkan pada rangkaian simulasi tidak berbeda jauh dengan

4.4.2 Perbandingan Performansi dari 2 PV dihubung Seri dengan Paralel

Pada percobaan ini rangkaian simulasi akan dicoba pada berbagai kondisi, yaitu pada kondisi umum, iradiansi berubah suhu tetap, iradiansi tetap suhu berubah dan iradiansi berubah suhu berubah. Dalam penelitian ini data yang dipakai adalah data intensitas radiasi matahari dan suhu rata-rata, maksimum dan minimum Kota Medan selama 4 tahun.

Adapun dari hasil percobaan sama dengan teori yang sudah dibahas pada bab sebelumnya, dimana jika 2 PV dengan spesifikasi yang sama dihubung seri maka nilai VOUT itu akan sama dengan penjumlahan VOUT1+ VOUT2. Dari hasil

percobaan segala kondisi sudah terbukti bahwa hasil simulasi adalah sama dengan teori. Adapun dalam kenyataannya PV biasa dirangkai seri untuk mendapatkan tegangan output yang cukup untuk disupplyke suatu jaringan.

Sama juga dengan 2 PV yang dirangkai paralel, dimana jika 2 PV dengan spesifikasi yang sama dihubung seri maka nilai IOUT itu akan sama dengan

penjumlahan IOUT1+ IOUT2. Dari hasil percobaan segala kondisi sudah terbukti

bahwa hasil simulasi adalah sama dengan teori.Adapun dalam kenyataannya PV biasa dirangkai paralel untuk mendapatkan daya output yang cukup untuk disupplyke suatu jaringan.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Pada penelitian ini, keluaran PV dengan menggunakan data iradiansi dan suhu matahari Kota Medan tipe Monocrsytalline menghasilkan nilai tegangan sebesar 15.5 Volt, arus sebesar 0.7741 Ampere, dan daya sebesar 12 Watt sedangkan tipe Polycrsytalline menghasilkan nilai tegangan sebesar 14 Volt, arus sebesar 0.809 Ampere, dan daya sebesar 11.33 Watt, dimana nilai tegangan dan daya tipe Monocrystalline lebih besar sedangkan nilai arus yang lebih kecil dibandingkan tipe Polycrystalline.

2. Keluaran PV ini tidak maksimal dikarenakan data yang dipakai adalah intensitas radiasi cahaya matahari di Kota Medan dengan rata-rata 235.63 W/m2 yang relatif kecil sehingga keluaran PV pun tidak maksimal. Tetapi suhu di Kota Medan relatif baik untuk kinerja PV karena rata-rata suhu di Kota Medan 27.715°C.

3. Perbedaan jika PV dihubung seri dan paralel adalah pada nilai arus (I) dan tegangan (V). Sedangkan nilai daya (P) adalah sama. Pada kenyataanya suatu PV dihubung seri untuk mendapatkan nilai tegangan (V) yang diinginkan, sedangkan PV dihubung paralel untuk mendapatkan daya (P) yang diinginkan.

5.2. Saran

Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Agar dilakukan penelitian dengan menggunakan data intensitas radiasi cahaya matahari dari daerah yang lebih potensial, dengan intensitas radiasi cahaya matahari yang rata-rata lebih tinggi sehingga dapat menghasilkan daya yang lebih besar dan dapat berpotensi menjadi pembangkit tenaga listrik utama.

2. Penulis berharap agar penelitian selanjutnya membahas tentang performansi PV ke sistem yang melibatkan penggunaan konverter, inverter, dan baterai yang kemudian akan dihubungkan ke suatu jaringan listrik.

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.:

��� = ���− ��− ���ℎ (2.1)

Persamaan di atas dapat dijabarkan dengan persamaan berikut : ��� = ���− ������

(���+��� ��)

��� �−₁� − ����+�����

��� � (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]:

��� =��� − ������

(���+��� ��)

��� �−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:

��� = [���� +��(� − �1)]∗ �/���� (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:

��� =����/(� �����

��� ₎ (2.5)

Dimana;

ISCR = Arus hubung singkat pada standard condition

VOCR = Tegangan hubung singkat pada standard conditions

• Arus saturasi/dioda sel surya, IS:

�� =���∗ �_�� 1� 3 � ∗ �� ��� ��∗� 1 �− 1

�1��−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 :

�� = �����

� ln�1−_������+����−��

�� (2.7)

• Ideal factor, n: �= �(2��−����)

����( ���

(��� −��)+ln�1−������)

(2.8)

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:

��� =1_�[�� +��ln���_�� ] (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:

�� = �1+�2+�3+�4+……. (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:

�� = �1+�2+�3+ 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.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi Listrik merupakan energi yang sangat penting bagi kehidupan manusia.Dari kebutuhan yang sifatnya mendasar seperti untuk kebutuhan rumah tangga hingga untuk kebutuhan komersial, hampir semuanya membutuhkan energi listrik.Sebagian besar kebutuhan energi dipenuhi sumber energi dari bahan fosil.Sedangkan saat ini kebuthan energi semakin lama mengalami peningkatan.Di Indonesia sendiri ketersediaan sumber energi listrik tidak mampu memenuhi peningkatan kebutuhan listrik tersebut.Terjadiya pemutusan sementara dan pemadaman energi listrik secara bergilir merupakan dampak dari terbatasnya energi listrik yang dapat disalurkan oleh PLN.

Perkembangan kebutuhan masyarakat akan tenaga listrik terus mengalamikenaikan. Saat ini kebutuhan akan tenaga listrik masih sangat bergantung ada energifosil. Energi fosil yang digunakan berupa minyak bumi dan batu bara yang manadiketahui bahwa jumlahnya terus menipis dan menghasilkan polusi yang cukupberbahaya bagi lingkungan. Hal ini menyebabkan sangat diperlukannya pengembanganenergi terbarukan dalam pembangkitan tenaga listrik. Salah satu energi terbarukan yangdapat dikonversikan energinya menjadi energi listrik ialah energi matahari[1].

Dalam upaya pemanfaatan sumber energi matahari ini dibutuhkan suatu penerapan teknologi photovoltaic untuk memenuhi kebutuhan energi manusia.Dalam pengoperasiannya, performa dari sistem photovoltaic dipengaruhi

oleh site specific yang berarti lokasi dimana PV itu dipasang, kemudian juga dipengaruhi oleh fenomena statistik dan kondisi klimatologi daerah setempat (suhu lingkungan dan radiasi matahari).

Perkembangan era globalisasi saat ini berdampak pada kebutuhan konsumsi energi listrik yang semakin meningkat.Sangat diperlukan sumber energi alternatif terbarukan untuk memenuhi kebutuhan listrik saat ini salah satunya menggunakan energi matahari (Solar Energy).Solar sel yang berfungsi untuk mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik.Teknologi solar cell merupakan sebuah hamparan semikonduktor yang dapat menyerap photon dari sinar matahari dan mengkonversi menjadi listrik.Solar sel banyak digunakan untuk berbagai aplikasi salah satunya pada lampu penerangan.

Sebagai energi alternatif yang terbarukan di Indonesia, sistem photovoltaic

telah dimanfaatkan antaralain untuk penerangan (ramah tangga, jalan), pompa air, catu daya bagi perangkat telekomunikasi, TV umum, pendingin, rambu-rambu laut, penerangan untuk menangkap ikan dan banyak aplikasi lainnya.

Adapun data intensitas radiasi cahaya matahari dan temperaturkota Medan dapat dilihat pada Tabel 1.1 dan Tabel 1.2. Data intensitas radiasi cahaya matahari dan temperatur yang didapat merupakan datakecepatan angin sejak Januari 2013 hingga May 2016.

Tabel 1.1 RATA-RATA INTENSITAS RADIASI MATAHARI (W/m2)

Tahun Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Des 2013 234 227 255 245 264 268 255 243 252 237 242 239 2014 238 264 262 270 255 268 253 236 236 228 221 229 2015 214 240 256 245 237 263 245 230 239 238 211 220 2016 212 180 207 252 212

Tabel 1.2 RATA-RATA SUHU UDARA (DERAJAT CELCIUS)

Tahun Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Des 2013 27.1 26.8 28.3 28.1 28.6 28.6 27.8 27.3 27.2 26.8 27.3 26.4 2014 26.0 26.8 27.7 28.0 28.3 29.0 28.8 27.2 27.1 27.1 27.0 26.6 2015 26.6 26.6 28.0 27.8 28.3 28.7 28.0 27.5 27.7 27.4 27.2 27.4 2016 27.8 27.3 28.8 29.4 28.2

Dapat dilihat pada tabel intensitas radiasi cahaya matahari nilai nya relatif kecil. Itu diakibatkan karena nilainya merupakan nilai rata-rata dari 12 jam penyinaran matahari yaitu dari jam 6:00 pagi sampai dengan jam 18:00. Puncak intensitas radiasi matahari terjadi pada jam 12:00 yaitu dengan nilai 1000-1500 W/m2. Dengan nilai puncak tersebut PV dapat mencapai nilai maksimumnya.

Sedangkan untuk temperatur kota Medan dengan nilai rata-rata 27°C sangatlah baik untuk PV, karena photovoltaic dapat bekerja sangat baik dalam suhu tersebut. Maka dengan suhu tersebut, performansi PV akan sangat baik jika dikembangkan di Kota Medan.

Kerja sel surya dapat diukur dengan melihat daya keluaran yang dihasilkan dari sel surya tersebut.Kerja sel surya dipengaruhi oleh beberapa hal seperti bahan pembuatnya, resistansi bahan, temperatur dan tingkat radiasi matahari.Dari kurva arus-tegangan (I-V) dapat diketahui parameter-parameter keluaran sel surya seperti arus hubungan singkat (Isc), tegangan terbuka (Voc), arus maksimum, dan tegangan maksimum serta daya maksimum.Untuk mendapatkan karakteristik I-V sel surya dapat digunakan software MATLAB/SIMULINK dengan menggunakan data masukan seperti intensitas radiasi matahari dan temperature. Beberapa sel surya yang telah diketahui karakteristiknya, disusun dandihubungkan satu dengan lainnya sehingga mendapatkan output maksimal sesuai dengan yang dibutuhkan sebagai catu daya pada system[2].

Pada peneletian ini penulis akan membuat model photovoltaic yang dipasang seri dan parallel yang kemudian akan dilihat karakteristik arus (I), tegangan (V), dan daya (P) dalam berbagai kondisi. Seperti iradiansi yang berubah suhu tetap, atau sebaliknya.Simulasi menggunakan software MATLAB SIMULINK.

1.2 Perumusan Masalah

Adapun masalah yang akan dihadapi pada Tugas Akhir ini:

1. Karakteristik PV yang bergantung pada sinar matahari dan suhu. 2. Kinerja dari PV yang dipasang seri.

3. Kinerja dari PV yang dipasang parallel. 4. Kinerja dari PV dengan kondisi yang berubah.

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Mengetahui bagaimana performansi dari PV.

2. Mengetahui nilai output dari PV jika dipasang seri dan paralel.

3. Membandingkan karakteristik yang dihasilkan PV seri dengan PV parallel.

1.4 Batasan Masalah

Adapun masalah yang akan dihadapi dalam tugas akhir ini: 1. Simulasi perancangan menggunakan MATLAB/SIMULINK. 2. Mengabaikan penggunaan battery storage pada pv.

3. Hanya melihat performansi PV dari karakteristik V-I dan V-P. 4. Data yang digunakan adalah data matahari yang ada di kota Medan. 1.5 Manfaat

Manfaat yang diharapkan dari tugas akhir ini adalah:

Hasil penelitian ini nantinya diharapkan dapat menjadi salah satu referensi dan masukan kepada penelitian selanjutnya mengenai Peformansi dari PV.

Abstrak

Kebutuhan akan energi fosil mulai menipis saat ini menjadikan penggunaan energi surya untuk memenuhi kebutuhan manusia akan energi menjadi pilihan yang tepat. Penggunaan energi matahari menjadi pilihan karena sifat sumber energi matahari yang tidak akan habis, serta penggunaan dan pengaplikasiannya yang mudah dibanding sumber energi terbarukan yang lain. Adapun performansi dari photovoltaic (PV) dipengaruhi oleh Irradiance cahaya matahari dan suhu atau temperatur. Tulisan ini membahas tentang perbandingan performansi PV hasil simulasi dengan BPSX 60 dan membandingkan performansi PV jika dihubung seri dan paralel dengan menggunakan data intensitas radiasi cahaya matahari dan suhu matahari Kota Medan 4 tahun terakhir yakni tahun 2013-2016. Hasil simulasi melalui software Matlab menunjukan bahwa PV yang dirangkai seri akan menghasilkan daya keluaran yang sama dengan PV dihubung paralel, tetapi nilai tegangan dan arus nya saja yang berbeda. Dan untuk menghubungkan ke sebuah rumah dengan tegangan 220 Volt dan daya 1000 Watt, PV BPSX 60 Watt perlu di serikan sebanyak 16 kali dan di paralelkan sebanyak 5 kali.

TUGAS AKHIR

Studi Performansi Photovoltaic (PV)

Dihubung Seri dan Paralel

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

Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh:

NIM: 120402038 YOSE GUNAWAN

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

Abstrak

Kebutuhan akan energi fosil mulai menipis saat ini menjadikan penggunaan energi surya untuk memenuhi kebutuhan manusia akan energi menjadi pilihan yang tepat. Penggunaan energi matahari menjadi pilihan karena sifat sumber energi matahari yang tidak akan habis, serta penggunaan dan pengaplikasiannya yang mudah dibanding sumber energi terbarukan yang lain. Adapun performansi dari photovoltaic (PV) dipengaruhi oleh Irradiance cahaya matahari dan suhu atau temperatur. Tulisan ini membahas tentang perbandingan performansi PV hasil simulasi dengan BPSX 60 dan membandingkan performansi PV jika dihubung seri dan paralel dengan menggunakan data intensitas radiasi cahaya matahari dan suhu matahari Kota Medan 4 tahun terakhir yakni tahun 2013-2016. Hasil simulasi melalui software Matlab menunjukan bahwa PV yang dirangkai seri akan menghasilkan daya keluaran yang sama dengan PV dihubung paralel, tetapi nilai tegangan dan arus nya saja yang berbeda. Dan untuk menghubungkan ke sebuah rumah dengan tegangan 220 Volt dan daya 1000 Watt, PV BPSX 60 Watt perlu di serikan sebanyak 16 kali dan di paralelkan sebanyak 5 kali.

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esayang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikanuntuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu diDepartemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

“STUDI PERFORMANSI PHOTOVOLTAIC (PV) DIHUBUNG SERI DAN PARALEL”

Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya dan juga kepada kakak dan abang penulis yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Ibu Syiska Yana, S.T., M.T., selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu memberikan bantuan, bimbingan dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini serta senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir,dan selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir dan telah banyak memberikan motivasi dan pelajaran selama masa perkuliahan. 4. Bapak Fahmi, S.T., M.Sc., selaku dosen wali penulis yang banyak

memberikan masukan dan pengarahan selama perkuliahan.

5. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikanpengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada penulis.

6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi.

7. Sahabat-sahabat terbaik pemberi saran, motivasi, dukungan dan cerita yang sangat sering membantu penulis selama masa pengerjaan Tugas Akhir: Wiratman, Ely, Arif Piliang, Mahatir, Guntur, Yudha, Oyen, Juned, Muadzah, Sudarmin, Fajar, Gomgom, Valentino, Bobby, Ricart, Rio, Begin, Johannes, Marco, Ira, Fauzan, Gading dan seluruh teman-teman stambuk 2012 yang tidak mungkin disebutkan satu per satu.

8. Cici Rinda Shen yang selalu memberikan motivasi, dukungan dan waktu kepada penulis dalam mengerjakan Tugas akhir ini.

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

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

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

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini.Akhir kata penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, September 2016 Penulis,

Yose Gunawan

DAFTAR ISI

Abstak ... i

Kata Pengantar ... ii

Daftar Isi... v

Daftar Gambar ... vii

Daftar Tabel ... x

BAB I Pendahuluan ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 4

1.3 Tujuan ... 5

1.4 Batasan Masalah ... 5

1.5 Manfaat ... 5

BAB II Tinjauan Pustaka ... 6

2.1Sel Surya (Photovoltaic) ... 6

2.1.1 Prinsip Kerja Sel Surya ... 8

2.1.2 Rangkaian Ekivalen Sel Surya ... 13

2.1.3 Kurva Karakteristik Sel Surya ... 16

2.1.4 Faktor Pengoperasian Sel Surya... 21

2.2PV Terhubung Seri dan Paralel ... 22

2.2.1 PV Terhubung Seri ... 23

2.2.2 PV Terhubung Paralel ... 24

BAB III Metode Penelitian ... 26

3.1Tempat dan Waktu ... 26

3.2Bahan dan Peralatan ... 26

3.3Variabel yang Diamati ... 26

BAB IV Hasil dan Analisis ... 30

4.1Umum ... 30

4.2Model Rangkaian ... 31

4.3Hasil Simulasi ... 33

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

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

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

4.4Perbandingan Performansi PV ... 55

4.4.1 Perbandingan Simulasi 1PV dengna BPSX60 ... 56

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

BAB V Kesimpulan dan Saran ... 58

5.1Kesimpulan ... 58

5.2Saran ... 59 Daftar Pustaka

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Pemanfaatan sel surya ... 2

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

Gambar 2.2 Prinsip Kerja Sel Surya ... 9

Gambar 2.3 Modul surya dirangkai seri ... 10

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

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

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

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

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

Gambar 2.9 Kurva Karakteristik Pembebanan Sel Surya ... 20

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

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

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

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

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 27

Gambar 4.1 Blok Diagram 1 PV ... 32

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

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

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

Gambar 4.5 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 1 PV dengan iradiansi berubah, suhu tetap... 36

Gambar 4.6 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 1 PV dengan iradiansi tetap, suhu berubah... 38 Gambar 4.7 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi rata-rata dan suhu rata-rata ... 39 Gambar 4.8 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi maksimum dan suhu maksimum ... 40 Gambar 4.9 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi minimum dan suhu minimum ... 41 Gambar 4.10 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV seri ... 42 Gambar 4.11 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 1 PV dengan iradiansi berubah, suhu tetap... 44 Gambar 4.12 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 1 PV dengan iradiansi tetap, suhu berubah... 46 Gambar 4.13 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi rata-rata dan suhu rata-rata ... 47 Gambar 4.14 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi maksimum dan suhu maksimum ... 48 Gambar 4.15 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi minimum dan suhu minimum ... 49 Gambar 4.16 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV dihubung paralel50 Gambar 4.17 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV dihubung seri dengan iradiansi berubah, suhu tetap ... 52 Gambar 4.18 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV dihubung seri dengan iradiansi tetap, suhu berubah ... 54 Gambar 4.19 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi rata-rata dan suhu rata-rata ... 55

Gambar 4.20 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi maksimum dan suhu maksimum ... 56 Gambar 4.21 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi minimum dan suhu minimum ... 57 Gambar 4.22 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I PV BPSX 60 Watt terhubung 21 kali seri dan 6 kali paralel ... 58 Gambar 4.23 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I PV Yingli 60 Watt terhubung 21 kali seri dan 6 kali paralel ... 59 Gambar 4.24 Karakteristik V-I umum BPSX 60 ... 60

DAFTAR TABEL

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

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

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

Tabel 4.2 Hasil Simulasi 1 PV ... 35

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

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

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

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

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

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

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

Tabel 4.10 Hasil Simulasi 2 PV dihubung paralel dengan iradiansi tetap suhu berubah ... 51

DAFTAR ISI

Abstak ... i

Kata Pengantar ... ii

Daftar Isi... v

Daftar Gambar ... vii

Daftar Tabel ... x

BAB I Pendahuluan ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 4

1.3 Tujuan ... 5

1.4 Batasan Masalah ... 5

1.5 Manfaat ... 5

BAB II Tinjauan Pustaka ... 6

2.1Sel Surya (Photovoltaic) ... 6

2.1.1 Prinsip Kerja Sel Surya ... 8

2.1.2 Rangkaian Ekivalen Sel Surya ... 13

2.1.3 Kurva Karakteristik Sel Surya ... 16

2.1.4 Faktor Pengoperasian Sel Surya... 21

2.2PV Terhubung Seri dan Paralel ... 22

2.2.1 PV Terhubung Seri ... 23

2.2.2 PV Terhubung Paralel ... 24

BAB III Metode Penelitian ... 26

3.1Tempat dan Waktu ... 26

3.2Bahan dan Peralatan ... 26

3.3Variabel yang Diamati ... 26

BAB IV Hasil dan Analisis ... 30

4.1Umum ... 30

4.2Model Rangkaian ... 31

4.3Hasil Simulasi ... 33

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

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

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

4.4Perbandingan Performansi PV ... 55

4.4.1 Perbandingan Simulasi 1PV dengna BPSX60 ... 56

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

BAB V Kesimpulan dan Saran ... 58

5.1Kesimpulan ... 58

5.2Saran ... 59 Daftar Pustaka

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Pemanfaatan sel surya ... 2

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

Gambar 2.2 Prinsip Kerja Sel Surya ... 9

Gambar 2.3 Modul surya dirangkai seri ... 10

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

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

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

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

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

Gambar 2.9 Kurva Karakteristik Pembebanan Sel Surya ... 20

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

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

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

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

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 27

Gambar 4.1 Blok Diagram 1 PV ... 32

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

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

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

Gambar 4.5 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 1 PV dengan iradiansi berubah, suhu tetap... 36

Gambar 4.6 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 1 PV dengan iradiansi tetap, suhu berubah... 38 Gambar 4.7 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi rata-rata dan suhu rata-rata ... 39 Gambar 4.8 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi maksimum dan suhu maksimum ... 40 Gambar 4.9 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi minimum dan suhu minimum ... 41 Gambar 4.10 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV seri ... 42 Gambar 4.11 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 1 PV dengan iradiansi berubah, suhu tetap... 44 Gambar 4.12 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 1 PV dengan iradiansi tetap, suhu berubah... 46 Gambar 4.13 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi rata-rata dan suhu rata-rata ... 47 Gambar 4.14 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi maksimum dan suhu maksimum ... 48 Gambar 4.15 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi minimum dan suhu minimum ... 49 Gambar 4.16 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV dihubung paralel50 Gambar 4.17 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV dihubung seri dengan iradiansi berubah, suhu tetap ... 52 Gambar 4.18 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I simulasi 2 PV dihubung seri dengan iradiansi tetap, suhu berubah ... 54 Gambar 4.19 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi rata-rata dan suhu rata-rata ... 55

Gambar 4.20 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi maksimum dan suhu maksimum ... 56 Gambar 4.21 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I dengan Iradiansi minimum dan suhu minimum ... 57 Gambar 4.22 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I PV BPSX 60 Watt terhubung 21 kali seri dan 6 kali paralel ... 58 Gambar 4.23 Karakteristik (a) V-P dan (b) V-I PV Yingli 60 Watt terhubung 21 kali seri dan 6 kali paralel ... 59 Gambar 4.24 Karakteristik V-I umum BPSX 60 ... 60

DAFTAR TABEL

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

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

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

Tabel 4.2 Hasil Simulasi 1 PV ... 35

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

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

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

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

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

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

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

Tabel 4.10 Hasil Simulasi 2 PV dihubung paralel dengan iradiansi tetap suhu berubah ... 51