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

Transkripsi

1 Optimalisasi rangkaian panel sel surya dengan menggunakan battery pb-acid sebagai sistem penyimpanan energi surya Ardianni Eko Dewi M BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Fakta menunjukkan konsumsi energi terus meningkat sejalan dengan laju pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk. Terbatasnya sumber energi fosil menyebabkan perlunya pengembangan energi terbarukan dan konservasi energi yang disebut pengembangan energi hijau. Yang dimaksud dengan energi terbarukan di sini adalah energi non-fosil yang berasal dari alam dan dapat diperbaharui. Bila dikelola dengan baik, sumber daya itu tidak akan habis. Energi baru dan terbarukan mulai mendapat perhatian sejak terjadinya krisis energi dunia yaitu pada tahun 70-an dan salah satu energi itu adalah energi surya. Energi itu dapat berubah menjadi arus listrik yang searah yaitu dengan menggunakan silikon yang tipis. Bila sel-sel itu terkena sinar matahari maka pada sambungan itu akan mengalir arus listrik. Besarnya arus/tenaga listrik itu tergantung pada jumlah energi cahaya yang mencapai silikon itu dan luas

2 2 permukaan sel itu. Teknologi ini cukup canggih dan keuntungannya adalah harganya murah, bersih, mudah dipasang dan dioperasikan dan mudah dirawat. Sedangkan kendala utama yang dihadapi dalam pengembangan energi surya fotovoltaik adalah investasi awal yang besar dan harga per kwh listrik yang dibangkitkan relatif tinggi, karena memerlukan subsistem yang terdiri atas baterai, unit pengatur dan inverter sesuai dengan kebutuhannya. Paling tidak ada 5 keuntungan pembangkit dengan surya fotovoltaik. Pertama, energi yang digunakan adalah energi yang tersedia secara cuma-cuma. Kedua, perawatannya mudah dan sederhana. Ketiga, tidak terdapat peralatan yang bergerak, sehingga tidak perlu penggantian suku cadang dan penyetelan pada pelumasan. Keempat, peralatan bekerja tanpa suara dan tidak berdampak negatif terhadap lingkungan. Kelima, dapat bekerja secara otomatis (Deni Almanda, 1997). Realita yang ada sekarang ini penggunaan sel surya sebagai pembangkit tenaga listrik masih sangat minim sehingga belum dapat diandalkan sebagai alternatif pengganti bahan bakar fosil yang selama ini menjadi komponen utama sistem pembangkit listrik. Hal ini disebabkan oleh kemampuan modul sel surya yang belum optimal dalam mengubah energi matahari menjadi energi listrik (Haryadi, 1998). Ada beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi kinerja modul sel surya, diantaranya temperatur sel surya, jumlah sel dalam modul, dan rangkaian sel surya (Simon, 1991).

3 3 Oleh karena itu perlu dilakukan Penelitian lebih lanjut mengenai kombinasi rangkaian seri paralel panel sel surya untuk menemukan kombinasi rangkaian yang lebih sederhana namun daya output yang dihasilkan optimum dan hambatannya minimum dan menemukan cara agar energi matahari yang didapatkan dari rangkaian sel surya dapat digunakan kembali saat malam hari Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan, maka dapat dirumuskan beberapa masalah sebagai berikut : 1. Rangkaian kombinasi dari panel sel surya manakah yang memiliki suatu daya dan arus yang optimum. 2. Bagaimana pengaruh kombinasi rangkaian panel sel surya terhadap pengisian ke dalam battery. 3. Berapa lama Pengisian energi yang optimal ke dalam battery Pb-Acid 6V.4,2 Ah isi ulang yang digunakan sebagai alat penyimpan energi surya Batasan Masalah Dari permasalahan yang telah diuraikan dalam latar belakang masalah maka batasan-batasan masalah yang ada antara lain : 1. Lingkup pengerjaan hanya pada rangkaian kombinasi seri dan pararel antar panel sel surya yang seukuran yang telah ada.

4 4 2. Penyimpanan energi sebatas battery isi ulang Pb-Acid 6V, 4,2Ah yang ada di pasaran Tujuan Penelitian Adapun yang menjadi tujuan penelitian adalah : 1. Penelitian ini ditujukan sebagai langkah awal studi lanjut mengenai karakteristik panel sel surya. 2. Penelitian ini diharapkan dapat memperoleh karakteristik kombinasi rangkaian seri dan pararel yang mampu menghasilkan daya output yang tinggi. 3. Diharapkan mengetahui lama pengisian energi optimal rangkaian panel sel surya yang disimpan pada battery Pb-Acid. 4. Untuk mengetahui rangkaian kombinasi panel sel surya yang dapat mengisi battery dengan waktu singkat Manfaat Penelitian Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah : 1. Menambah wawasan tentang sel surya. 2. Dapat menemukan kombinasi rangkaian seri dan paralel panel sel surya yang dapat menghasilkan arus dan tegangan optimum namun jumlah panel sel surya yang digunakan seminimal mungkin.

5 5 3. Dapat mengetahui kombinasi rangkaian panel sel surya yang dapat mengisi battery Pb-Acid hingga penuh dengan lama pengisian yang singkat 1.6. Sistematika Penulisan Sistematika penulisan tugas akhir ini dibagi dalam lima bab, yaitu: Bab I : PENDAHULUAN Bab ini menerangkan mengenai latar belakang, tujuan, pembatasan masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan dari tugas akhir. Bab II : LANDASAN TEORI Bab ini menguraikan dasar teori penunjang yang berhubungan dengan penelitian dari tugas akhir. Bab III : METODOLOGI PENELITIAN Bab ini berisi tentang metode penelitian secara keseluruhan dari masingmasing pencarian data penelitian dari tugas akhir. Bab IV : HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Bab ini menjelaskan tentang hasil dan analisa dari uji coba dan pengamatan alat. Bab V : KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi tentang kesimpulan yang dapat ditarik selama proses penelitian dan pengamatan alat ini.

6 6 BAB II LANDASAN TEORI Efek Fotolistrik Dekat permulaan abad keduapuluh serangkaian eksperimen menyatakan bahwa elektron dipancarkan dari permukaan logam jika cahaya yang frekuensinya cukup tinggi jatuh ke permukaan itu ( diperlukan cahaya ultraungu untuk hampir semua logam, kecuali logam alkali). Gejala ini dikenal sebagai efek fotolistrik. Distribusi elektron yang dipancarkan yang disebut fotoelektron, ternyata tak bergantung dari intensitas cahaya. Berkas cahaya yang kuat menghasilkan fotoelekron lebih banyak daripada berkas cahaya yang lemah yang berfrekuensi sama, tetapi energi elektron rata-rata sama saja. Dipandang dari teori gelombang ialah fakta bahwa energi fotoelektron dan bergantung pada frekuensi cahaya yang dipakai. Frekuensi yang lebih tinggi menghasilkan energi fotoelektron maksimum yang lebih tinggi pula Energi Gap Atom-atom dalam hampir semua zat padat kristaline, baik logam atau non logam, terletak sangat berdekatan sehingga elektron valensinya memberntuk sistem tunggal dari elektron milik bersama dari kristal keseluruhan. Sebagai ganti dari masing-masing tingkat energi karakteristik yang terdifinisikan secara tepat dari setiap atom individual, kristal keseluruhan memiliki pita energi yang terdiri banyak sekali tingkat energi terpisah yang letaknya sangat berdekatan. 6

7 7 Kehadiran pita energi, jurang (gap) yang terdapat diantaranya dan banyak pita itu terisi elektron, tidak saja menentukan kelakuan listrik suatu zat padat, tetapi juga merupakan landasan penting untuk sifat-sifat yang lainnya. Tingkat energi ini disebut energi band gap yang didefinisikan sebagai sejumlah energi yang dibutuhkan untuk mengeluarkan electron dari ikatan kovalennya sehingga terjadi aliran arus listrik. Gambar 2.1 Struktur pita sebuah semikonduktor 2.3. Doping Apabila kita tambahkan pada silkon murni (intrinsik) atom-atom yang bervalensi tiga atau lima maka terbentuk semikonduktor yang tak murni, yang ekstrinsik. Menambahkan takmurnian ke dalam bahan semikonduktor disebut doping. Apabila atom-atom takmurnian mempunyai lima elektron valensi, maka atom takmurnian akan menggeser beberapa atom silikon dari kisi-kisi kristal. Empat dari lima elektron valensi akan mengisi ikatan kovalen dan yang kelima akan terlepas dan dapat digunakan sebagai pembawa arus. Energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron yang kelima adalah energi sekitar 0,05 ev untuk Si. Takmurnian ini akan memberikan kelebihan

8 8 elektron sebagai pembawa muatan negatif, oleh karena dikenal sebagai takmurnian donor atau tipe-n. Apabila suatu takmurnian trivalen (valensi tiga) ditambahkan pada semikonduktor intrinsik hanya tiga ikatan kovalen yang diisi, kekosongan yang terjadi pada ikatan keempat membentuk lubang. Takmurnian serupa itu menyediakan pembawa positif oleh karena takmurnian tersebut menciptakan lubang dan dapat menerima elektron. Takmurnian ini karenanya dikenal sebagai akseptor atau takmurnian tipe-p. Difusi dari elektron Muatan Muatan positif Difusi dari proton Gambar 2.2 Struktur pita untuk sebuah sambungan p-n semikonduktor Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor. Semikonduktor adalah bahan yang memiliki struktur seperti isolator akan tetapi memiliki celah energi yang kecil (1 ev atau kurang) sehingga memungkinkan electron dapat melompat dari pita valensi ke pita konduksi. Hal tesebut dapat dijelaskan dengan pita-pita energi seperti gambar 2.4.

9 Persambungan Bahwa apabila suatu persambungan dibentuk antara bahan semikonduktor tipe-p dan tipe-n, kombinasi tersebut mempunyai sifat-sifat penyearah. Karakteristik volt-ampere dari suatu alat berkutub dua (disebut dioda persambungan). Oleh karena lintas persambungan terdapat gradien kerapatan, mula-mula lubang akan berdifusi (berbaur) ke sebelah kanan pesambungan dan elektron ke sebelah kirinya. Bahwa lubang-lubang positif yang menetralkan ion-ion akseptor dekat persambungan dalam silikon tipe-p telah menghilang sebagai akibat rekombinasi dengan elektron yang telah berdifusi meleati persambungan. Elektron-elektron yang menetralkan di silikon tipe-n telah bergabung dengan lubang yang berasal dari bahan tipe p dan telah menyeberangi persambungan. Ion yang tak ternetralkan di sekitar persambungan disebut muatan yang tak tertutupi. 2.5 Efek Fotovoltaik dan Sel Surya

10 10 Terjadinya medan listirk Pita konduksi Type p Pita valensi Tipe n Gambar 2.3 Prinsip dasar system fotovoltaik Sistem fotovoltaik adalah teknologi yang memanfaatkan sinar matahari untuk mendapatkan tenaga listrik dengan menggunakan sel surya (solar cell). Dimana komponen utama dari sistem surya fotovoltaik adalah modul yang merupakan unit rakitan beberapa sel surya. Gambar 2.3 menunjukkan sel surya adalah suatu alat yang mengubah energi matahari menjadi energi listrik secara langsung. Sel surya merupakan komponen elektronik yang terbuat dari kristal silicon dengan sambungan p-n (Simon, 1991). Secara sederhana sel surya terdiri persambungan bahan semikonduktor betipe p dan n ( p-n junction semikonduktor) yang jika terkena sinar matahari maka akan terjadi aliran electron dan aliran elektron inilah yang disebut sebagai aliran arus listrik. Saat sambungan p-n dikenai cahaya, elektron-elektron memantul melewati celah oleh photon sampai ke pita konduksi, meninggalkan proton didalamnya. Dipengaruhi oleh potensial intrinsik dari sambungan, elektron dan proton

11 11 mengalir dalam arah berlawanan, membangkitkan tegangan dan menghasilkan energi listrik. Bagian utama pengubah energi sinar matahari menjadi energi listrik adalah penyerap (absorber), meskipun demikian masing-masing lapisan juga sangat berpengaruh terhadap efisiensi dari sel surya. Sinar matahari terdiri dari bermacam-macam jenis gelombang electromagnet, oleh karena itu penyerap disini diharapkan dapat menyerap sebanyak mungkin radiasi sinar yang berasal dari cahaya matahari. Proses pengubahan energi matahari menjadi energi listrik ditunjukkan dalam gambar 2.4. Ketika radiasi cahaya matahari jatuh diatas sambungan p-n silikon, photon dengan panjang gelombang kurang dari 1,13µm menghasilkan sejumlah pasangan elektron-proton. Medan listrik dalam lapisan kosong mempengaruhi sebagian elektron mengalir dari silikon tipe p ke silicon tipe n. Proton mengalir dari silicon tipe n ke silkon tipe p. Elektroda atas (-) Sinar matahari Lapisan anti refleksi Silicon tipe n (p+) Silicon tipe p (n-) Electrode bawah (+) Arus listrik Gambar 2.4 Proses pengubahan energi matahari menjadi energi listrik pada sel surya(anonim 3, 2006) Elektron dari pita konduksi dapat meloncat ke pita valensi ketika sambungan tersebut mengenai foton dengan energi tertentu seperti gambar 2.2. Ketika sinar matahari yang terdiri dari photon photon jatuh pada permukaan

12 12 bahan sel surya (absorber), akan diserap, dipantulkan, atau diewatkan begitu saja seperti terlihat pada gambar 2.4 dan hanya photon dengan tingkat energi tertentu yang akan membebaskan elekton dari ikatan atomnya sehingga mengalirlah arus listrik. Elektron dari pita valensi akan tereksitasi ke pita konduksi. Electron pembawa n dan meninggalkan hole, pembawa p. Pembawa p akan bergerak menuju persambungan demikian juga pembawa n akan bergerak ke persambungan, perpindahan tersebut menghasilkan beda potensial. Arus dan daya yang dihasilkan fotovoltaik ini dapat dialirkan ke rangkaian luar. Untuk membebaskan electron dari ikatan kovalennya, energi foton (hc) harus sedikit lebih besar atau diatas daripada energi band-gap. Jika energi photon terlalu besar daripada energi band gap maka ekstra energi tersebut akan dirubah dalam bentuk panas pada sel surya. Karenanya sangat penting pada sel surya untuk mengatur bahan yang dipergunakan yaitu dengan memodifikasi struktur molekul dari semikonduktor yang dipergunakan. Agar efisiensi sel surya bisa tinggi maka photon yang berasal dari sinar matahari harus bisa diserap sebanyak-banyaknya, kemudian memperkecil refleksi dan rekombinasi serta memperbesar konduktivitas dari bahannya. Agar foton bisa diserap sebanyak-banyaknya maka penyerap harus memilki energi band gap dengan jangkauan yang lebar, sehingga memungkinkan untuk bisa menyerap sinar matahari yang memiliki energi yang bermacam-macam tersebut (Rusminto, 2003).

13 13 Untuk mendapatkan keluaran yang besar maka perlu penggabungan dari beberapa sel surya yang disebut dengan modul sel surya. Pada modul sel surya, sel surya dihubungkan secara seri atau paralel untuk menghasilkan tegangan, arus, atau daya yang tinggi. Permukaan modul ditutup dengan kaca atau materi transparan lain untuk proteksi terhadap linkungan (Anonim, 2005). 2.6 Karakteristik Sel Surya Sel surya menghasilkan arus dan arus ini beragam besarnya tergantung pada tegangan sel surya. Karakteristik tegangan arus biasanya menunjukkan hubungan tersebut. Karakteristik awal suatu modul sel surya diukur diruangan tertutup agar mudah dilaksanakan dalam waktu singkat dan memungkinkan untuk di cek kembali. Arus listrik (ma), Daya (mw) Arus Listik Daya Tegangan (Volt) Gambar 2.5 Grafik arus terhadap tegangan sebagai karakteristik sel surya (Boulder, 2004) Ketika tegangan sel surya sama dengan nol atau digambarkan sebagai sel surya hubung pendek, arus rangkaian pendek atau Isc (short circuit current) yang sebanding dengan irradiasi terhadap sel surya yang dapat diukur. Nilai Isc

14 14 naik dengan meningkatnya temperatur, meskipun temperatur standar yang tercatat untuk arus rangkaian pendek adalah 25º C. Jika arus sel surya sama dengan nol maka sel surya tersebut digambarkan sebagai rangkaian terbuka dan tegangan sel surya kemudian menjadi tegangan rangkaian terbuka, Voc (open circuit voltage). Ketergantungan Voc terhadap irradiasi bersifat logaritmis, dan penurunan yang lebih cepat disertai peningkatan temperatur. Pada kebanyakan sel surya peningkatan temperatur dari 25ºC mengakibatkan penurunan daya sekitar 10%. Pengukuran karakteristik luaran suatu modul sel surya di luar ruangan memeberi informasi yang lebih nyata dan lengkap mengenai kinerja modul sel surya namun membutuhkan waktu yang lama. Hal ini disebabkan perubahanperubahan musim tahunan yang secara langsung mempengaruhi kinerja modul sel surya. 2.3 Efisiensi Sel Surya Sel surya menghasilkan daya maksimum pada tegangan tertentu. Gambar kurva dibawah menunjukkan bahwa terdapat titik daya maksimum yang disebut MPP (Maximum Power Point). Tegangan titik maksimum atau VMPP biasanya kurang dari tegangan rangkaian terbuka dan arusnya IMPP lebih rendah dibandingkan dengan arus rangkain pendek. Pada titik daya maksimum (MPP), arus dan tegangan memiliki

15 15 hubungan yang sama dengan irradiasi dan temperatur sebagaimana arus rangkaian pendek dan tegangan rangkaian terbuka. Efisiensi sel surya (η) adalah perbandingan antara daya listrik maksimum sel surya atau daya output yang dikeluarkan sel surya dengan daya pancaran (radiant) atau daya input yang berasal dari cahaya matahari pada sel surya. η = IMMPxVMMp X100% ( Intensitascahaya)( luaspanel) (2.1) η = p out X100% G. A (2.2) η menunjukkan nilai efisiensi dalam persen (%), Pout adalah daya output yang dihasilkan sel surya. G menunjukkan Intensitas irradiasi matahari dalam W/m² dan A menunjukkan luas permukaan modul sel surya dalam m². Ada beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi modul sel surya yaitu jumlah cahaya yang mengenai sel surya, temperatur, jumlah sel surya dalam modul sel surya, luas area setiap sel surya, jenis silicon, hambatan pada kabel, dan rangkaian sel surya ( Simon, 1991 ) Penerimaan Radiasi Matahari Di Bumi Radiasi matahari terbagi atas tiga kelompok sinar berdasarkan panjang gelombangnya yaitu : 1. Sinar Ultra Violet (UV) yang termasuk sinar tidak tampak dan terdiri atas : UV extrim; panjang gelombang = nm UV-C UV-B ; panjang gelombang = nm ; panjang gelombang = nm

16 16 UV-A ; panjang gelombang = nm 2. Sinar Tampak yang terdiri atas : Sinar Ungu ; panjang gelombang = nm Intensitas sinar ungu = 200W/m 2 Sinar Biru Sinar Hijau ; panjang gelombang = nm ; panjang gelombang = nm Sinar Kuning ; panjang gelombang = nm Intensitas sinar kuning = 1000W/m 2 Sinar Jingga ; panjang gelombang= nm Intensitas sinar jingga = W/m 2 Sinar Merah ; panjang gelombang = nm Intensitas sinar merah = 400W/m 2 3. Sinar Infra Merah yang termasuk sinar tidak tampak dan terdiri dari : Infra merah pendek ; panjang gelombang nm Infra merah jauh ; panjang gelombang > nm Faktor-faktor yang mempengaruhi penerimaan radiasi matahari dibumi : Sudut datang sinar matahari; sinar datang tegak lurus memberikan energi sinar yang lebih besar dibanding yang datangnya condong, karena sinar datang tegak lurus akan menyinari wilayah yang lebih sempit dibanding sinar yang condong. Panjang hari, bergantung pada musim dan letak lintang suatu tempat.

17 17 Pengaruh atmosfer; kejernihan atmosfer memberikan energi radiasi yang kuat, semakin banyak bahan penyerap sinar di atmosfer energi radiasi semakin turun. Radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi disebut insolation (incoming solar radiation) yang terdiri dari radiasi langsung (direct radiation) dan radiasi baur (difusse radiation). Dari seluruh radiasi yang datang hanya Photosynthetically Active Radiation (PAR) yang dapat dimanfaatkan tanaman. Kisaran radiasi PAR mendekati radiasi sinar tampak. Rerata energi radiasi yang datang di permukaan atmosfer selama satu tahun disebut tetapan radiasi surya (solar constant) yang besarnya sekitar w/m 2 (Usmadi, 2006). Konversi satuan radiasi yang banyak digunakan (Woodward FI, Sheehy JE, 1983): 1 J.m -2.s -1 = 1 W.m foot-candle = 350 W.m -2 1 foot-candle = 10,76 lux 1 lux = 92,96 x 10-3 foot-candle 1 lux = 3,252 mw.m Rangkaian Sel Surya Tegangan dan daya output yang dihasilkan oleh setiap sel surya sangat kecil sehingga perlu merangkai beberapa sel surya menjadi modul sel surya. Rangkaian sel surya dapat dianalogkan dengan rangkaian baterai sebagai sumber energi listrik dalam rangkaian listrik. Ada dua jenis rangkaian yan g

18 18 dapat dipakai sel surya yaitu rangkaian seri dan rangkaian paralel. Penentuan jenis rangkaian sel surya disesuaikan dengan nilai tegangan dan arus keluaran yang dinginkan (Hosenberg, 2003). Gambar 2.7 Rangkaian paralel sel surya Rangkaian paralel sel surya menghasilkan tegangan total rangkaian sel surya yang sama dengan tegangan yang dihasilkan oleh sebuah sel surya dalam rangkaian pararel. Rangkaian jenis ini jarang ditetapkan karena menghasilkan arus total yang tinggi dan tegangan total kecil (Hosenberg, 2003). Tiga sel Dua sel Satu sel I Arus (A) V Tegangan (volt) Gambar 2.6 Grafik arus terhadap tegangan sebagai karakteristik rangkaian paralel sel surya (Franz Kininger, 2003) V 1 = V 2 = V 3 = = V n (2.3) I 1 + I 2 + I I n = Σ I n (2.4)

19 19 Rangkaian seri sel surya menghasilkan arus yang sama di seluruh rangkaian dan tegangan total yang dihasilkan sama dengan jumlah tegangan yang dihasilkan oleh sebuah sel surya (Hosenberg, 2003). Gambar 2.9 Rangkaian seri sel surya Tiga sel Dua sel Satu sel I Arus (A) V Tegangan (volt) Gambar 2.8 Grafik arus terhadap tegangan sebagai karakteristik rangkaian seri sel surya (Franz Kininger, 2003) V 1 + V 2 + V V n = Σ V n (2.5) I 1 = I 2 = I 3 = = I n (2.6) 2.6 Hubungan Arus, Tegangan, dan Daya

20 20 Aliran listrik ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak di dalam suatu penghantar. Arah arus listrik (I) yang timbul pada penghantar berlawanan arah dengan arah gerak elektron. Muatan listrik dalam jumlah tertentu yang menembus suatu penampang dari suatu penghantar dalam satuan waktu tertentu disebut sebagai kuat arus listrik. Kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir dalam kawat penghantar tiap satuan waktu. Jika dalam waktu t mengalir muatan listrik sebesar Q, maka kuat arus listrik I adalah: I = t Q (2.7) I = Kuat arus listrik (Coulomb / Sekon = ampere, A) Q = Muatan listrik (Coulomb) t = Waktu (sekon) Hambatan (R) adalah suatu yang menghambat aliran dari electron. Hambatan diukur dalam satuan Ohm (Ω). Dengan mengatur hambatan, akan dapat ditempatkan dalam rangkaian untuk mengontrol atau mengurangi aliran arus listrik. Terjadinya arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif dan aliran elektron dari kutub negatif ke kutub positif, disebabkan oleh adanya beda potensial antara kutub positif dengan kutub negatif, dimana kutub positif mempunyai potensial yang lebih tinggi dibandingkan kutub negatif. Jadi arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah, sedangkan aliran elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi.

21 21 Hubungan antara Tegangan listrik (V) dan Kuat arus listrik (I), terlihat pada hukum Ohm yang berbunyi: Besar kuat arus listrik dalam suatu penghantar berbanding langsung dengan beda potensial (V) antara ujung-ujung penghantar asalkan suhu penghantar tetap. Hasil bagi antara beda potensial (V) dengan kuat arus (I) dinamakan hambatan listrik atau resistansi (R) dengan satuan ohm ( ). Maka persamaannya dapat ditulis: R = I V (2.8) V = R x I (2.9) Usaha yang menunjukkan energi listrik yang ditransfer ke dalam elemen rangkaian adalah : dw = V dq = V I d t (2.10) Tranfer energi tiap satuan waktu disebut daya yang ditunjukkan dengan P. Pembagian persamaan 2.4 diatas dengan dt akan didapat kecepatan pengiriman energi pada rangkaian tersebut yaitu : dw = P = V I (2.11) dt 2.7 Rangkaian Listrik Rangkaian listrik adalah suatu kumpulan elemen atau komponen listrik yang saling dihubungkan dengan cara-cara tertentu dan paling sedikit mempunyai satu lintasan tertutup. Rangkaian listrik dibagi menjadi tiga: 1. Rangkaian seri

22 22 Elemen dalam suatu rangkaian dinamakan seri dengan yang lain jika sama lintasan aliran arus listrik melewati semua elemen pada rangkaian. 2. Rangkaian paralel Gambar 2.10 Dua elemen dirangkai seri Elemen dalam suatu rangkaian dinamakan paralel dengan yang lain jika lintasan lebih dari satu untuk aliran arus listrik melewati untuk melewati semua komponen dalam rangkaian. Gambar 2.11 Dua elemen dirangkai Paralel 3.Rangkaian Seri dan Paralel 1. Rangkaian seri-paralel Rangkaian kombinasi antara rangkaian seri dan rangkaian paralel. Gambar 2.12 Rangkaian kombinasi seri dan paralel 2. Rangkaian Paralel-seri Rangkaian kombinasi antara rangkaian paralel dengan rangkaian seri. Gambar 2.13 Rangkaian kombinasi paralel dan seri 2.8 Battery Isi Ulang Pb-Acid

23 23 Pada sistem tenaga photovoltaik sederhana membutuhkan battery sebagai pelengkap, battery digunakan sebagai tempat penyimpanan yang akan digunakan sebagai sumber energi untuk malam hari. Battery pada umumnya dapat dibagi menjadi 2: a. Battery Primer b. Battery Sekunder Battery primer adalah battery yang tidak bisa dipergunakan kembali, dibuang setelah penggunaan sedangkan battery sekunder adalah battery yang dapat dipergunakan kembali, juga dikenal sebagai accumulator/ aki. Baterry isi ulang adalah battery yang dapat kembali bermuatan penuh dengan penerapan energi listrik. Battery berasal dari beberapa bentuk berbeda yang menggunakan reaksi kimia yang berbeda. Battery berfungsi sebagai penyimpan energi dan berfungsi sebagai pelengkap dalam sistem energi yang diperbarui. Battery kering adalah sejenis battery asam timbal tertutup. Battery kering tidak menggunakan cairan untuk elektrolit atau asam akinya tapi sedikit seperti lem atau gel. Battery ini didesain untuk dapat disi ulang bebas perawatan atau pemeliharaan tidak tumpah. Battery memiliki unsur pengental yang ditambahkan ke elektrolit atau asam aki untuk menurunkan gerakan didalam kotak battery. Battery pada hakekatnya menyisihkan penguapan elektrolit. Pertumpahan biasanya terjadi pada battery sel basah, dan menaikkan lebih besar hambatan untuk temperatur, tekanan dan vibrasi ekstrim atau tertinggi.

24 24 Battery biasanya dinamakan juga batery recombinant, yang artinya bahwa saat oksigen normalnya dihasilkan di plat positif dalam semua battery asam timbal diserap oleh plat negatif. Ini membuat hasil dari hidrogen di plat negatif. Rekombinasi dari oksigen dan hidrogen menghasilkan air (H 2 O), yang mana menggantikan dalam battery. Karena itu, battery bebas perawatan, seperti tidak butuh pengairan, dan harus tidak pernah dibuka karena ini dapat menyebabkan battery beracun dengan penambahan okigen dari udara. Jika dibuka, sel kehilangan tekanan, dan udara luar akan meracuni plat dan menyebabkan ketidakseimbangan bahwa kehancuran reaksi kimia rekombinasi. Dalam battery, elektrolit tidak mengalir seperti cairan normal. Elektrolit memiliki ketetapan dan penampilan dari agar petroleum. Battery lebih kekurangan asam, memberikan lebih perlindungan untuk plat, karena itu battery ini lebih baik Perbedaan antara battery basah tradisional dan sel gel adalah sel basah tidak memiliki katup segel tertutup dengan tekanan tertentu, seperti battery basah tidak bekerja dalam prinsip rekombinasi. Battery basah memiliki elektrolit cair yang dapat menyebabkan korosi dan tumpah jika diangkat atau ditusuk. Karena itu, battery basah tidak dapat membawa udara tanpa kotak tertentu. Battery basah tidak dapat dikirim melalui pos atau parcel atau digunakan dekat alat elektronik yang sensitif. Battery basah hanya dapat dipakai posis tegak. Reaksi kimia pada battery Pb-acid

25 25 Pada aki kendaraan bermotor arus yang terdapat di dalamnya dinamakan dengan kapasitas aki yang disebut Ampere-Hour/AH (Ampere-jam). Contohnya untuk aki dengan kapasitas arus 45 AH, maka aki tersebut dapat mencatu arus 45 Ampere selama 1 jam atau 1 Ampere selama 45 jam. BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilakukan di Laboratorium Pusat MIPA Universitas Sebelas Maret Sub Lab Fisika dan lantai IV gedung MIPA baru mulai Desember 2005 sampai akhir Juni Alat dan Bahan Alat 1. Luxmeter digital 2. Multimeter digital

26 26 3. Panel sel surya plat datar silicon monokristal : dimensi (126 x 104 x 8 (mm )) = 20 Sel Surya 4. Lampu bohlam 100 Watt 5. Rechargeable Seal Battery Pb-Acid 6V,4.2Ah 6. Stop Watch 7. Termometer 8. Lampu reflector 12V/ 6W Bahan 1. Kabel penghubung Potensiometer (hambatan beban) B20K, B50K 3.3 Metode Penelitian Metode penelitian meliputi pengujian pengaruh sinar matahari terhadap keluaran masing-masing sel surya, pengujian karakteristik panel sel surya dalam ruang dengan di luar ruang, menentukan koefisien konversi pada kondisi standar (STC), merangkai panel sel surya menjadi modul sel surya dengan rangkaian seri paralel dan menganalisa perbandingan hasil tegangan dan arus serta daya yang didapat dari rangkaian seri, paralel, seri-paralel dan paralel-seri. Kemudian energi atau tegangan dan arus yang maksimum atau optimal dari rangkaian sel surya disimpan ke dalam battery 6V, 4,2Ah.

27 Prosedur Penelitian Tahapan penelitian meliputi persiapan dan pengujian alat dan bahan yang akan digunakan dalam penelitian, pengukuran nilai tegangan battery sesaat setelah dibeli, pengujian keluaran rangkaian panel sel surya dengan lampu bohlam 100Watt dan sinar matahari, pengukuran intensitas cahaya ynag sampai di permukaan panel sel surya, pengujian karakteristik rangkaian panel sel surya, dan pengujian penyimpanan energi rangkaian panel sel surya ke dalam battery Pb- Acid 6 V.4,2Ah. Gambaran umum langkah-langkah kerja dalam penelitian ini dapat di lihat pada gambar 3.1. Persiapan alat, bahan dan penyamaan skala alat ukur Menyusun rangkaian panel sel surya Rangkaian Seri Rangkaian Paralel Rangkaian Seri-paralel Rangkaian Paralel-seri Pengambilan data yang dihasilkan rangkaian panel sel surya Pengujian penyimpanan energi ke battery Pengambilan data lama penyimpanan energi yang masuk ke dalam battery Analisa data

28 28 Gambar 3.1 Diagram blok langkah-langkah penelitian Persiapan alat, bahan dan Penyamaan Alat Ukur Mengacu pada gambar 3.1 alat ukur yang digunakan pada penelitian ini adalah Luxmeter dan dua multimeter. Untuk mendapatkan alat ukur yang memiliki kesamaan dalam kemampuan pengukuran perlu adanya penyamaan skala dan penyamaan skala pada masingmasing alat ukur dengan memakai peralatan digital dengan menyamakan satuan yang akan digunakan pada tombol alat itu dengan mengukur power supply. Untuk luxmeter digital diujicobakan pada sinar matahari atau lampu dan untuk kedua multimeter, yang satu digunakan sebagai amperemeter dan yang satunya digunakansebagi voltmeter yang keduanya dikalibrasi dan diujicoba dengan mengukur nilai pada power supply sebelum dipakai untuk mendapatkan data penelitian penyamaan alat ukur diperlukan, begitu pula dalam mendapatkan data yang lain.

29 29 Gambar 3.2 Pengujian luxmeter dengan sinar matahari dan lampu bohlam 100 watt Pengukuran intensitas dilakukan untuk mengetahui besarnya intensitas cahaya yang mengenai permukaan panel sel surya. Pemasangan probe luxmeter tegak lurus terhadap arah datangnya cahaya seperti pada gambar 3.2. hal itu dilakukan untuk mengetahui intensitas maksimum yang dihasilkan oleh sumber cahaya. Dari langkah-langkah tersebut diketahui bahwa intensitas cahaya yang dihasilkan oleh sumber cahaya bernilai maksimum pada posisi tegak lurus terhadap datangnya cahaya. Dimana jarak antara permukaan panel sel surya dan lampu bohlam 100Watt adalah 20 cm Menyusun Rangkaian dan Menguji karakteristik Rangkaian Panel Sel Surya Mengacu pada gambar 3.1 menyusun dan pengambilan data berdasarkan pengujian karakteristik panel sel surya memerlukan sumber cahaya dengan intensitas yang konstan, sedangkan besarnya intensitas cahaya matahari sangat tidak konstan sehingga pengujian karakteristik sel surya dilakukan dengan lampu bohlam 100Watt. Alat yang digunakan adalah voltmeter dan amperemeter. Bentuk rangkaian pengujian karakteristik panel sel surya dan rangkian panel sel surya dapat dilihat pada gambar berikut :

30 30 Dalam mendapatkan data kararakteristik panel sel surya mula-mula satu panel sel surya diukur dengan voltmeter dan ammeter seperti gambar 3.3. setelah itu beberapa panel sel surya disusun rangkaian seri terlebih dahulu seperti pada gambar 2.1 dan dalam mendapatkan karakteristik panel sel surya maka dalam yang disusun seri terlebih dahulu adalah dua panel sel surya kemudian tiga sel panel surya selanjutnya sampai banyaknya panel sel surya maksimal 10 panel sel surya yang digunakan dalam penelitian. Gambar 3.3 Pengujian karakteristik rangkaian penel sel surya bohlam 100 watt Seperti pada pengujian luxmeter digital dengan lampu bohlam maka pada pengujian karakteristik panel dan rangkaian panel sel surya diletakkan dibawah lampu dengan jarak 20 cm. Gambar 3.4 Rangkaian pengujian karakteristik untuk rangkaian dua paralel dan tiga seri panel sel surya

31 Pengambilan Data Dalam mengambil data sumber cahaya yang digunakan sebagai pengganti sinar matahari adalah lampu dengan intensitas dan daya yang hampir menyamai intensitas dan daya yang dimiliki oleh sinar matahari yakni lampu bolam 100Watt Pada penelitian ini dilakukan pengambilan data keluaran karakteristik panel sel surya dan rangkaian panel sel surya dengan beberapa bentuk rangkaian. Hal yang perlu diperhatikan untuk mendapatkan perbandingan keluaran yang benar setelah diketahui masing-masing rangkaian panel sel surya mempunyai respon keluaran masing-masing adalah cara pengambilan data. Rangkaian pengukuran keluaran karakteristik panel sel surya dan rangkaian panel sel surya yang masing-masing telah dihubungkan dengan dua buah multimeter yang satu bersifat voltmeter dan satunya amperemeter. Pengukuran daya dilakukan dengan hasil tegangan dan arus yang telah diperoleh dari pengambilan data, karena daya merupakan faktor perkalian antara arus dan tegangan. Keluaran yang terukur adalah keluaran daya yang melewati potensiometer. Setelah pengambilan data dengan rangkaian seri kemudian dilanjutkan dengan rangkaian paralel, seperti halnya waktu merangkai seri pada rangkaian pararel seperti pada gambar 2.2 dan terlebih dahulu dua panel sel surya, tiga panel sel surya sampai sepuluh panel sel surya yang ada disusun secara pararel. Diambil

32 32 data keluarannya, juga pada saat rangkaian antara seri dan pararel dirangkai jadi satu rangkaian. Setelah diambil data keluarannya, dibandingkan hasilnya Pada pengambilan data dengan rangkaian seri-pararel yaitu dirangkai seri terlebih dahulu baru dipararel, yang dirangkai adalah dimulai dengan tiga panel sel surya sampai sepuluh panel sel surya. Dimulai lagi untuk pengambilan data panel sel surya yang dirangkai pararel-seri dengan cara merangkai kebalikan dari seri-pararel yaitu terlebih dahulu dirangkai seri baru setelah itu dipararel. Pada saat pengambilan data, satu dan beberapa panel diletakkan pada tempat yang berdekatan dan memiliki ketinggian atau jarak antara lampu dan rangkaian panel sel surya yang diusahakan sama, serta diukur pada saat waktu yang telah ditentukan Pengujian Penyimpanan Energi ke Battery Pb-Acid Battery yang telah disediakan diukur tegangannya dengan multimeter untuk mengetahui tegangan maksimal yang dimiliki oleh battery. Kemudian battery dikosongkan, diukur dengan multimeter untuk mengetahui isi battery telah kosong untuk nantinya diisi dengan energi yang didapat dari rangkaian panel sel surya. Penggunaan battery sebagai elemen penyimpan energi yang didapatkan dalam berbagai aplikasi rangkaian panel sel surya sangat penting. Penyimpanan energi listrik dari rangkaian seri panel sel surya yang umumnya terdiri dari rangkaian panel sel surya memerlukan waktu yang sangat lama karena arus sangat kecil walaupun tegangan yang dihasilkan sangat besar.

33 33 Di dalam pengujian ini dilakukan proses penyambungan rangkaian panel sel surya dengan battery. Dimana battery yang dipakai adalah yang memiliki label 6 V 4,2 AH dalam penyambungan ini nilai range dari tegangan atau voltase dan arus listrik diperhatikan antara yang dihasilkan oleh rangkaian panel sel surya dengan nilai tegangan atau voltase dan arus listrik yang battery dapat terima. Dapat diperoleh data energi yang dapat disimpan oleh battery per jamnya. Waktu pengisian battery dapat dipersingkat dua kali bila arusnya diperbesar dua kali lipat. Proses pengisian battery dapat dilakukan tanpa menggunakan pengontrol arus. Rangkaian terdiri dari beberapa buah panel sel sel surya, paling banyak sepuluh buah panel sel surya. Data pertama pengujian battery yaitu 6V 4,2Ah, dihubungkan dengan satu panel sel surya atau tunggal, data kedua dengan dua panel sel surya yang dirangkai seri, dan seterusnya sampai dengan rangkaian pararel-seri hingga mendapatkan rangkaian panel sel surya yang bagaimana yang paling cepat mengisi battery 6V, 4.2Ah. Kutub positif panel sel surya dihubungkan dengan kutub positif battery dan kutub negatif panel sel surya dihubungkan dengan kutub negatif battery. Data yang diambil dalam tahap ini adalah berupa kenaikan tegangan pada battery dalam jangka waktu yang ditentukan. Akan dibandingkan lama pengisian battery oleh masing-masing rangkaian panel sel surya satu dengan yang lain. Dari nilai efisiensi konversi energi yang dikumpulkan oleh battery per jam dapat diketahui apakah battery dapat memenuhi kebutuhan sehari-hari atau

34 34 membantu memenuhi kebutuhan sehari-hari dengan dapat menghidupkan atau digunakan salah satu peralatan yang dipakai atau dibutuhkan sehari-hari. BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Pada bab ini akan dipaparkan hasil penelitian yang mencakup hasil pengujian karakteristik panel sel surya, hasil pengujian keluaran rangkaian seri, pararel, seri-pararel dan pararel-seri panel sel surya, hasil pengujian timer penyimpanan energi ke aki kering, seperti yang telah dilakukan pada bab III Hasil Pengujian Karakteristik Tegangan- Arus (V-I) Panel Sel Surya Hasil pengujian kararkterstik panel sel surya dapat ditampilkan dalam hubungan tegangan seperti gambar 4.1 Grafik Tegangan vs Arus untuk Satu Panel Sel Surya Arus (ma) Tegangan (volt) Gambar 4.1 Grafik tegangan-arus hasil pengujian karakteristik panel sel surya.

35 35 Arus rangkaian pendek atau I sc (short circuit current) terjadi pada saat tegangan panel sel surya dengan nol. Besarnya nilai I sc pada pengukuran ini adalah 25mA. Tegangan rangkaian terbuka atau V oc (open circuit voltage) terjadi pada saat arus sel surya sama dengan nol. Besarnya nilai V oc pada pengujian ini adalah 9.56 volt. 34 Pada pengujian ini intensitas cahaya yang mengenai panel sel surya adalah 63,09 Watt/m 2 yang dihasilkan lampu bohlam 100 Watt. Nilai titik daya maksimum atau MPP (maximum power point) adalah mwatt terjadi pada saat V MPP = 7.2 volt dan I MPP = 21 ma. Dengan menggunakan persamaan 2.3 didapatkan efisiensi panel sel surya adalah sebesar %. Tabel 4.1 Tabel karakteristik panel sel surya Item Air mass 1.5 T = 25 C V MPP 7.2 Volt I MPP 21 ma P MPP mwatt Isc 25 ma Voc 9.56 Volt Dari gambar 4.1 dapat dilihat karakteristik sel surya yaitu semakin besar nilai tegangan maka arus yang mengalir semakin kecil. Karakteristik tersebut berbeda dengan sumber tegangan (voltage source) maupun sumber arus (current Source). Sumber tegangan yang ideal akan memberikan tegangan yang konstan ketika diberikan beban yang bervariasi dan sumber arus yang ideal akan memberikan arus yang konstan ketika diberikan beban yang bervariasi. Dengan demikian sel surya tidak biasa disebut sebagai sumber tegangan maupun sumber arus.

36 Hasil Pengujian Karakteristik Tegangan-Arus (V-I) Rangkaian Seri Panel Sel Surya Hasil pengujian karakteristik rangkaian untuk beberapa panel sel surya yang disusun secara seri dapat ditampilkan pada grafik dalam gambar 4.2. Grafik Karakteristik untuk Rangkaian Seri Panel Sel Surya Arus (ma) panel 4 panel 5 panel 7 panel 6 panel 9 panel 10 panel 0 1 panel 3 panel 8 panel Tegangan (Volt) Gambar 4.2 Grafik tegangan- arus hasil pengujian karakteristik rangkaian seri panel sel surya Terlihat bahwa semakin bertambahnya panel sel surya yang dirangkai seri maka semakin besar atau bertambah pula nilai tegangan V oc (open circuit voltage) yang diperoleh saat rangkaian seri panel sel surya terkena sinar matahari, sedang untuk arus I sc (short circuit current) terlihat bahwa arus mangalami penurunan nilai yang sangat sedikit tiap penambahan panel sel surya ke dalam rangkaian. Dapat dilihat pada masing-masing data yang telah dibuat menjadi grafik untuk dilihat nilai V oc (open circuit voltage) dan I sc (short circuit current) serta nilai titik daya maksimum atau MPP (maximum power point) untuk masing-masing rangkaian seri. Hasil pengujian karakteristik rangkaian untuk beberapa panel sel surya yang disusun secara seri dapat ditampilkan seperti pada tabel 4.2. Tabel 4.2 Tabel karakteristik rangkaian seri panel sel surya

37 37 Rangkaian Seri Isc Voc P Mpp η NO Panel Surya (ma) (Volt) (mw) 1 1 panel surya % 2 2 panel surya % 3 3 panel surya % 4 4 panel surya % 5 5 panel surya % 6 6 panel surya % 7 7 panel surya % 8 8 panel surya % 9 9 panel surya % panel surya % Pada pengujian untuk satu panel sel surya terlihat bahwa arus rangkaian pendek atau I sc (short circuit current) terjadi pada saat tegangan rangkaian seri dua panel sel surya dengan nol. Tegangan rangkaian terbuka atau V oc (open circuit voltage) terjadi pada saat arus rangkaian seri dua panel sel surya sama dengan nol. Dalam rangkaian seri panel sel surya bekerja pula prinsip rangkaian listrik yaitu bekerja seperti hambatan yang dihubungkan secara seri, dengan bertambahnya jumlah panel yang ada dalam rangkaian maka semakin besar hambatan yang ada dalam rangkaian seri panel sel surya. Karenanya mempengaruhi nilai arus yang diperoleh rangkaian panel sel surya, semakin besar nilai hambatan semakin kecil nilai arus yang diperoleh. Nilai titik daya maksimum atau MPP (maximum power point) yang dimiliki oleh rangkaian seri terlihat semakin besar bersamaan dengan bertambahnya panel sel surya yang berada dalam rangkaian, dalam data tabel 4.2 yang berasal dari gabungan data karakteristik rangkaian seri terlihat bahwa pada jumlah panel sel surya terbanyak yaitu sepuluh sel surya yang dirangkai seri memiliki keluaran daya maksimum atau P Mpp yang paling besar diantara rangakain seri yang lain, yaitu sebesar mw, dengan nilai tegangan paling

38 38 besar dan arus paling kecil diantara rangkaian seri dengan jumlah panel sel surya yang lain. Pada tabel 4.2 ditunjukkan bahwa masing-masing rangkaian seri dengan jumlah panel yang berbeda-beda mempunyai nilai efisiensi yang didapatkan dengan persamaan 2.8. Pada beberapa nilai efisiensi yang didapatkan untuk rangkaian seri adalah berkisar kurang lebih 15 hingga 21 %, ini berarti dari seluruh energi matahari yang diterima oleh rangkaian seri panel sel surya hanya berkisar 15 hingga 21persen energi matahari saja yang dapat diubah menjadi energi listrik. Nilai efisiensi sangat dipengaruhi oleh nilai daya maksimum yang dimiliki oleh rangkaian, banyaknya intensitas cahaya matahari yang dapat diterima oleh panel surya dalam rangkaian dan jumlah panel surya yang terdapat dalam rangkaian. 4.3 Hasil Pengujian Karakteristik Tegangan-Arus (V-I) Rangkaian Paralel Panel Sel Surya Hasil pengujian karakteristik rangkaian untuk beberapa panel sel surya yang disusun secara pararel dapat ditampilkan seperti pada gambar 4.3. Dalam rangkaian paralel ini, seperti pada rangkaian seri panel sel surya bekerja dengan prinsip rangkaian listrik dimana tiap panel sel surya memiliki hambatan dalam. Setiap penambahan panel sel surya maka hambatan pada rangkaian paralel panel sel surya semakin kecil. Semakin kecil nilai hambatan dalam rangkaian maka nilai arus yang diperoleh rangkaian paralel panel sel surya semakin besar.

39 39 Grafik Kararkteristik untuk Rangkaian Paralel panel Sel Surya Arus (ma) panel 9 panel 8 panel 7 panel 6 panel 5 panel 4 panel 3 panel 2 panel 1 panel Tegangan (Volt) Gambar 4.3 Grafik tegangan- arus hasil pengujian karakteristik rangkaian paralel panel sel surya Terlihat bahwa semakin bertambahnya panel sel surya yang dirangkai paralel maka semakin kecil atau berkurang nilai tegangan V oc (open circuit voltage), sedang untuk arus I sc (short circuit current) terlihat bahwa arus mangalami kenaikan nilai tiap penambahan panel sel surya ke dalam rangkaian, sehingga dapat dilihat pada masing-masing data yang telah dibuat menjadi grafik untuk dilihat nilai V oc (open circuit voltage) dan I sc (short circuit current) serta nilai titik daya maksimum atau MPP (maximum power point) untuk masing-masing rangkaian paralel. Hasil pengujian karakteristik rangkaian untuk beberapa panel sel surya yang disusun secara paralel dapat ditampilkan seperti pada tabel 4.4. NO Tabel 4.3 Tabel karakteristik rangkaian paralel panel sel surya Rangkaian Paralel Panel Surya 1 1 panel surya 2 2 panel surya 3 3 panel surya 4 4 panel surya 5 5 panel surya Isc Voc (ma) (Volt) P Mpp (mw) η % 17.62% 15.64% % %

40 panel surya 7 7 panel surya 8 8 panel surya 9 9 panel surya panel surya % 16.41% 15.62% 16.36% 15.9 % Pada pengujian karakteristik untuk rangkaian paralel panel sel surya diperoleh dengan menggunakan prinsip rangkaian seri panel sel surya dimana yang berbeda adalah susunan sambungan masing-masing panel dan terlihat pada tabel bahwa arus rangkaian pendek atau I sc (short circuit current) terjadi pada saat tegangan rangkaian paralel dua panel sel surya dengan nol. Besarnya nilai I sc pada pengukuran untuk rangkaian paralel dua panel sel surya adalah 49.8 ma, lebih besar daripada I sc yang dihasilkan oleh satu panel sel surya dan dua panel sel surya yang dirangkai seri. Dalam tabel hasil pengujian rangkaian paralel untuk dua sampai sepuluh panel sel surya terlihat memiliki arus rangkaian pendek atau I sc (short circuit current) lebih besar daripada I sc yang dimiliki oleh satu panel sel surya, serta nilai arus I sc yang dihasilkan oleh rangkaian paralel lebih besar daripada nilai arus I sc yang dimiliki rangkaian dua seri panel sel surya. Tegangan rangkaian terbuka atau V oc (open circuit voltage) terjadi pada saat arus rangkaian paralel dua panel sel surya sama dengan nol. Besarnya nilai V oc pada pengujian ini adalah 9.46 volt, lebih kecil dari pada nilai V oc yang dihasilkan oleh satu panel sel surya dan juga lebih kecil daripada nilai V oc dua panel sel surya yang dirangkai seri. Dapat dilihat dari tabel bahwa nilai dari tegangan rangkaian terbuka atau V oc (open circuit voltage) yang dihasilkan oleh rangkaian paralel untuk Dua sampai sepuluh panel sel surya lebih kecil daripada nilai V oc yang didapatkan oleh satu panel sel surya, kecuali rangkaian pararel empat panel sel surya yang menghasilkan nilai V oc 9.63 volt.

41 41 Bisa dikatakan antara nilai V oc, I sc, V Mpp, dan I Mpp yang diperoleh rangkaian seri dan paralel berbanding terbalik. Dan dapat diketahui dari data yang dihasilkan penelitian ini rangkaian paralel dari keseluruhan panel sel surya memiliki nilai titik daya maksimum atau MPP (maximum power point) yang paling tinggi nilainya adalah nilai titik daya maksimum atau MPP (maximum power point) milik rangkaian paralel sepuluh panel sel surya yaitu sebesar mw. Data yang dihasilkan oleh rangkaian seri dan rangkaian paralel panel sel surya dapat dibandingkan dari daya maksimum rangkaian seri memiliki hasil lebih tinggi daripada daya maksimum rangkaian paralel. Bila dilihat dari teori seharusnya daya yang dihasilkan dari rangkaian seri dan paralel adalah sama, untuk jumlah panel dalam rangkaian dan yang berbeda hanya nilai arus dan tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian seri dan paralel yaitu untuk rangkaian seri menghasilkan tegangan lebih besar daripada yang dihasilkan rangkaian paralel, sebaliknya arusnya lebih kecil daripada yang dihasilkan rangkaian paralel untuk jumlah panel sel surya yang sama. Oleh karena itu, kemungkinan terjadinya perbedaan antara perkiraan teori dan hasil penelitian adalah dikarenakan temperatur ruang yang mempengaruhi nilai arus dan tegangan. Kemungkinan juga dikarenakan susunan rangkaian memiliki perbedaan sudut antara lampu dan tiap panel dalam pengambilan data. Untuk nilai-nilai efisiensi yang diperoleh rangkaian paralel berkisar 15 hingga 18 %, sehingga untuk rangkaian paralel dari keseluruhan sinar matahari yang diterima oleh rangkaian hanya 15 hingga 18 persen saja yang dapat diubah

42 42 menjadi energi listrik. Jika dibandingkan dengan rangkaian seri, efisiensi yang dimiliki oleh rangkaian paralel lebih kecil. Pada rangkaian seri dan rangkaian parallel, jika dilihat untuk nilai efisiensi juga dipengaruhi oleh nilai daya maksimum yang dimiliki oleh rangkaian, banyaknya intensitas cahaya matahari yang dapat diterima oleh panel surya dalam rangkaian dan jumlah panel surya yang terdapat dalam rangkaian. 4.4 Hasil Pengujian Karakteristik Tegangan-Arus (V-I) Rangkaian Seri-paralel Panel Sel Surya Pada grafik 4.4 terlihat bahwa rangkaian seri-paralel untuk panel sel surya hanya bisa dilakukan oleh lebih dari dua panel sel surya, karena untuk dua panel sel surya hanya bisa diseri atau paralel saja tidak bisa dikombinasikan. Dalam grafik terlihat bahwa arus rangkaian pendek atau I sc (short circuit current) yang diperoleh semakin kecil nilainya dengan bertambahnya panel sel surya yang digabung ke dalam rangkaian seri-paralel. Grafik Karakteristik untuk Rangkaian Seri-paralel Panel Sel surya Arus (ma) panel 7 panel 3 panel 5 panel 4 panel9 panel 8 panel10 panel Tegangan (Volt) Gambar 4.4 Grafik tegangan- arus hasil pengujian karakteristik rangkaian seri-paralel panel sel surya

43 43 Nilai untuk tegangan rangkaian terbuka atau V oc (open circuit voltage) mengalami kenaikan nilai dengan bertambahnya panel sel surya yang digabung ke dalam rangkaian seri paralel, jadi dapat dikatakan pada rangkaian seri-paralel antara nilai I sc dengan nilai V oc berbanding terbalik. Dalam data pada tabel 4.4 pengujian karakteristik untuk rangkaian seri paralel ini didapatkan arus rangkaian pendek atau I sc (short circuit current) pada rangkaian seri-paralel untuk tiga panel sel surya hasilnya dua kali lebih besar daripada yang dihasilkan rangkaian seri untuk tiga panel sel surya. Namun membandingkan dengan rangkaian paralel maka terlihat bahwa rangkaian seripararlel memiliki arus I sc lebih kecil daripada rangkaian paralel. Tabel 4.4Tabel karakteristik rangkaian seri-paralel panel sel surya Rangkaian Seri-paralel Isc Voc P Mpp η NO Panel Surya (ma) (Volt) (mw) 1 3 panel surya % 2 4 panel surya % 3 5 panel surya % 4 6 panel surya % 5 7 panel surya % 6 8 panel surya % 7 9 panel surya % 8 10 panel surya % Tegangan rangkaian terbuka atau V oc (open circuit voltage) untuk rangkaian seri-paralel lebih besar nilainya daripada nilai V oc yang dihasilkan rangkaian paralel tapi lebih kecil dari pada nilai V oc yang dihasilkan oleh rangkaian seri.