PENGARUH KETINGGIAN PANEL SURYA TERHADAP DAYA LISTRIK UNTUK MENEKAN PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek),Denpasar Bali 2015
PENGARUH KETINGGIAN PANEL SURYA TERHADAP DAYA
LISTRIK UNTUK MENEKAN PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK
Cokorde Gede Indra Partha1), I Wayan Arta Wijaya2), I Gusti Ngurah Janardana 3),
I Nyoman Budiastra4)
1,2,3,4
Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Bukit Jimbaran, Badung,
Telp/Fax: 0361 703315, cokindra@ee.unud.ac.id
Abstrak
Energi matahari dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif yang potensial karena energinya
yang sangat besar serta ramah lingkungan. Alat yang dapat dapat digunakan untuk mengkonversi secara
langsung cahaya matahari menjadi listrik disebut photovoltaic. Cell Photovoltaics atau Panel Surya telah
banyak dikembangkan baik dlam bidang keilmuan maupun teknologi. Photovoltaic ini memberikan
penggunaan energi yang terbaharukan yang dapat digunakan dalam pemakaian energi dalam gedung
sebagai sumber listrik yang ramah lingkungan.
Hasil penelitian ini menunjukan bahwa dengan menempatkan ketinggian yang berbeda menghasilkan
efisiensi yang berbeda. Makin tinggi tempat suatu daera maka suhu udara semakin menurun. Penurunan
suhu ini berpengaruh terhadap penurunan suhu permukaan panel. Makin rendah suhu permukaan, maka
tegangan rangkaian terbuka panel surya makin meningkat, sedangkan arus hubung singkat semakin naik.
Daya keluaran dari panel surya akan meningkat dengan naiknya suhu permukaan, demikian juga dengan
effisiensi panel surya, pada suhu yang lebih tinggi maka efisiensi juga meningkat.
Kata kunci: energi matahari, photovoltaic, panel surya, suhu, efisiensi
Abstrak
Due to its huge power and environmental-friendly, solar energy is potential to be used as an alternative
energy source. Generally, a device named photovoltaic is used to convert directly the sunlight to become
electricity. Photovoltaic cell has been widely developed for education and for practice as well. One of the
Photovoltaic implementation is when it is used to provide an environment-friendly renewable energy for
indoor purpose. In this paper, the relationship between the height of the photovoltanic cell surface and
the reduction of the electric energy inside a building was studied.
The results of this research show that different height placement of a photovoltaic cell produces different
efficiency. The higher the photovoltaic cell is placed the lower the air temperature be.Therefore, this air
temperature decrement affects the photovoltaic cell surface temperature. The lower the surface
temperature the higher the open circuit voltage of the photovoltaic cell, with the short circuit current also
increases. Meanwhile, the output power of the photovoltaic cell will increase as the photovoltaic cell
surface temperature increases. For the photovoltaic cell efficiency likewise, the higher the temperature
the efficiency increases as well.
Keywords: solar energy, photovoltaic, photovoltaic cell, temperature, efficiency
1. PENDAHULUAN
Melihat letak Geografis Indonesia pada daerah khatulistiwa yang sangat potensial, yang
mengakibatkan intensitas radiasi matahari yang bisa dimanfaatkan cukup merata sepanjang tahun.
Berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, sumber energi
surya di Indonesia memiliki intensitas rata-rata sekitar 4.8 kWh/m2/hari. Provinsi Bali mempunyai
kapasitas energi surya di atas rata-rata. Dengan intensitas sinar matahari di Provinsi Bali sangat
baik maka energi matahari sangat tepat dimaanfaatkan sebagai energi alternative. Salah satu
kelebihan dari energi matahari adalah, energi yang diperbaharui, tidak menyebabkan polusi udara,
tersedia hampir di mana-mana dan terus-menerus sepanjang tahun.
2
Dalam penelitian ini akan diteliti penempatan panel sel surya dengan ketinggian tertentu untuk
mendapatkan keluaran listrik yang optimal. Pemakaian panel sel surya umumnya diletakkan dengan
ketinggian tertentu dengan tanpa memperhatikan pengaruh suhu dan shading/bayangan yang
menutupi beberapa sel photovoltaic.
2. PUSTAKA
Kenaikan Suhu mengakibatkan Tegangan rangkaian terbuka (Voc) turun, namun arus hubung
singkat (Isc) meningkat. Kenaikan suhu adalah akibat dari kenaikan irradiance, dimana tiap kali
irradiance meningkat maka variabel yang lain seperti suhu, arus dan tegangan juga ikut meningkat
sehingga dengan sendirinya apabila irradiance meningkat maka daya keluarannya juga meningkat.
Semakin meningkatknya suhu juga akan meningkatkan efisiensi. Efisiensi tertinggi dicapai pada
o
pengujian menggunakan reflektor sudut 70o yaitu sebesar 15,65% dengan suhu 46,41 C. (Mohamad
dan E. Yohana, 2010). Tiap kali irradiance meningkat, maka variabel yang lain seperti suhu, arus
dan tegangan juga ikut meningkat sehingga daya keluarannya juga meningkat. Intensitas cahaya
matahari mempengaruhi karakteristik arus-tegangan pada sel surya. Pengaruh intensitas cahaya
matahari terhadap arus yang dihasilkan lebih besar dibandingkan dengan tegangan terminalnya hal
ini yang menyebabkan daya berbanding lurus terhadap suhu.
Efisiensi dari sel surya terbilang rendah antara 18-22% saat mendapatkan energi maksimal dari
matahari, sehingga untuk menambahkan nilai effisiensinya dibutuhkan piranti pemantul.
Sedangkan untuk menjaga agar sel surya mendapat cahaya yang maksimal dibutuhkan perangkat
penjejak matahari. Penambahan penjejak matahari dan pemantulan cahaya matahari dapat
meningkatkan intensitas cahaya yang diterima oleh panel surya, sehingga daya rata-rata yang
dihasilkan bisa meningkat 17.93% (D. Susilo, 2010).
2.1. Panel Surya
Panel surya atau sel photovoltaic adalah suatu alat semikonduktor yang menkonversi foton (cahaya)
ke dalam listrik. Konversi ini disebut efek photovoltaic, dengan kata lain efek photovoltaic adalah
fenomena dimana suatu sel photovoltaic dapat menyerap energi cahaya dan mengubahnya menjadi
energi listrik. Efek photovoltaic didefinisikan sebagai suatu fenomena munculnya voltase listrik
akibat kontak dua elektroda yang dihubungkan dengan sistem padatan atau cairan saat diexpose
dibawah energi cahaya. Jenis-jenis solar cell seperti Single crystalline (Gallium Arsenide Cell dan
Cadmium Sulfide Cell), Polycrystalline cell (efisiensi 10-12%), Amorphous Silikon Cell (efisiensi
sekitar 4-6%), Copper indium diselenide (CIS) cells (efisiensi 9-11%) dan Cadmium telluride
(CdTe) cells (efisiensi 1-8,5%).
2.2. Potensi Matahari
Indonesia merupakan daerah tropis dengan luas daratan sekitar 2 juta Km2. Rata-rata matahari
memancarkan energi sebesar 1000 Watt/m2 saat cuaca cerah ke permukaan bumi. Saat ini
pemanfaatan energi surya merupakan salah satu hal yang sedang giat dikembangkan oleh
pemerintah Indonesia khususnya di Bali. Umur pemakain pada panel surya panjang kurang lebih 20
tahun.
2.3. Daya Panel Surya
Daya panel surya sangat tergantung dari intensitas radiasi matahari (Ir). Intensitas radiasi matahari
ini menentukan besarnya daya dari energi sumber cahaya yang sampai pada seluruh permukaan sel
surya. Daya Input (Pin) panel surya dapat ditentukan dari persamaan berikut
=
= Daya input panel surya (Watt)
= Intensitas radiasi Matahari (watt/m2)
.
(1)
3
A = luas permukaan panel surya (m2)
Untuk daya output (Pout) didapat persamaan:
=
.
(2)
= Daya outpot panel surya (Watt)
= Tegangan rangkaian terbuka (Volt)
= Arus hubung singkat (Ampere)
FF = Fill Factor
Fill Factor (faktor pengisi/FF) merupakan nilai rasio V dan I pada keadaan daya maksimum dan
tegangan rangkaian terbuka (Voc) dengan arus hubung singkat (Isc), sehingga didapat:
=
Vmax = Tegangan saat panel surya mencapai maksimum (volt)
Imax = Arus saat panel surya mencapai maksimum (ampere)
Voc = Tegangan rangkaian terbuka panel surya (volt)
Isc = Arus hubung singkat panel surya (ampere)
Untuk suatu luasan pada panel surya, persamaan fill factor pada karakteristik V-I, maka harga fill
factor dapat merupakan fungsi Voc. Secara empiris hubungan fill factor dengan Voc adalah:
(
=
.
)
(3)
2.4. Efisiensi Panel Surya
Intensitas radiasi matahari yang diterima oleh panel surya dapat diubah menjadi energi listrik.
Semakin besar intensitas matahari yang diserap maka semakin besar energi listrik yang dihasilkan.
Konversi intensitas radiasi matahari menjadi energi listrik ini mempunyai nilai efisiensi. Efisiensi
keluaran maksimum didefinisikan sebagai prosentase daya keluaran optimum dari intensitas radiasi
matahari tersebut, sehingga didapat persamaan:
=
%
(4)
= Efisiensi Sel Surya (%)
Pout = Daya yang dibangkitkan panel surya (watt)
Pin = Daya yang diterima akibat radiasi matahari (watt)
3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan:
1. Mengetahui seberapa besar daya yang dihasil oleh panel surya jika diletakan pada daerah daerah
dengan ketinggian yang berbeda-beda.
2. Bagaimana karakteristik Pengaruh suhu permukaan panel surya terhadap arus hubung singkat
dan tegangan rangkaian terbuka
3. Seberapa besar efisiensi panel surya terhadap perubahan suhu permukaan panel tersebut.
Sedangkan manfaat dari ini adalah :
1. Masyarakat dapat mengetahui efisiensi dari panel surya terhadap suhu lingkungannya
2. Daya panel surya dapat langsung digunakan untuk aplikasi beberapa peralatan yang sesuai
dengan spesifikasi panel surya
4
4. METODE PENELITIAN
1. Menentukan panel surya PV yang akan digunakan penelitian ini.
2. Menentukan daerah lokasi penepatan penempatan panel surya.
3. Mengukur intensitas radiasi matahari dan luas permukaan panel surya untuk mendapatkan daya
input dengan persamaan
.
4. Pengukuran suhu/temperatur pada panel surya
5. Mengukur keluaran Tegangan rangkaian terbuka (Voc) dan Aus hubung singkat (Isc) pada output
panel surya.
.
6. Menghitung efisiensi Panel Surya.
%
START
1. Data Panel Surya, Lokasi
Penempatan Panel Surya
2. Penempatan Ketinggian
Panel Surya
3. Bayangan/Shading
4. Pengukuran Suhu,
Tegangan dan Arus
5. Analisa Efisiensi
6. Kesimpulan
STOP
Gambar 1. Alur Analisis
5
5. HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian dilakukan dengan mengambil dua tempat dengan ketinggian yang berbeda. Pada
penelitian ini lokasi yang dipilih adalah lokasi yang berdekatan dengan rumah penduduk dan
memungkinkan nantinya ditempatkan pemasangan panel surya. Lokasi yang dipilih adalah daerah
dengan ketinggian berkisar dari 0 sampai 500 Meter di atas permukaan laut, Daerah penelitian yang
dipilih adalah daerah kota Denpasar dan Kabupaten Tabanan.
5.1. Panel Surya
Panel surya yang digunakan dalam penelitian ini adalah panel surya dengan jenis monocrytalline
karena mempunyai effisiensi yang paling besar maksimum 18% bentuknya ditunjukan pada gambar
3. Jenis ini sangat cepat perubahan daya keluarannya jika ada yang menutupi/menghalagi
permukaannya. Panel surya monocrytalline yang diuji dalam penelitian ini dengan spesifikasi
teknis sebagai berikut:
Merk
Module type
Rated Max. Power (Pmax)
Current at Pmax (Imp)
Voltage at Pmax (Vmp)
Short Circuit Current (Isc)
Open Circuit Voltage (Voc)
: Sseries
: SP-50-M36
: 50 Watt
: 2.85A
: 17,4 V
: 3.04 A
: 22.4 V
Gambar 3. Panel Surya Monocrystalline
Pada gambar 4. Menunjukan peralatan-peralatan serta pengambilan data pada panel surya.
Gambar a. Pengukuran Arus dan tegangan
Gambar b. Pengukuran Suhu
Gambar 4. Peralatan dan proses pengambilan data
6
5.2. Data Pengukuran Suhu, Arus Short Circuit dan Tegangan Open Circuit pada Panel Surya.
Data hasil Pengukuran suhu, arus short circuit, serta tegangan open circuit untuk daerah Renon, Denpasar
dengan ketinggian 22 meter (I) dan desa Mangesta, Tabanan dengan ketinggian 457 meter (II). Hasil
pengukuran tesebut ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Pengukuran suhu, arus (Ish) dan tegangan (Voc)
Jam
Suhu (oC)
09 :00
09 :15
09 :30
09 :45
10 :00
10 :15
10 :30
10 :45
11 :00
11 :15
11 :30
11 :45
12 :00
12 :15
12 :30
12 :45
13 :00
13 :15
13 :30
13 :45
14 :00
14 :15
14 :30
14 :45
15 :00
44.8
45.6
50.2
50.4
52.8
52.8
53.2
53.2
53.9
55.5
55.5
55.8
54.5
53.7
52.4
50.9
48.7
48.1
47.8
47.8
47.2
46.8
46.2
45.7
40.5
Ish Arus short circuit (A)
I
1.45
1.64
1.78
1.92
1.96
2.07
2.14
2.22
2.36
2.38
2.49
2.64
2.73
2.63
2.58
2.54
2.59
2.54
2.56
2.52
2.25
2.24
2.03
1.59
1.20
Voc Tegangan open circuit (V)
II
1.35
1.37
1.58
1.67
1.88
1.96
1.98
2.11
2.19
2.22
2.35
2.47
2.57
2.57
2.57
2.54
2.54
2.51
2.53
2.41
2.19
2.11
2.01
1.45
1.10
I
20.2
20.2
20.1
19.8
19.8
19.8
19.7
19.7
19.7
19.7
19.7
19.7
19.8
19.8
19.8
19.8
20.0
20.0
20.0
20.2
20.2
20.4
20.4
20.4
20.4
II
21.4
21.1
19.9
19.9
19.9
20.1
20.1
20.1
20.1
20.2
20.2
20.2
20.2
20.3
20.1
20.0
20.1
20.1
20.3
20.4
20.5
20.5
20.5
20.5
20.5
5.3. Pengaruh Ketinggian terhadap Suhu Permukaan Panel Surya
Perbedaan temperatur udara yang disebabkan adanya perbedaan tinggi rendah suatu daerah disebut
amplitudo. Pada gambar 2. ditunjukkan perubahan suhu permukaan akibat naiknya intensitas
radiasi matahari untuk daerah dengan ketinggian 22 meter serta ketinggian 457 meter dari atas
permukaan laut.
60
50
40
30
20
10
0
Suhu (22 mtr)
Suhu (457 mtr)
09
:00
09
:30
10
:00
10
:30
11
:00
11
:30
12
:00
12
:30
13
:00
13
:30
14
:00
14
:30
15
:00
Gambar 2. Pengaruh ketinggian pada suhu maksimum permukaan panel surya
7
5.4. Pengaruh Suhu permukaan panel surya terhadap Tegangan rangkaian terbuka
Dari data suhu dan tegangan rangkaian terbuka maka pada gambar 3. dapat dilihat bahwa kenaikan
suhu terhadap tegangan rangkaian terbuka mempunyai trend yang terus menurun sedikit (pada suhu
yang sama).
22
21.5
21
20.5
20
19.5
19
18.5
Voc (22mtr)
Voc (507mtr)
09
:00
09
:30
10
:00
10
:30
11
:00
11
:30
12
:00
12
:30
13
:00
13
:30
14
:00
14
:30
15
:00
Gambar 3 Pengaruh suhu panel surya terhadap Tegangan rangkaian terbuka (Voc)
5.5. Pengaruh Suhu Permukaan Panel Surya terhadap Arus hubung singkat
Dari data suhu dan arus hubungan singkat maka pada gambar 4. dapat dilihat bahwa kenaikan suhu
permukaan panel surya terhadap arus hubung singkat cenderung meningkat.
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
Isc (22mtr)
Isc (507mtr)
09
:00
09
:30
10
:00
10
:30
11
:00
11
:30
12
:00
12
:30
13
:00
13
:30
14
:00
14
:30
15
:00
Gambar 4. Pengaruh suhu permukaan panel surya terhadap arus hubung singkat (Isc)
5.6. Pengaruh Suhu Permukaan Panel Surya terhadap Efisiensi
Perubahan suhu permukaan ini juga mengakibatkan berubahnya efisiensi dari panel surya. Dari
gambar 5 ditunjukan efisiensi teringgi pada daerah dengan suhu lingkungan yang lebih tinggi
dengan efisiensi sebesar 14.4958 %.
20.0000
15.0000
10.0000
Eff % 22 mtr
5.0000
Eff % 507 mtr
0.0000
09 09 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15
:00 :30 :00 :30 :00 :30 :00 :30 :00 :30 :00 :30 :00
Gambar 5. Pengaruh suhu permukaan panel surya terhadap effisiensi (%)
8
6. RENCANA TAHAP BERIKUTNYA
Dalam penelitian selanjutnya energi yang dihasilkan oleh panel surya langsung di hubungkan
dengan sistem yang sudah ada (on-grid) seperti gambar 5. untuk meminimalisir rugi-rugi daya.
Gambar 5. Sistem On-Grid
7. KESIMPULAN DAN SARAN
Semakin tinggi penempatan panel surya, suhu permukaan panel surya akan menurun,
mengakibatkan Arus hubung singkat menurun, sedangkan tegangan rangkaian terbuka akan naik
dan daya keluarannya semakin menurun. Daya keluaran maksimum didapat pada daerah dengan
dataran rendah dengan suhu yang lebih tinggi. Energi listrik yang dihasilkan dari panel surya dapat
digunakan sebagai energi alternatif yang tak terbatas. Energi ini lebih efisien jika dihubungkan
dengan jaringan yang sudah ada (sistem on-grid).
Ucapan Terimakasih
Om Swastyastu puji syukur kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa,
karena atas segala limpahan berkat dan Rahmat-Nya, sehingga penelitian ini terlaksana dengan
baik. Bersama ini pula kami ucapkan terimakasih kepada tim penelitian serta seluruh khalayak
yang telah mensukseskan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
D Susilo, Rusminto Tj.W., A Indra G., (2010) ‘Peningkatan Daya Keluaran Sel Surya dengan
Penjejak Matahari dan Pemantulan Cahaya Matahari sebagai Sumber Daya Pendukung
Perusahaan Listrik Negara (PLN)’ PENS, Surabaya
Duffie, A William, William A Beckman. (2008). ‘Solar Engineering Of Thermal Processes’. John
Wiley & sons. Newyork
Lotsch, H.K.V. (2005). ‘Photovoltaic Solar Energy Generation’.Springer.Berlin
Lorenzo, Eduardo. (1994). ‘Solar Electricity, Engineering of Photovoltaic Systems’. Institute of
Solar Energy. Polytechnic University of Madrid.
Markvart, Thomas. (2000). ‘Solar Electricity’. John wileys & sons, LTD. United Kingdom.
Messenger, R A., Ventre, J. (2004). ‘Photovoltaic Systems Engineering Second Edition’. CRC
Press LL
Mohamad dan E. Yohana., (2010)’ Pengaruh Suhu Permukaan Photovoltaic Module 50 Watt Peak
terhadap Daya Keluaran yang Dihasilkan menggunakan Reflektor dengan Variasi Sudut
Reflektor 0o, 50o, 60o,70o,80o’, Univ. Diponogoro
Rashid, H.M., (1999), ‘Power Electronics Circuits, Devices, and Applications’. New Delhi Prentice
Hall.
Sen, Zekai. (2008). ‘Solar Energy Fundamentals And Modeling Techniques’. Springer. Istanbul
PENGARUH KETINGGIAN PANEL SURYA TERHADAP DAYA
LISTRIK UNTUK MENEKAN PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK
Cokorde Gede Indra Partha1), I Wayan Arta Wijaya2), I Gusti Ngurah Janardana 3),
I Nyoman Budiastra4)
1,2,3,4
Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Bukit Jimbaran, Badung,
Telp/Fax: 0361 703315, cokindra@ee.unud.ac.id
Abstrak
Energi matahari dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif yang potensial karena energinya
yang sangat besar serta ramah lingkungan. Alat yang dapat dapat digunakan untuk mengkonversi secara
langsung cahaya matahari menjadi listrik disebut photovoltaic. Cell Photovoltaics atau Panel Surya telah
banyak dikembangkan baik dlam bidang keilmuan maupun teknologi. Photovoltaic ini memberikan
penggunaan energi yang terbaharukan yang dapat digunakan dalam pemakaian energi dalam gedung
sebagai sumber listrik yang ramah lingkungan.
Hasil penelitian ini menunjukan bahwa dengan menempatkan ketinggian yang berbeda menghasilkan
efisiensi yang berbeda. Makin tinggi tempat suatu daera maka suhu udara semakin menurun. Penurunan
suhu ini berpengaruh terhadap penurunan suhu permukaan panel. Makin rendah suhu permukaan, maka
tegangan rangkaian terbuka panel surya makin meningkat, sedangkan arus hubung singkat semakin naik.
Daya keluaran dari panel surya akan meningkat dengan naiknya suhu permukaan, demikian juga dengan
effisiensi panel surya, pada suhu yang lebih tinggi maka efisiensi juga meningkat.
Kata kunci: energi matahari, photovoltaic, panel surya, suhu, efisiensi
Abstrak
Due to its huge power and environmental-friendly, solar energy is potential to be used as an alternative
energy source. Generally, a device named photovoltaic is used to convert directly the sunlight to become
electricity. Photovoltaic cell has been widely developed for education and for practice as well. One of the
Photovoltaic implementation is when it is used to provide an environment-friendly renewable energy for
indoor purpose. In this paper, the relationship between the height of the photovoltanic cell surface and
the reduction of the electric energy inside a building was studied.
The results of this research show that different height placement of a photovoltaic cell produces different
efficiency. The higher the photovoltaic cell is placed the lower the air temperature be.Therefore, this air
temperature decrement affects the photovoltaic cell surface temperature. The lower the surface
temperature the higher the open circuit voltage of the photovoltaic cell, with the short circuit current also
increases. Meanwhile, the output power of the photovoltaic cell will increase as the photovoltaic cell
surface temperature increases. For the photovoltaic cell efficiency likewise, the higher the temperature
the efficiency increases as well.
Keywords: solar energy, photovoltaic, photovoltaic cell, temperature, efficiency
1. PENDAHULUAN
Melihat letak Geografis Indonesia pada daerah khatulistiwa yang sangat potensial, yang
mengakibatkan intensitas radiasi matahari yang bisa dimanfaatkan cukup merata sepanjang tahun.
Berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, sumber energi
surya di Indonesia memiliki intensitas rata-rata sekitar 4.8 kWh/m2/hari. Provinsi Bali mempunyai
kapasitas energi surya di atas rata-rata. Dengan intensitas sinar matahari di Provinsi Bali sangat
baik maka energi matahari sangat tepat dimaanfaatkan sebagai energi alternative. Salah satu
kelebihan dari energi matahari adalah, energi yang diperbaharui, tidak menyebabkan polusi udara,
tersedia hampir di mana-mana dan terus-menerus sepanjang tahun.
2
Dalam penelitian ini akan diteliti penempatan panel sel surya dengan ketinggian tertentu untuk
mendapatkan keluaran listrik yang optimal. Pemakaian panel sel surya umumnya diletakkan dengan
ketinggian tertentu dengan tanpa memperhatikan pengaruh suhu dan shading/bayangan yang
menutupi beberapa sel photovoltaic.
2. PUSTAKA
Kenaikan Suhu mengakibatkan Tegangan rangkaian terbuka (Voc) turun, namun arus hubung
singkat (Isc) meningkat. Kenaikan suhu adalah akibat dari kenaikan irradiance, dimana tiap kali
irradiance meningkat maka variabel yang lain seperti suhu, arus dan tegangan juga ikut meningkat
sehingga dengan sendirinya apabila irradiance meningkat maka daya keluarannya juga meningkat.
Semakin meningkatknya suhu juga akan meningkatkan efisiensi. Efisiensi tertinggi dicapai pada
o
pengujian menggunakan reflektor sudut 70o yaitu sebesar 15,65% dengan suhu 46,41 C. (Mohamad
dan E. Yohana, 2010). Tiap kali irradiance meningkat, maka variabel yang lain seperti suhu, arus
dan tegangan juga ikut meningkat sehingga daya keluarannya juga meningkat. Intensitas cahaya
matahari mempengaruhi karakteristik arus-tegangan pada sel surya. Pengaruh intensitas cahaya
matahari terhadap arus yang dihasilkan lebih besar dibandingkan dengan tegangan terminalnya hal
ini yang menyebabkan daya berbanding lurus terhadap suhu.
Efisiensi dari sel surya terbilang rendah antara 18-22% saat mendapatkan energi maksimal dari
matahari, sehingga untuk menambahkan nilai effisiensinya dibutuhkan piranti pemantul.
Sedangkan untuk menjaga agar sel surya mendapat cahaya yang maksimal dibutuhkan perangkat
penjejak matahari. Penambahan penjejak matahari dan pemantulan cahaya matahari dapat
meningkatkan intensitas cahaya yang diterima oleh panel surya, sehingga daya rata-rata yang
dihasilkan bisa meningkat 17.93% (D. Susilo, 2010).
2.1. Panel Surya
Panel surya atau sel photovoltaic adalah suatu alat semikonduktor yang menkonversi foton (cahaya)
ke dalam listrik. Konversi ini disebut efek photovoltaic, dengan kata lain efek photovoltaic adalah
fenomena dimana suatu sel photovoltaic dapat menyerap energi cahaya dan mengubahnya menjadi
energi listrik. Efek photovoltaic didefinisikan sebagai suatu fenomena munculnya voltase listrik
akibat kontak dua elektroda yang dihubungkan dengan sistem padatan atau cairan saat diexpose
dibawah energi cahaya. Jenis-jenis solar cell seperti Single crystalline (Gallium Arsenide Cell dan
Cadmium Sulfide Cell), Polycrystalline cell (efisiensi 10-12%), Amorphous Silikon Cell (efisiensi
sekitar 4-6%), Copper indium diselenide (CIS) cells (efisiensi 9-11%) dan Cadmium telluride
(CdTe) cells (efisiensi 1-8,5%).
2.2. Potensi Matahari
Indonesia merupakan daerah tropis dengan luas daratan sekitar 2 juta Km2. Rata-rata matahari
memancarkan energi sebesar 1000 Watt/m2 saat cuaca cerah ke permukaan bumi. Saat ini
pemanfaatan energi surya merupakan salah satu hal yang sedang giat dikembangkan oleh
pemerintah Indonesia khususnya di Bali. Umur pemakain pada panel surya panjang kurang lebih 20
tahun.
2.3. Daya Panel Surya
Daya panel surya sangat tergantung dari intensitas radiasi matahari (Ir). Intensitas radiasi matahari
ini menentukan besarnya daya dari energi sumber cahaya yang sampai pada seluruh permukaan sel
surya. Daya Input (Pin) panel surya dapat ditentukan dari persamaan berikut
=
= Daya input panel surya (Watt)
= Intensitas radiasi Matahari (watt/m2)
.
(1)
3
A = luas permukaan panel surya (m2)
Untuk daya output (Pout) didapat persamaan:
=
.
(2)
= Daya outpot panel surya (Watt)
= Tegangan rangkaian terbuka (Volt)
= Arus hubung singkat (Ampere)
FF = Fill Factor
Fill Factor (faktor pengisi/FF) merupakan nilai rasio V dan I pada keadaan daya maksimum dan
tegangan rangkaian terbuka (Voc) dengan arus hubung singkat (Isc), sehingga didapat:
=
Vmax = Tegangan saat panel surya mencapai maksimum (volt)
Imax = Arus saat panel surya mencapai maksimum (ampere)
Voc = Tegangan rangkaian terbuka panel surya (volt)
Isc = Arus hubung singkat panel surya (ampere)
Untuk suatu luasan pada panel surya, persamaan fill factor pada karakteristik V-I, maka harga fill
factor dapat merupakan fungsi Voc. Secara empiris hubungan fill factor dengan Voc adalah:
(
=
.
)
(3)
2.4. Efisiensi Panel Surya
Intensitas radiasi matahari yang diterima oleh panel surya dapat diubah menjadi energi listrik.
Semakin besar intensitas matahari yang diserap maka semakin besar energi listrik yang dihasilkan.
Konversi intensitas radiasi matahari menjadi energi listrik ini mempunyai nilai efisiensi. Efisiensi
keluaran maksimum didefinisikan sebagai prosentase daya keluaran optimum dari intensitas radiasi
matahari tersebut, sehingga didapat persamaan:
=
%
(4)
= Efisiensi Sel Surya (%)
Pout = Daya yang dibangkitkan panel surya (watt)
Pin = Daya yang diterima akibat radiasi matahari (watt)
3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan:
1. Mengetahui seberapa besar daya yang dihasil oleh panel surya jika diletakan pada daerah daerah
dengan ketinggian yang berbeda-beda.
2. Bagaimana karakteristik Pengaruh suhu permukaan panel surya terhadap arus hubung singkat
dan tegangan rangkaian terbuka
3. Seberapa besar efisiensi panel surya terhadap perubahan suhu permukaan panel tersebut.
Sedangkan manfaat dari ini adalah :
1. Masyarakat dapat mengetahui efisiensi dari panel surya terhadap suhu lingkungannya
2. Daya panel surya dapat langsung digunakan untuk aplikasi beberapa peralatan yang sesuai
dengan spesifikasi panel surya
4
4. METODE PENELITIAN
1. Menentukan panel surya PV yang akan digunakan penelitian ini.
2. Menentukan daerah lokasi penepatan penempatan panel surya.
3. Mengukur intensitas radiasi matahari dan luas permukaan panel surya untuk mendapatkan daya
input dengan persamaan
.
4. Pengukuran suhu/temperatur pada panel surya
5. Mengukur keluaran Tegangan rangkaian terbuka (Voc) dan Aus hubung singkat (Isc) pada output
panel surya.
.
6. Menghitung efisiensi Panel Surya.
%
START
1. Data Panel Surya, Lokasi
Penempatan Panel Surya
2. Penempatan Ketinggian
Panel Surya
3. Bayangan/Shading
4. Pengukuran Suhu,
Tegangan dan Arus
5. Analisa Efisiensi
6. Kesimpulan
STOP
Gambar 1. Alur Analisis
5
5. HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian dilakukan dengan mengambil dua tempat dengan ketinggian yang berbeda. Pada
penelitian ini lokasi yang dipilih adalah lokasi yang berdekatan dengan rumah penduduk dan
memungkinkan nantinya ditempatkan pemasangan panel surya. Lokasi yang dipilih adalah daerah
dengan ketinggian berkisar dari 0 sampai 500 Meter di atas permukaan laut, Daerah penelitian yang
dipilih adalah daerah kota Denpasar dan Kabupaten Tabanan.
5.1. Panel Surya
Panel surya yang digunakan dalam penelitian ini adalah panel surya dengan jenis monocrytalline
karena mempunyai effisiensi yang paling besar maksimum 18% bentuknya ditunjukan pada gambar
3. Jenis ini sangat cepat perubahan daya keluarannya jika ada yang menutupi/menghalagi
permukaannya. Panel surya monocrytalline yang diuji dalam penelitian ini dengan spesifikasi
teknis sebagai berikut:
Merk
Module type
Rated Max. Power (Pmax)
Current at Pmax (Imp)
Voltage at Pmax (Vmp)
Short Circuit Current (Isc)
Open Circuit Voltage (Voc)
: Sseries
: SP-50-M36
: 50 Watt
: 2.85A
: 17,4 V
: 3.04 A
: 22.4 V
Gambar 3. Panel Surya Monocrystalline
Pada gambar 4. Menunjukan peralatan-peralatan serta pengambilan data pada panel surya.
Gambar a. Pengukuran Arus dan tegangan
Gambar b. Pengukuran Suhu
Gambar 4. Peralatan dan proses pengambilan data
6
5.2. Data Pengukuran Suhu, Arus Short Circuit dan Tegangan Open Circuit pada Panel Surya.
Data hasil Pengukuran suhu, arus short circuit, serta tegangan open circuit untuk daerah Renon, Denpasar
dengan ketinggian 22 meter (I) dan desa Mangesta, Tabanan dengan ketinggian 457 meter (II). Hasil
pengukuran tesebut ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Pengukuran suhu, arus (Ish) dan tegangan (Voc)
Jam
Suhu (oC)
09 :00
09 :15
09 :30
09 :45
10 :00
10 :15
10 :30
10 :45
11 :00
11 :15
11 :30
11 :45
12 :00
12 :15
12 :30
12 :45
13 :00
13 :15
13 :30
13 :45
14 :00
14 :15
14 :30
14 :45
15 :00
44.8
45.6
50.2
50.4
52.8
52.8
53.2
53.2
53.9
55.5
55.5
55.8
54.5
53.7
52.4
50.9
48.7
48.1
47.8
47.8
47.2
46.8
46.2
45.7
40.5
Ish Arus short circuit (A)
I
1.45
1.64
1.78
1.92
1.96
2.07
2.14
2.22
2.36
2.38
2.49
2.64
2.73
2.63
2.58
2.54
2.59
2.54
2.56
2.52
2.25
2.24
2.03
1.59
1.20
Voc Tegangan open circuit (V)
II
1.35
1.37
1.58
1.67
1.88
1.96
1.98
2.11
2.19
2.22
2.35
2.47
2.57
2.57
2.57
2.54
2.54
2.51
2.53
2.41
2.19
2.11
2.01
1.45
1.10
I
20.2
20.2
20.1
19.8
19.8
19.8
19.7
19.7
19.7
19.7
19.7
19.7
19.8
19.8
19.8
19.8
20.0
20.0
20.0
20.2
20.2
20.4
20.4
20.4
20.4
II
21.4
21.1
19.9
19.9
19.9
20.1
20.1
20.1
20.1
20.2
20.2
20.2
20.2
20.3
20.1
20.0
20.1
20.1
20.3
20.4
20.5
20.5
20.5
20.5
20.5
5.3. Pengaruh Ketinggian terhadap Suhu Permukaan Panel Surya
Perbedaan temperatur udara yang disebabkan adanya perbedaan tinggi rendah suatu daerah disebut
amplitudo. Pada gambar 2. ditunjukkan perubahan suhu permukaan akibat naiknya intensitas
radiasi matahari untuk daerah dengan ketinggian 22 meter serta ketinggian 457 meter dari atas
permukaan laut.
60
50
40
30
20
10
0
Suhu (22 mtr)
Suhu (457 mtr)
09
:00
09
:30
10
:00
10
:30
11
:00
11
:30
12
:00
12
:30
13
:00
13
:30
14
:00
14
:30
15
:00
Gambar 2. Pengaruh ketinggian pada suhu maksimum permukaan panel surya
7
5.4. Pengaruh Suhu permukaan panel surya terhadap Tegangan rangkaian terbuka
Dari data suhu dan tegangan rangkaian terbuka maka pada gambar 3. dapat dilihat bahwa kenaikan
suhu terhadap tegangan rangkaian terbuka mempunyai trend yang terus menurun sedikit (pada suhu
yang sama).
22
21.5
21
20.5
20
19.5
19
18.5
Voc (22mtr)
Voc (507mtr)
09
:00
09
:30
10
:00
10
:30
11
:00
11
:30
12
:00
12
:30
13
:00
13
:30
14
:00
14
:30
15
:00
Gambar 3 Pengaruh suhu panel surya terhadap Tegangan rangkaian terbuka (Voc)
5.5. Pengaruh Suhu Permukaan Panel Surya terhadap Arus hubung singkat
Dari data suhu dan arus hubungan singkat maka pada gambar 4. dapat dilihat bahwa kenaikan suhu
permukaan panel surya terhadap arus hubung singkat cenderung meningkat.
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
Isc (22mtr)
Isc (507mtr)
09
:00
09
:30
10
:00
10
:30
11
:00
11
:30
12
:00
12
:30
13
:00
13
:30
14
:00
14
:30
15
:00
Gambar 4. Pengaruh suhu permukaan panel surya terhadap arus hubung singkat (Isc)
5.6. Pengaruh Suhu Permukaan Panel Surya terhadap Efisiensi
Perubahan suhu permukaan ini juga mengakibatkan berubahnya efisiensi dari panel surya. Dari
gambar 5 ditunjukan efisiensi teringgi pada daerah dengan suhu lingkungan yang lebih tinggi
dengan efisiensi sebesar 14.4958 %.
20.0000
15.0000
10.0000
Eff % 22 mtr
5.0000
Eff % 507 mtr
0.0000
09 09 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15
:00 :30 :00 :30 :00 :30 :00 :30 :00 :30 :00 :30 :00
Gambar 5. Pengaruh suhu permukaan panel surya terhadap effisiensi (%)
8
6. RENCANA TAHAP BERIKUTNYA
Dalam penelitian selanjutnya energi yang dihasilkan oleh panel surya langsung di hubungkan
dengan sistem yang sudah ada (on-grid) seperti gambar 5. untuk meminimalisir rugi-rugi daya.
Gambar 5. Sistem On-Grid
7. KESIMPULAN DAN SARAN
Semakin tinggi penempatan panel surya, suhu permukaan panel surya akan menurun,
mengakibatkan Arus hubung singkat menurun, sedangkan tegangan rangkaian terbuka akan naik
dan daya keluarannya semakin menurun. Daya keluaran maksimum didapat pada daerah dengan
dataran rendah dengan suhu yang lebih tinggi. Energi listrik yang dihasilkan dari panel surya dapat
digunakan sebagai energi alternatif yang tak terbatas. Energi ini lebih efisien jika dihubungkan
dengan jaringan yang sudah ada (sistem on-grid).
Ucapan Terimakasih
Om Swastyastu puji syukur kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa,
karena atas segala limpahan berkat dan Rahmat-Nya, sehingga penelitian ini terlaksana dengan
baik. Bersama ini pula kami ucapkan terimakasih kepada tim penelitian serta seluruh khalayak
yang telah mensukseskan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
D Susilo, Rusminto Tj.W., A Indra G., (2010) ‘Peningkatan Daya Keluaran Sel Surya dengan
Penjejak Matahari dan Pemantulan Cahaya Matahari sebagai Sumber Daya Pendukung
Perusahaan Listrik Negara (PLN)’ PENS, Surabaya
Duffie, A William, William A Beckman. (2008). ‘Solar Engineering Of Thermal Processes’. John
Wiley & sons. Newyork
Lotsch, H.K.V. (2005). ‘Photovoltaic Solar Energy Generation’.Springer.Berlin
Lorenzo, Eduardo. (1994). ‘Solar Electricity, Engineering of Photovoltaic Systems’. Institute of
Solar Energy. Polytechnic University of Madrid.
Markvart, Thomas. (2000). ‘Solar Electricity’. John wileys & sons, LTD. United Kingdom.
Messenger, R A., Ventre, J. (2004). ‘Photovoltaic Systems Engineering Second Edition’. CRC
Press LL
Mohamad dan E. Yohana., (2010)’ Pengaruh Suhu Permukaan Photovoltaic Module 50 Watt Peak
terhadap Daya Keluaran yang Dihasilkan menggunakan Reflektor dengan Variasi Sudut
Reflektor 0o, 50o, 60o,70o,80o’, Univ. Diponogoro
Rashid, H.M., (1999), ‘Power Electronics Circuits, Devices, and Applications’. New Delhi Prentice
Hall.
Sen, Zekai. (2008). ‘Solar Energy Fundamentals And Modeling Techniques’. Springer. Istanbul