TUGAS AKHIR ANALISIS PERBANDINGAN KARAKTERISTIK PANEL SURYA BERDASARKAN MATERIAL PENYUSUN DAN INTENSITAS CAHAYA Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh: RIO RICHARD SIMANJUNTAK NIM : 120402031 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ABSTRAK Karakteristik kelistrikan panel surya adalah sifat kelistrikan dari keluaran panel surya yang dapat direpresentasikan dalam nilai arus, tegangan, daya keluaran, dan efisiensi. Karakteristik tersebut dipengaruhi oleh material penyusun, radiasi matahari, dan temperatur panel. Penelitian ini membahas tentang perbandingan karakteristik kelistrikan panel surya berdasarkan material penyusun yang dipengaruhi parameter intensitas cahaya (radiasi matahari) dan temperatur panel. Material penyusun yang dibandingkan dalam penelitian ini adalah silikon dan thin film. Metode yang digunakan pada penelitian ini yaitu metode pengukuran dan simulasi. Untuk material silikon, nilai arus hubung singkat tertinggi yang dihasilkan yaitu 6.96 A, nilai tegangan rangkaian terbuka tertinggi yang dihasilkan yaitu 20.20 V dan nilai daya keluaran tertinggi yang dihasilkan yaitu 131.22 W. Untuk material thin film, nilai arus hubung singkat tertinggi yang dihasilkan yaitu 4.62 A, nilai tegangan rangkaian terbuka tertinggi yang dihasilkan yaitu 16.42 V dan nilai daya keluaran tertinggi yang dihasilkan yaitu 59.44 W. Dari hasil perbandingan secara keseluruhan, dapat disimpulkan bahwa nilai keluaran panel surya material silikon lebih tinggi dibandingkan thin film. Kata Kunci : Karakteristik panel surya, radiasi matahari, silikon, thin film i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul Analisis Perbandingan Karakteristik Panel Surya Berdasarkan Material Penyusun dan Intensitas Cahaya. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Selama menjalani pendidikan di kampus hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis ingin menyampaikan terimakasih kepada: 1. Hotben Simanjuntak dan Mesina Pasaribu sebagai orang tua saya 2. Yohana Simanjuntak sebagai kakak saya dan Ronaldo Simanjuntak sebagai adik saya 3. Seluruh keluarga saya yang selalu memberikan semangat, motivasi dan doa. 4. Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T. sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir 5. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T. & Ir. Eddy Warman, M.T. sebagai Dosen Penguji Tugas Akhir 6. Bapak Suherman, S.T., M.Comp., Ph.D. sebagai Dosen Penasehat Akademik 7. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. sebagai Ketua DTE USU 8. Seluruh Dosen dan Pegawai Departemen Teknik Elektro 9. Seluruh teman yang telah membantu dalam pengerjaan Tugas Akhir ini Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dari pembaca untuk perbaikan. Akhir kata, semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi kita semua. Medan, 21 Desember 2016 Penulis Rio Richard Simanjuntak 120402031 ii
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK.. i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... v DAFTAR TABEL... vii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 1 1.3 Tujuan Penulisan... 2 1.4 Batasan Masalah... 2 1.5 Manfaat Penelitian... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 3 2.1 Energi Matahari... 3 2.2 Fotovoltaik... 6 2.3 Prinsip Kerja Fotovoltaik... 12 2.4 Material Sel Surya... 14 2.5 Celah Pita (Band Gap)... 17 2.6 Karakteristik Sel Surya... 18 2.7 Powersim (PSIM)... 19 BAB III METODE PENELITIAN... 20 3.1 Tempat dan Waktu... 20 3.2 Data dan Peralatan... 20 3.3 Variabel Yang Diamati... 21 3.4 Prosedur Penelitian... 21 iii
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN... 25 4.1 Karakteristik Material Silikon... 25 4.2 Karakteristik Material Thin Film... 31 4.3 Pembahasan & Analisis Perbandingan Nilai Karakteristik I-V... 37 4.4 Pembahasan & Analisis Perbandingan Nilai Karakteristik P-V... 39 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 42 5.1 Kesimpulan... 42 5.2 Saran... 42 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN iv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Sumber energi terbarukan pada kapasitas kelistrikan dunia 2011. 3 Gambar 2.2 Komponen radiasi matahari... 4 Gambar 2.3 Pyranometer... 4 Gambar 2.4 Model rangkaian sel surya. 6 Gambar 2.5 Struktur sel surya....... 6 Gambar 2.6 Susunan dioda, sel surya dan panel surya.. 6 Gambar 2.7 Rangkaian ekivalen sederhana sel surya 8 Gambar 2.8 Daya maksimum pada karakteristik arus-tegangan.. 10 Gambar 2.9 Faktor pengisian pada sel surya... 10 Gambar 2.10 Struktur kristal silikon dan konduktivitas intrinsik.... 13 Gambar 2.11 Konduksi ekstrinsik di dalam silikon dengan doping p dan n... 13 Gambar 2.12 Bentuk daerah ruang muatan pada sambungan p-n... 14 Gambar 2.13 Struktur dan tampilan depan sel surya silikon kristal... 15 Gambar 2.14 Perbandingan sel thin film (kiri) dan silikon kristal (kanan). 16 Gambar 2.15 Struktur modul surya amorphous silicon... 16 Gambar 2.16 Efisiensi berdasarkan nilai celah pita semikonduktor.... 18 Gambar 2.17 Kurva karakteristik I-V dan P-V dengan titik daya maksimum... 18 Gambar 2.18 Pengaruh intensitas cahaya pada kurva karakteristik I-V.. 18 Gambar 3.1 Peralatan penelitian.. 20 Gambar 3.2 Diagram alir metode pengukuran..... 21 Gambar 3.3 Rangkaian metode pengukuran.... 22 Gambar 3.4 Diagram alir metode simulasi... 22 Gambar 3.5 Rangkaian metode simulasi... 23 Gambar 3.6 Simulasi data metode simulasi..... 23 Gambar 4.1 Kurva I-V senin 24 oktober 2016... 37 Gambar 4.2 Kurva I-V selasa 25 oktober 2016... 37 Gambar 4.3 Kurva I-V rabu 26 oktober 2016.. 37 Gambar 4.4 Kurva I-V kamis 27 oktober 2016... 38 Gambar 4.5 Kurva I-V jumat 28 oktober 2016.... 38 Gambar 4.6 Kurva I-V senin 31 oktober 2016..... 38 v
Gambar 4.7 Kurva P-V senin 24 oktober 2016.... 39 Gambar 4.8 Kurva P-V selasa 25 oktober 2016... 39 Gambar 4.9 Kurva P-V rabu 26 oktober 2016..... 39 Gambar 4.10 Kurva P-V kamis 27 oktober 2016..... 40 Gambar 4.11 Kurva P-V jumat 28 oktober 2016... 40 Gambar 4.12 Kurva P-V senin 31 oktober 2016.. 40 vi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Persentase sumber energi primer dunia pada tahun 2011.. 3 Tabel 2.2 Nilai celah pita dari beberapa material sel PV. 17 Tabel 3.1 Spesifikasi panel surya material silikon... 20 Tabel 4.1 Data hasil pengukuran material silikon senin 24 oktober 2016... 25 Tabel 4.2 Data hasil pengukuran material silikon selasa 25 Oktober 2016... 26 Tabel 4.3 Data hasil pengukuran material silikon rabu 26 Oktober 2016... 27 Tabel 4.4 Data hasil pengukuran material silikon kamis 27 Oktober 2016... 28 Tabel 4.5 Data hasil pengukuran material silikon jumat 28 Oktober 2016... 29 Tabel 4.6 Data hasil pengukuran material silikon senin 31 Oktober 2016.. 30 Tabel 4.7 Data hasil simulasi material thin film senin 24 Oktober 2016... 31 Tabel 4.8 Data hasil simulasi material thin film selasa 25 Oktober 2016... 32 Tabel 4.9 Data hasil simulasi material thin film rabu 26 Oktober 2016.. 33 Tabel 4.10 Data hasil simulasi material thin film kamis 27 Oktober 2016.. 34 Tabel 4.11 Data hasil simulasi material thin film jumat 28 Oktober 2016.. 35 Tabel 4.12 Data hasil simulasi material thin film senin 31 Oktober 2016... 36 vii