Studi Performansi Photovoltaic (PV) Dihubung Seri dan Paralel

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:
YOSE GUNAWAN
NIM: 120402038

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara


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 Kunci :Photovoltaic,Irradiance, Temperature, MATLAB, BPSX60Watt

Universitas Sumatera Utara


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.

Universitas Sumatera Utara

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.

Universitas Sumatera Utara

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
NIM:120402038

Universitas Sumatera Utara

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
2.1 Sel 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

2.2 PV Terhubung Seri dan Paralel ............................................................. 22
2.2.1

PV Terhubung Seri .................................................................... 23

2.2.2

PV Terhubung Paralel ............................................................... 24

BAB III Metode Penelitian ............................................................................... 26
3.1 Tempat dan Waktu ................................................................................ 26
3.2 Bahan dan Peralatan .............................................................................. 26
3.3 Variabel yang Diamati .......................................................................... 26
3.4 Prosedur Penelitian................................................................................ 27

Universitas Sumatera Utara

BAB IV Hasil dan Analisis ............................................................................... 30

4.1 Umum.................................................................................................... 30
4.2 Model Rangkaian .................................................................................. 31
4.3 Hasil 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

4.4 Perbandingan 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
5.1 Kesimpulan ........................................................................................... 58
5.2 Saran ...................................................................................................... 59
Daftar Pustaka
Lampiran

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara