PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC DI WILAYAH PURWOKERTO HALAMAN JUDUL SKRIPSI Skripsi diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro Disusun Oleh : MAULDIAN WIDODO 1203030006 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO 2017 i
INTISARI Pemanfaatan energi matahari dalam pembangkitan energi listrik telah banyak dilakukan dengan menggunakan panel sel surya, namun panel sel surya yang terpasang selama ini masih bersifat statis (tidak mengikuti pergerakan matahari). Untuk mengatasi keterbatasan pada panel surya yang statis, maka akan dilakukan pengujian panel sel surya yang dapat mengikuti pergerakan matahari menggunakan perhitungan lintang, sudut deklinasi, sudut jam matahari, sudut azimuth matahari, dan sudut kemiringan dengan mengubah posisi kemiringan panel surya (photovoltaic) mengikuti pergerakan matahari sesuai perhitungan. Parameter yang diukur pada saat pengujian berupa arus hubung singkat (Isc), tegangan rangkaian terbuka (Voc) dan daya keluaran (Pout). Kemudian membandingakan berapa nilai arus hubung singkat (Isc), tegangan rangakian terbuka (Voc), dan daya keluaran (Pout) pada panel surya (photovoltaic) saat posisi mengikuti arah pergerakan matahari dengan panel surya saat posisi horizontal. Dari hasil pengujian panel surya (photovoltaic) yang telah dilakukan, sudut optimal yang diukur di wilayah Purwokerto berkisar antara -22 sampai 0, pada pukul 11:00 sampai dengan 12:00 dan daya yang dihasilkan sebesar 42,6 Watt hingga 46,5 Watt. Panel surya mengikuti pergerakan arah matahari menghasilkan nilai yang lebih besar dibandingan panel surya dengan posisi horisontal (diam), hal ini dikarenakan panel surya saat mengikuti arah pergerakan matahari akan selalu memposisikan menghadap matahari sehingga akan tetap dapat menangkap pancaran matahari secara maksimal. Kata kunci: Panel surya(photovoltaic), sudut deklinasi, sudut jam matahari, sudut azimuth matahari, slope. v
ABSTRACT Utilization of solar energy in electric energy generation have been carried out by using solar cell panels, but solar cell panels are installed for this is still to be static (not following the movement of the sun). To overcome the limitations of static solar cell panels, then at the end of this research task will be designed solar cell panels Tht can follow the movement of the sun by using calculations of latitude, declination angle, sunlight angle, solar azimuth angle, and slope angle by changing the position of the solar panels (photovoltaic) following the movement of the sun According to calculation. The parameters measured during the test are short circuit current (Isc), open circuit voltage (Voc) and output power (Pout). Then compare the value of short circuit current (Isc), open range voltage (Voc), and output power (Pout) on solar panel (photovoltaic) when the position following the direction of movement of the sun with solar cell panel when horizontal position. Ftom the result of testing solar cell panel have been done, the optimum angle measured in Purwokerto ranged from -22 to 0, at 11:00 to 12:00 and the power generated by 42.6 Watt to 46.5 Watt. Solar panels follow the direction of the sun resulting in greater value compared to solar panels with horizontal position (silent), this is because solar panels when following the direction of the movement of the sun will always positioned facing the sun so it will still be able to capture the radiation of the sun to the fullest. Keyword: Solar panel (photovoltaic), declination angle, sunlight angle, sun azimuth angle, slope. vi
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, hidayah dan inayah-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini pada waktu yang telah ditetapkan. Tidak lupa shalawat dan salam penulis panjatkan kepada junjungan agung Nabi Muhammad SAW serta kepada para sahabat, keluarga serta umatnya sampai di akhir zaman. Penulisan skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar sarjana pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto. Judul yang penulis ajukan adalah Pengujian Sudut Kemiringan Optimal Photovoltaic Diwilayah Purwokerto. Penulis menyadari bahwa keberhasilan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-nya, sehingga dapat menyelesaikan skripsi. 2. Keluarga, Bapak Didik Darmanto, Ibu Badariyah yang selalu memberikan semangat, memberikan dukungan serta selalu mendoakan selama melaksanakan skripsi. 3. Bapak Winarso selaku Ketua Program Studi yang selalu memberi dukungan kepada mahasiswanya. 4. Bapak Arif Johar Taufiq sebagai pembimbing yang selalu memberi masukan dalam pelaksanaan skripsi. vii
5. Bapak Itmi Hidayat Kurniawan sebagai pembimbing yang sudah berpengalaman memberi banyak ilmu dari awal hingga akhir pelaksanaan skripsi. 6. Staf TU yang membantu dalam hal administratif. 7. Teman-teman mahasiswa Teknik Elektro angkatan 2012, angkatan 2013, angkatan 2014, angkatan 2015 yang selalu menyemangati. viii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... ii HALAMAN PERNYATAAN... iii HALAMAN PENGESAHAN... iv INTISARI... v ABSTRACT... vi KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR TABEL... xv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 3 1.4 Tujuan Penelitian... 4 1.5 Manfaat Penulisan...4 1.6 Metode Penulisan... 5 1.7 Sistematika Penulisan...5 BAB II DASAR TEORI... 8 2.1 Tinjauan Pustaka... 8 2.2 Distribusi Radiasi Matahari... 9 2.3 Radiasi Matahari Pada Permukaan Bumi... 10 ix
2.4 Pengaruh Posisi Panel Surya (Photovoltaic) terhadap pergerakan arah matahari......12 2.5 Pengaruh Revolusi Bumi...16 2.6 Photovoltaic (PV)... 18 2.6.1 Prinsip Kerja Panel Surya (Photovoltaic)... 20 2.6.2 Jenis Solar Cell... 25 2.6.2.1 Silikon Crystalline... 25 2.6.2.2 Teknologi Sel Film Tipis... 27 2.6.3 Sifat-sifat Elektrik pada Photovoltaic... 29 2.6.4 Karakteristik dari Photovoltaic... 31 2.7 Karakteristik Tegangan-Arus Pada Photovoltaic...32 2.8 Daya Dan Efisiensi Pada Photovoltaic...33 2.11 Fill Factor (FF)...34 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 37 3.1 Diagram Alir Penelitian... 37 3.2 Jalan Penelitian... 38 3.2.1 Tahap Persiapan... 38 3.2.2 Tahap Pengujian... 38 3.2.3 Tahap Pengolahan Data...39 3.3 Metode Pengumpulan Data...40 3.4 Data Teknis Peralatan Photovoltaic dan Alat Ukur Yang Dipakai...40 BAB IV ANALISA DATA... 43 4.1 Perhitungan Letak Geografis Sebelum Melakukan Pengujian Photovoltaic... 43 x
4.2 Grafik Data Hasil Pengujian Panel Surya Mengikuti Pergerakan Arah Matahari... 47 4.3 Perbandingan Hasil Pengujian Panel Surya Posisi Mengikuti Arah Matahari Degan Panel Surya Posisi Horisontal... 54 4.4 Perbandingan Hasil Pengujian Panel Surya... 58 4.4.1 Perbandingan Tegangan Panel Surya (Voc)... 58 4.4.2 Perbandingan Arus Hubing Singkat Panel Surya (Isc)... 59 4.4.3 Perbandingan Daya Keluaran Panel Surya (Pout)... 60 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 61 5.1 Kesimpulan... 61 5.2 Saran... 63 DAFTAR PUSTAKA... 64 LAMPIRAN xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Distribusi Radiasi Matahari Sampai Kepermukaan Bumi...10 Gambar 2.2 Beberapa Sudut Penting Energi Surya...15 Gambar 2.3 Pergerakan Bumi Mengelilingi Matahari...16 Gambar 2.4 Contoh Sel Photovoltaic...20 Gambar 2.5 Struktur Kristal Silikon Dan Konduktivitas Intrinsik...21 Gambar 2.6 Konduksi Ekstrinsik pada Silikon n-doped dan p-doped...22 Gambar 2.7 Pembentukan Daerah Muatan Ruang pada Sambungan p-n melalui Difusi Elektron dan Lubang...23 Gambar 2.8 Proses Pembangkit Energi Listrik Pada Sebuah Photovoltaic...24 Gambar 2.9 Sel Surya Monocrystalline...26 Gamabr 2.10 Lapisan Polycristalline tanpa Pelapisan AR dan Lapisan Polycristalline dengan Pelapisan AR...27 Gambar 2.11 Struktur Lapisan Sel Amorphous...28 Gambar 2.12 Pengaruh Iradiasi, E pada Karakteristik I-V dari Sel Surya...29 Gambar 2.13 Kemampuan Photovoltaic Pada Beberapa Variasi Temperaatur Dengan Irradiance 1000 Watt/m 2...30 Gambar 2.14 Karakteristik Tegangan Arus dan Kurva Daya...32 Gambar 2.15 Karakteristik Tegangan-Arus pada Silikon Photovoltaic...33 Gambar 2.16 Faktor pengisian dari Panel Surya...35 xii
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian panel surya...37 Gambar 3.2 Skema Pengukuran Panel Surya...39 Gambar 4.1 Grafik Hubungan Sudut Jam Matahari Terhadap Waktu...47 Gambar 4.2 Grafik Hubungan Sudut Azimuth Matahari Terhadap Waktu...48 Gambar 4.3 Grafik Hubungan Sudut Kemiringan Panel Surya Terhadap Waktu...49 Gambar 4.4 Grafik Hubungan intensitas cahaya matahari terhadap waktu...50 Gambar 4.5 Grafik Hubungan Arus Hubung Singkat terhadap waktu...51 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Tegangan Rangkaian Terbuka (Voc) Terhadap Waktu...52 Gambar 4.7 Grafik Hubungan Daya Keluaran Terhadap Waktu...53 Gambar 4.8 Grafik perbandingan arus hubung singkat terhadap waktu...54 Gambar 4.9 Grafik Perbandingan Tegangan Rangkaian Terbuka Terhadap Waktu...55 Gambar 4.10 Grafik Perbandingan Daya Keluaran Terhadap Waktu...57 Gambar 4.11 Perbandingan Tegangan (Voc) dari data percobaan 1, percobaan 2, dan perconaan 3...58 Gambar 4.12 Perbandingan Arus Hubung Singkat (Isc) Dari Data Percobaan 1, Percobaan 2, Percobaan 3...59 Gambar 4.13 Perbandingan Daya Keluaran (Pout) Dari Percobaan 1, Percobaan 2, Percobaan 3...60 xiii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Data Acuan Untuk Menentukan Sudut Deklinasi Dalam Bulan...15 Tabel 2.2 Perbandingan Efisiensi Material Bahan Pembuat Photovoltaic...28 xiv