SKRIPSI PERFORMANSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA MENGGUNAKAN CERMIN TERPUSAT PADA BERBAGAI VARIASI SUDUT KEMIRINGAN PANEL SURYA Oleh : IDA BAGUS MADE ARI CANDRA NIM : 0704305033 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2012
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN UNIVERSITAS UDAYANA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN Kampus Bukit Jimbaran Telp/Faks: 0361-703321, Email; mesin@me.unud.ac.id LEMBAR PENGESAHAN PERFORMANSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA MENGGUNAKAN CERMIN TERPUSAT PADA BERBAGAI VARIASI SUDUT KEMIRINGAN PANEL SURYA Skripsi ini diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan Studi Strata Satu dan Memperoleh Gelar Sarjana di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana Oleh: Nama : Ida Bagus Made Ari Candra Nim : 0704305033 Konsentrasi : Konversi Energi Telah Diuji Dalam Ujian Skripsi Hari/Tanggal : Jumat / 29 Juni 2012 Telah Disahkan Oleh: Pembimbing I Pembimbing II (Ir. Made Suarda, M.Eng) NIP.19650326 199003 1 002 (I Made Dwi Budiana P, M.MT) NIP. 19770613 2003 12 1 003 Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana (I Nyoman Suprapta Winaya, ST., MASc, PhD) NIP. 19691231 199412 1 001 i
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN UNIVERSITAS UDAYANA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN Kampus Bukit Jimbaran Telp/Faks: 0361-703321, Email; mesin@me.unud.ac.id LEMBAR PERSETUJUAN PERFORMANSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA MENGGUNAKAN CERMIN TERPUSAT PADA BERBAGAI VARIASI SUDUT KEMIRINGAN PANEL SURYA Skripsi ini diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan Studi Strata Satu dan Memperoleh Gelar Sarjana di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana Oleh: Nama : Ida Bagus Made Ari Candra Nim : 0704305033 Konsentrasi : Konversi Energi Telah Disetujui dan Diuji Dalam Ujian Skripsi Hari/Tanggal : Jumat / 29 Juni 2012 Pembimbing I Pembimbing II (Ir. Made Suarda, M.Eng) NIP.19650326 199003 1 002 (I Made Dwi Budiana P, M.MT) NIP. 19770613 2003 12 1 003 Penguji I Penguji II (Dr. Ir. Wayan Surata, M.Erg) NIP. 19580705 198511 1 001 (Prof. Dr. Ir. I Gst. Bgs. Wijaya Kusuma) NIP. 19700607 199303 1 002 Penguji III (Ketut Astawa, ST., MT) NIP. 19660607 199703 1 001 ii
PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya, juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Bukit Jimbaran, 19 Juli 2012 Mahasiswa Materai Rp 6000,- Ida Bagus Made Ari Candra NIM. 0704305033 iii
PERFORMANSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA MENGGUNAKAN CERMIN TERPUSAT PADA BERBAGAI VARIASI SUDUT KEMIRINGAN PANEL SURYA Oleh Dosen Pembimbing : Ida Bagus Made Ari Candra : Ir. Made Suarda, M.Eng : I Made Dwi Budiana P. ST. MMT ABSTRAK Potensi energi terbarukan seperti energi surya merupakan tekhnologi energi yang ramah lingkungan. Untuk memanfaatkan potensi energi surya tersebut maka ada dua teknologi yang sudah diterapkan, yaitu energi thermal dan photovoltaic. Energi surya photovoltaic yang merupakan pembangkitan radiasi matahari menjadi energi listrik dalam bentuk solar house system. Untuk membangkitkan energi listrik dari modul surya tersebut agar performansi pembangkit listrik tenaga surya yang maksimal perlu diketahui posisi atau kemiringan panel sel surya tersebut. Pada penelitian ini menggunakan media cermin terpusat dengan memvariasikan sudut kemiringan panel surya. Penelitian ini bertujuan untuk dapat mengetahui posisi kemiringan panel yang tepat sehingga dapat menghasilkan daya output sel surya yang maksimal. Dalam pengujian ini dilakukan pada saat cuaca cerah, dengan mengatur sudut kemiringan panel pada sudut (θ) : 70 0, 80 0, 90 0, 100 0, dan 110 0 Berdasarkan hasil penelitian pada bulan Maret, kemiringan panel sel surya menggunakan cermin terpusat ini mempengaruhi daya dan efesiensi yang dibangkitkan panel tersebut. Daya dan efesiensi maksimum yang dihasilkan panel sel surya adalah pada sudut kemiringan panel (θ) 80 0,dengan efesiensi rata rata 9.93 % dan daya listrik rata rata yang dibangkitkan panel sel surya dengan luas panel 0,45 m 2. sebesar 39,66 watt. Hal ini di sebabkan karena pada saat intensitas matahari tinggi pada pukul 14:00 dan 15:00 WITA, cahaya matahari yang jatuh di atas permukaan cermin tidak terhalang oleh bayangan sel surya. Kata kunci : Cermin terpusat, panel sel surya. iv
THE PERFORMANCE OF SOLAR CELL POWER PLANT USING CENTRALIZE MIRROR IN VARIOUS SOLAR PANELS TILT ANGLES Author Guidance : Ida Bagus Made Ari Candra : Ir. Made Suarda, M.Eng : I Made Dwi Budiana P. ST. MMT ABSTRACT Potency of renewable energy such as solar energy has been an environmental friendly of energy technology. To make use of that potency there are two technologies have been applied, such as thermal and photovoltaic energy. Photovoltaic solar energy is the converter of solar radiation to become electricity in the form of solar house system. To generate electricity from those solar panels so that the maximum performance of solar powered electricity generator is achieved then it needs to know the position or the tilt of those solar cell panels. In this research we are using the centralized mirror media by creating the various solar panels tilt angles. This research had purposed to know the right position of panels that could produced the output source in the maximum energy. In the test conducted when on the sunny weather, by configuring the panels tilt angles on the angles (θ): 70 o, 80 o, 90 o, 100 o, and 110 o. Based on the result of the study on March, solar cell panels tilt angles using the centralized mirror is influencing the power and afficiency which is generated by those panels. The maximum power and efficiency which is produced by the solar cell panels is in the panels tilt angle (θ) 80 o, with the average efficiency of 9,93% and the average electricity power generated by the solar cell panels with the panel area of 0,45 m 2 is 39,66 watt. This case is happened cause of the highest intensity of sun at 14:00 and 15:00 WITA, the light which have not been fall on the mirror that hidden by the shadow of cell energy. Key words : Centralized Mirror, Solar Cell Panel. v
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Performansi Pembangkit Listrik Tenaga Surya Menggunakan Cermin Terpusat Pada Berbagai Variasi Sudut kemiringan Panel Surya Dalam penyusunan skripsi ini penulis tidak sedikit mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar besarnya kepada : 1. Bapak I Nyoman Suprapta Winaya, ST., MASc, Phd, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. 2. Bapak Ir. Made Suarda, M.Eng, selaku Dosen Pembimbing I dalam penulisan skripsi ini. 3. Bapak I Made Dwi Budiana Penindra, ST.MMT, selaku Dosen Pembimbing II dalam penulisan skripsi ini. 4. Bapak I Dewa Made Krishna Muku, ST. MT, selaku Dosen Pembimbing Akademik. 5. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. 6. Rekan rekan Jurusan Teknik Mesin, keluarga dan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi. Penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila terdapat kekurangan atau kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Bukit Jimbaran, Juli 2012 Penulis vi
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN........ LEMBAR PERSETUJUAN... HALAMAN PERNYATAAN.......... ABSTRAK... ABSTRACT... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... i ii iii iv v vi vii x xi BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Batasan Masalah... 3 1.4 Tujuan Penelitian... 4 1.5 Manfaat Penelitian... 4 BAB II LANDASAN TEORI... 5 2.1 Energi Surya... 5 2.2Potensi Energi Surya Untuk Pengembangan PLTS di Indonesia... 6 2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)... 6 2.4 Photon... 8 2.4.1 Efek fotolistrik... 9 2.4.2 Efek compton... 10 2.5 Sel Surya... 10 2.5.1 Jenis jenis sel surya... 11 vii
2.5.2 Cara kerja sel surya... 12 2.5.3 Pemanfaatan energi surya menjadi listrik... 12 2.6 Daya dan Efisiensi Sel Surya... 13 2.7 Radiasi Matahari (Radiasi Surya)... 15 2.8 Persamaan untuk Sudut Zenit, θ z... 17 2.9 Pantulan Cahaya Pada Cermin... 17 2.9.1 Cermin datar... 18 2.9.2 Cermin cekung... 18 2.9.3 Cermin cembung... 20 BAB III METODE PENELITIAN... 22 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian... 22 3.2 Persiapan Alat dan Bahan... 22 3.2.1 Bahan penelitian... 22 3.2.2 Alat penelitian... 23 3.3 Rancangan Penelitian... 23 3.4 Tahap Pengujian Dan Pengambilan Data... 25 3.4.1 Persiapan pengujian... 25 3.4.2 Pengujian pada kemiringan sudut (θ)... 26 3.5 Diagram Alir Rancangan Penelitian... 31 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 32 4.1 Data Hasil Penelitian... 32 4.2 Perhitungan Data Hasil Pengujian... 35 4.2.1 Daya output sel surya... 35 4.2.2 Efisiensi sel surya... 36 4.3 Analisa Grafik Hasil Pengujian... 39 4.4 Proyeksi Sinar Matahari Terhadap Cermin... 44 viii
BAB V PENUTUP... 46 5.1 Kesimpulan... 46 5.2 Saran... 47 DAFTAR PUSTAKA... 48 LAMPIRAN ix
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Skema PLTS... 7 Gambar 2.2 Sel surya... 11 Gambar 2.3 Pemanfaatan photon menjadi energi listrik... 13 Gambar 2.4 Solar cell menyerap photon menjadi energi listrik... 13 Gambar 2.5 Sudut θ z dan θ A yang ditetapkan... 17 Gambar 2.6 Cermin cekung... 18 Gambar 2.7 Bayangan nyata yang terbentuk pada cermin cekung... 19 Gambar 2.8 Bayangan maya yang terbentuk pada cermin cekung... 20 Gambar 2.9 Bayangan yang terbentuk pada cermin cembung... 21 Gambar 3.1 Modul sel surya Photovoltaic... 22 Gambar 3.2 Rancangan unit solar cell menggunakan cermin terpusat... 24 Gambar 3.3 Tampak depan rancangan solar cell... 24 Gambar 3.4 Pengujian pada kemiringan sudut (θ) 70 0... 26 Gambar 3.5 Pengujian pada kemiringan sudut (θ) 80 0... 27 Gambar 3.6 Pengujian pada kemiringan sudut (θ) 90 0... 28 Gambar 3.7 Pengujian pada kemiringan sudut (θ) 100 0... 29 Gambar 3.8 Pengujian pada kemiringan sudut (θ) 110 0... 30 Gambar 4.1 Grafik intensitas matahari (IT) fungsi waktu (jam)... 39 Gambar 4.2 Grafik tegangan output panel (V) fungsi waktu (jam)... 40 Gambar 4.3 Grafik arus output panel (I) fungsi waktu (jam)... 40 Gambar 4.4 Grafik daya output panel (P) fungsi waktu (jam)... 41 Gambar 4.5 Grafik efisiensi output panel (η) fungsi waktu (jam)... 42 Gambar 4.6 Proyeksi sinar matahari terhadap cermin pada sudut (θ) 80 0 pada pukul 10:00 WITA... 44 Gambar 4.7 Proyeksi sinar matahari terhadap cermin pada sudut (θ) 80 pada pukul 14:00 WITA... 45 x
x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Intensitas radiasi matahari di Indonesia... 16 Tabel 2.2 Intensitas radiasi matahari di Bali... 16 Tabel 4.1 Data pengujian panel pada kemiringan sudut (θ) 70 0... 32 Tabel 4.2 Data pengujian panel pada kemiringan sudut (θ) 80 0... 33 Tabel 4.3 Data pengujian panel pada kemiringan sudut (θ) 90 0... 33 Tabel 4.4 Data pengujian panel pada kemiringan sudut (θ) 100 0... 34 Tabel 4.5 Data pengujian panel pada kemiringan sudut (θ) 110 0... 34 Tabel 4.6 Hasil pengolahan data pada kemiringan sudut (θ) 70 0... 36 Tabel 4.7 Hasil pengolahan data pada kemiringan sudut (θ) 80 0... 37 Tabel 4.8 Hasil pengolahan data pada kemiringan sudut (θ) 90 0... 37 Tabel 4.9 Hasil pengolahan data pada kemiringan sudut (θ) 100 0... 38 Tabel 4.10 Hasil pengolahan data pada kemiringan sudut (θ) 110 0... 38 xi