MAKALAH PANEL SURYA
Oleh Kelompok 5 :
Wahyu Muldaya ni
0819102010
Elvin Nur Afian
1019102010
Risca Dwi
1019102010
Galang Pratama Putra
1019102010 1019102010
Budi Setiawan Setia wan
1019102010
Rizdha Yusfik
101910201096
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO STRATA 1 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS JEMBER 2011
BAB I PENDAHULUAN Pemanfaatan Tenaga Surya melalui konversi Photovoltaic telah banyak diterapkan antara lain, penerapan sistem individu dan sistem hybrid yaitu sistem penggabungan antara sumber energi konvensional dengan sumber energi terbarukan. Pada kondisi beban rendah sistem bekerja dengan sistem inverter dan baterai. Jika beban terus bertambah hingga mencapai kapasitas yang terdapat pada inverter atau tegangan baterai semakin rendah, maka sistem kontrol akan segera mengoperasikan genset, maka genset akan berfungsi sebagai AC/DC
konverter untuk pengisian baterai, dan dapat
beroperasi secara paralel untuk memenuhi kebutuhan beban tersebut. Dengan demikian, kondisi pembebanan diesel menjadi sangat efisien karena hanya beroperasi pada beban tertentu. Tenaga surya yang diserap bumi adalah sebanyak 120 ribu terawatt. Pada prinsipnya tenaga surya sebagai pembangkit listrik dengan dua cara: *
Produksi uap dengan ladang cermin yang digunakan untuk menggerakkan turbin. Pembangkit listrik tenaga surya besar.
*
Mengubah sinar surya menjadi listrik dengan panel surya / solar cell photovoltaik. Pembangkit listrik tenaga surya portabel / kecil.
Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya menjadi listrik. Matahari merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat dimanfaatkan. Panel surya sering kali disebut sel photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan sebagai "cahaya-listrik". Sel surya atau sel PV bergantung pada efek photovoltaic untuk dapat menyerap energi matahari dan menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang berlawanan.
Sementara itu membangkitkan listrik sendiri di rumah itu bisa dilakukan salah satunya dengan pemasangan panel surya / solar cell, panel surya - solar cell yang mengubah sinar matahari menjadi energi listrik. Listrik tersebut
kemudian disimpan di dalam aki, dan
aki kemudian
menghidupkan lampu. Dalam penggunaan panel surya / solar cell untuk membangkitkan listrik di rumah, ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan salah satunya adalah karakteristik dari panel surya / solar cell itu sendiri. Karakteristik dari panel surya / solar cell antara lain :
y
Panel surya / solar cell memerlukan sinar matahari. Tempatkan panel surya / solar cell pada posisi dimana tidak terhalangi ol eh objek sepanjang pagi sampai sore.
y
Panel surya - solar cell menghasilkan listrik arus searah DC.
y
Untuk efisiensi yang lebih tinggi, gunakan lampu DC seperti lampu LED.
y
Instalasi kabel baru khusus untuk arus searah DC untuk perangkat berikut ini misalnya: lampu penerangan berbasis LED (Light Emiting Diode), kamera CCTV, wifi (wireless fideliity), dll.
Untuk sebuah rumah yang baru dibangum disarankan untuk menggunakan PLN dan panel surya / solar cell. Panel surya / solar cell digunakan untuk sebagai penerangan (dalam hal ini menggunakan arus searah DC) dan PLN untuk perangkat arus bolak balik AC seperti Air Conditioning, Lemari Es, sebagian penerangan dll. Bila listrik DC yang tersimpan dalam aki ingin digunakan menyalakan perangkat ACseperti pada pompa air, kulkas, dan sebagainya maka diperlukan inverter yang dapat mengubah listrik DC menjadi AC. Sesuaikan kebutuhan daya yang dibutuhkan dengan panel sel surya, inverter, aki.
B B E .
B
b banan an l urya
.3 an l urya C arging .4
lar C ll ct r
nis
lar C ll ct r
Pal
t
arabola, Pi
an Dan M nara umumnya di unakan untuk t naga
matahar i yang membangitkan stasiun atau untuk tu juan r iset Konsentrasi palung yang berbentuk parabola adalah sek itar 1/3 maksimum yang teor itis untuk sudut pener imaan yang sama. ntuk mendekati maksimum yang teor itis mungk in di apai dengan penggunaan lebih terper inci berdasar pada nonimaging ilmu optik. *
Palung Berbentuk Parabola
Kolek tor jenis ini
biasanya digunakan
pembangk it tenaga listr ik matahar i. Suatu ref lek tor yang berbentuk parabola trough-shaped, digunakan untuk konsentrasi cahaya matahar i pada suatu tabung (
Dewar
Tabung
)
atau
memanaskan
pi pa,
menempatkan di titik-api, ber isi yang pendingin memindahkan panas dar i kolek tor kepada ketel uap di dalam pembangk it listr ik. *
Pinggan Berbentuk Parabola
Pinggan berbentuk parabola adalah jenis yang paling kuat mengumpulkan cahaya matahar i, titikapi, via satu atau lebih yang dishes²arranged berbentuk parabola seper ti teleskop cermin memusat cahaya bintang, atau suatu antena pinggan memusat ombak radio.
lmu ukur ini mungk in digunakan untuk tungku perapian matahar i dan
pembangk it tenaga listr ik matahar i. Ada
dua fenomena kunci untuk memahami dalam perancangan suatu pinggan
berbentuk parabola. Satu adalah bahwa bentuk suatu parabol digambarkan seper ti sinar yang datang paralel kepada poros pinggan akan dicerminkan ke arah fokus, juga pada pinggan.
Kunci yang kedua adalah bahwa sinar cahaya dar i matahar i ti ba di permukaan bumi hampir dengan sepenuhnya para lel. Maka jika pinggan dapat di bar iskan dengan poros nya yang menun juk di matahar i, hampir semua radiasi yangdatang akan dicerminkan ke arah titik-api dish²most kerugian
dalam kaitan ketidak sempurnaan dalam bentuk parabola dan
pemantulan tidak sempurna.
Kerugian dalam kaitan dengan atmospi r antar[a] hidangan/pinggan dan titik-api nya adalah minimal, [seperti;sebagai;ketika] hidangan/pinggan biasanya dirancang secara rinci untuk;menjadi cukup kecil bahwa . ini faktor adalah tidak penting pada [atas] suatu hari cerah jelas bersih. Bandingkan ini meskipun [demikian] dengan beberapa disain lain , dan kamu akan lihat bahwa . ini bisa jadilah suatu faktor penting, dan jika cuaca yang lokal adalah kusam/samar -samar, atau berkabut, mungkin mengurangi efisiensi suatu hidangan/pinggan berbentuk parabola [yang] dengan mantap. Di (dalam) hidangan/pinggan yang stirling disain pembangkit tenaga listrik, suatu stirling mesin/motor yang digabungkan ke suatu dinamo, ditempatkan di fokus hidangan/pinggan, yang menyerap panas peri stiwa radiasi matahari, dan mengkonversi ia/nya ke dalam listrik. [Kuasa/ tenaga] Menara [Kuasa/ tenaga] Towera Menara [Kuasa/ tenaga] adalah suatu menara besar yang dikepung oleh cermin perkerjaan mengikuti jalan [memanggil/hubungi] heliostats. Cermin ini membariskan diri mereka dan memusatkan cahaya matahari pada [atas] penerima ada di puncak menara, panas yang dikumpulkan ditransfer ke suatu pembangkit li strik di bawah. Keuntungan Temperatur sangat tinggi mencapai. Temperatur tinggi adalah pantas untuk generasi listrik yang menggunakan metoda konvensional seperti turbin uap atau beberapa mengarahkan temperatur tinggi reaction.[citation kimia perlu] Efisiensi baik. Dengan konsentrasi arus cahaya matahari sistem dapat mendapat/kan efisiensi lebih baik dibanding sel matahari sederhana. Suatu area lebih besar dapat [dicakup/tutup] dengan penggunaan cermin secara relatif murah dibanding/bukannya menggunakan sel matahari mahal. [Cahaya/ ringan] yang dipusatkan dapat mengalihkan jurusan untuk suatu penempatan pantas via kabel/telegram serabut berhubung dengan mata. Sebagai contoh memperjelas bangunan. [Gudang/Penyimpanan] Panas untuk produksi [kuasa/ tenaga] selama kondisi-kondisi [yang] bermalam dan berawan dapat terpenuhi, sering oleh [gudang/penyimpanan] tangki/tank bawah tanah [dari;ttg] cairan dipanaskan/kacau. Garam yang dicairkan telah digunakan untuk ef ek baik. Kerugian Sistem Konsentrasi memerlukan perkerjaan mengikuti jalanmatahari untuk memelihara Cahaya matahari memusatkan di kolektor.
K ti ¡
t t
£
t
¢
§
¡
©
t
£
¢
¢
¤
§
¨
.S l
¢
¢
¦
¥
¨
i
t
¢
¥
£
¦
©
i i
©
¤
£
©
¢
£
£
£
¢
©
¢
¢
©
¦
i
¡
¨
i i
¢
¢
i i
©
¡
¨
©
¢
©
i
l
¦
¢
¢
¨
¢
[
©
¢
¢
i/
£
ti
¢
¢
©
]
¢
¢
¢
©
l
¡
¢
£
¢
¢
¨
i t
©
¢
§
¦
©
li
¢
©
t
©
©
t
i[
¢
¢
¢
¦
¢
£
¢
¨
i i
¡
¢
£
¢
] i ¡
£
l
£
©
¢
¢
it t
¡
¢
¨
£
¢
©
/t
£
¢
¡
[
£
¢
¨
ti
©
]
¡
l
§
¢
©
£
i i
¡
¤
©
it
¢
©
©
¢
¢
£
¢
i
¢
i
¢
¨
t
¢
©
i
¡
¢
i it
¡
£
i
¡
£
§
¢
ti
¢
¡
¢
¢
j
¦
¡
l
¡
¢
¢
¢
¦
¡
¢
©
¢
©
¢
§
©
¢
if.
©
,
1. Tujuan Praktikum
Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa akan dapat: 1. Menjelaskan cara kerja panel surya 2. Mengetahui faktor-faktor pengoperasian sel surya . Menggambar dan menjelaskan grafik daya maksimum (arus dan tegangan)
2. Dasar Teori 2.1 Faktor pengoperasian sel surya Sel surya diproduksi dari bahan semi konduktor yaitu silicon berperan sebagai isolator pada temperature rendah dan sebagai konduktor bila ada energi dan panas. Sebuah silikon sel surya adalah diode yang dibentuk dari tiga lapisan atas silikon tipe-N (silikon dopping of ´phosphorous´), dan lapisan bawah silikon tipe-P (silikon dopping of ´boron´). Elektron-elektron bebas terbentuk dari million photon atau benturan atom pada lapisan empat penghubung (junction sama dengan 0.2 sampai 0.5 mikron) menyebabkan terjadinya aliran listrik. Perkembangan sel surya silikon secara individu (chip) :
a) Mono-Crystalline (Si) dibuat dari silikon kristal tunggal yang didapat dari peleburan silikon dala m bentuk bujur. Sekarang Mono-Crystalline dapat dibuat setebal 200 mikron, dengan nilai efisiensi sekitar 24 %. b) Poly-Crystalline atau Multi-Crystalline (Si) ] Dibuat dari peleburan silicon dalam tungku keramik, kemudian pendinginan perlahan untuk mendapatkan bahan campuran silicon yang akan timbul diatas lapisan silicon. Sel ini kurang efektif dibanding dengan sel Poly-Crystalline (efektivitas 18 %), tetapi biaya lebih murah c) Gallium Arsenida (GaAs) Sel surya III-V semi konduktor yang sangat efisien sekitar 25 %.
2.2 Sel surya silicon terpadu ³Thin Film´ a) Amorphous Silicon (A-Si) Banyak dipakai pada jam tangan dan kalkulator, sekarang dikembangkan untuk system bangunan terpadu sebagai pengganti tinted glass yang semi transparan. b) Thin Film Silicon (Tf-Si) Dibuat dari Thin Crystalline atau P oly Crystalline pada grade bahan metal yang cukup murah (Cladding System). c) Caddmium Telluride (CdTe) Terbentuk dari bahan materi Thin Film Poly Crystalline secara deposit, semprot, evaporasi tingkat tinggi. Nilai efisiensi 16 %.
d) Copper Indium Diselenide (CuInSe2/CIS) Merupakan bahan dari film tipis Poly Crystalline. Nilai efisiensi 17.7 %. e) Chalcopyrites [Cu(In,Ga)(S,Se)2] f) Electrochemical Cells
Pengoperasian maksimum sel surya tergantung pada: a) Ambient Air Temperature Sebuah sel surya dapat beroperasi secara maksimum jika temperatur sel o
tetap normal (pada 25 C), kenaikan temperatur lebih tinggi dari temperatur normal pada PV Cell akan melemahkan Voltage (Voc). Setiap kenaikan
o
o
temperatur sel surya 1 C (dari 25 C) akan berkurang sekitar 0,4 % pada total tenaga 8 yang dihasilkan atau akan melemah 2 kali lipat untuk menaikkan temperatur sel per 10 oC. b) Radiasi Solar Matahari (Insolation) Radiasi solar matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariabel, dan sangat tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Insolation solar matahari akan banyak berpengaruh pada current atau arus sedikit pada voltage. c) Kecepatan Angin Bertiup Kecepatan tiup angin disekitar lokasi PV Array dapat membantu mendinginkan permukaan temperatur kaca-kaca PV Array. d) Keadaan Atmosfir Bumi Keadaan atmosfir bumi ± berawan, mendung, jenis partikel debu udara, asap, uap air udara, kabut dan polusi sangat menentukan hasil ma ksimum arus listrik dari deretan PV. e) Orientasi Panel / Array PV Orientasi dari rangkaian PV kearah matahari secara optimum adalah penting agar panel atau deretan PV dapat menghasilkan energi maksimum. Selain arah orientasi, sudut orientasi (tilt angle) dari panel ata u deretan PV juga sangat mempengaruhi hasil energi maksimum (lihat penjelasan Tilt Angle). Sebagai guidline : untuk lokasi yang t erletak di belahan utara latitude, maka panel atau deretan PV sebaiknya diorientasikan keselatan, orientasi ketimur sampai barat walaupun juga dapat menghasilkan sejumlah energi dari panel panel atau deretan PV, tetapi tidak akan mendapatkan energi matahari maksimum. f) Posisi Letak Sel Surya (Array) terhadap matahari (Tilt Angle) Tilt Angle (sudut orientasi matahari) mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan panel PV secara tegak lurus akan mendapatkan e nergi 2
2
maksimum kurang lebih 1000 W/M atau 1 KW/M . Kalau tidak dapat mempertahankan ketegak lurusan antara sinar matahari dengan bidang PV, maka ekstra luasan bidang panel PV dibutuhkan (bidang tanah PV terhadap Sun Latitude yang berubah).
. Daftar Peralatan 1. Modul Sel Surya 2. Modul Resistor 100
1 Buah ;
x6
6 Buah
3.
Multi Meter
2 Buah
4. Lux Meter
1 Buah
5. Termometer
1 Buah
6. Kabel
Secukupnya
4. Gambar Rangkaian
5. Prosedur Kerja 1. Merangkai peralatan sesuai dengan gambar diatas 2. Membebankan sel surya dengan resistor secara seri bertahap dari 100
;
sampai K ;. 3.
Mencatat data dari hasil percobaan ters ebut dan mengisikan pada tabel
4. Mencatat hasil pengukuran arus A, tegangan V, suhu permukaan oC, dan Intensitas cahaya C pada tabel 1 5. Dari data kemudian menghitung besar daya (P) berdasarkan teori yang diperoleh. 6. Menggambar pada grafik daya maksimum (Arus dan Tegangan, Arus da n Temperatur, Tegangan dan Intensitas Cahaya)
6. Data Hasil Percobaan
Beban
V
A
(Volt)
(Ampere)
P (Watt)
C
o
Suhu ( C)
(Intensitas Cahaya)
0 (Open)
18,42
0
0
926 x 100
48
// (100
;
x 6)
17,12
1.009
17,27408
9 34 x 100
49
// (100
;
x
15,9
1.8
28,62
9 32 x 100
50
;
x
14,73
2.5
36,825
938 x 100
49
;
x
13,5
3.1
41,85
936 x 100
49
12) // (100 18) // (100 24)
// (100
;
x
10,8
3,1
33,48
932 x 100
48
103
3,9
0,4017
940 x 100
48
30)
Short
mV
7. Analisa Data a) Perhitungan -
Daya V x I (Per Beban) a) Hasil Praktikum (H P)
P1 = V1 x I1 = 18,4 V x 0 A = 0W
P2 = V2 x I2 = 17,12 V x 1,009 A = 17,27408 W
P3 = V3 x I3 = 15,9 V x 1,8 A = 28,62 W
P4 = V4 x I4 = 14,73 V x 2,5 A =
36,825
W
P5 = V5 x I5 = 13,5 V x 3,1 A = 41,85 W
P6 = V6 x I6 = 10,8 V x 3,1 A = 33,48 W
P7 = V7 x I7 = 103 mV x 3,9 A = 0,4017 mW
b) Hasil Teori (H T)
2
P1 = I1 x R 1 =0Ax0
;
=0W 2
P2 = I2 x R 2 = 1,018081 A x 16,67
;
= 16,97 W
P3 = I32 x R 3 = 3,24 A x 8, 33 ; = 26,9892 W 2
P4 = I4 x R 4 = 6,25 A x 5,56
;
= 34,75 W
2
P5 = I5 x R 5 = 9,61 A x 4,17
;
= 40,0737 W
2
P6 = I6 x R 6 = 9,61 A x 3,33 ; = 32,0013 W
P7 = I72 x R 7 = 15,21 A x 27,95 m ; = 425, 11 mW
-
Beban Resistor R 1 = 0 ;
R 2 = 100
;/6
= 16,67
R 3 = 100
;
;/12
= 8,33 ;
R 4 = 100
;/18
= 5,56
R 5 = 100
;/24
= 4,17
R 6 = 100
;
;
;/ 30
= 3,33 ;
R 7 = 0 ;
-
Error Persen Daya
Persen Error 1 =
=
HT HP HP
00 0
x100%
x100
=
Persen Error 2 =
= =
Persen Error 3 =
= =
Persen Error 4 =
= =
Persen Error 5 =
= =
Persen Error 6 =
0%
HT HP HP
x100%
16,97 17,27 17,27
x100%
1,73 %
HT HP HP
x100%
26,98 28,62 28,62
x100
5,73 %
HT HP HP
x100%
34 , 75 36 ,82 36 ,82
x100 %
5,6 %
HT HP HP
x100%
40,07 41,85 41,85
x100%
4,25 %
HT HP HP
x100%
32 33, 48
=
33,48
=
4,4 %
!
Persen Error 7 =
= =
x100
!
"
#
!
"
x100%
0 401,7 401,7
mW x100
100 %
b) Grafik
Grafik V terhadap I 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0
1,009
1,800
2,500
3,100
3,100
3,900
c) Pembahasan Adapun data-data yang kami dapatkan sela ma praktikum yaitu tegangan, arus, suhu, daya, dan intensitas cahaya. Dimana perinciannya adalah sebagai berikut Pada data pertama yaitu pada saat ta npa beban (open), hanya tegangan yang terbaca sebesar 18,42 V. Arus dalam hal ini tidak mengalir karena tida k adanya resistor yang dibebankan pada rangkaian. Sehingga daya yang dihasilkan adalah 0 W. Dari data kedua sampai data ke enam, tidak ada perubahan yang berarti. Arus yang dihasilkan semakin meningkat walaupun suhu kadang naik dan turun. Ini disebabkan karena pada setiap data, menggunakan resistor yang sama dengan jumlah yang berbeda yaitu 6, 12, 18,dan 24. Sehingga semakin kecil resistor yang membebani rangkaian, arus dan daya yang dihasilkan rangkaian aka n semakin besar. Perubahan terjadi pada data ketujuh. Dimana rangkaian tidak dibebani oleh resistor. Akan tetapi dari data dapat diamati bahwa tegangan ya ng dihasilkan adalah sebesar 103 mV dengan arus sebesar 3,9 A dan daya sebesar 0,4017 W. Dalam hal ini walaupun tidak ada resistor ya ng membebani, tetapi kita tinjau beban dari kabel penghantar yang digunakan dalam rangkaian dan menghubungkan PV dengan rangkaian. Oleh karena nilai hambatan yang sangat kecil, sehingga menyebabkan arus yang mengalir sangat besar. Sedangkan data pada Intensitas cahaya untuk membangkitkan energi listrik menunjukkan nilai naik turun karena disebabkan oleh faktor faktor yang telah disebutkan pada landasan teori diatas. Dari data praktikum saat intensitas cahaya sebesar 9 34 x 100 didapatkan arus sebesar 1,009 A dan saat intensitas cahaya bertambah menjadi 9 32 x 100 didapatkan arus senilai 1, 8 dan seterusnya. Hal ini dapat membuktikan ba hwa saat intensitas cahaya semakin kuat maka arus yang dihasilkan olen sel surya akan semakin besar pula. Untuk error persen daya bernilai antara 1,7 3 % sampai 5,73 %. Sehingga dapat dikatakan bahwa praktikum yang kami lakukan berjalan dengan lancar. Namun saat rangkaian di short error persen mencapai 100%, hal ini di karenakan tida k adanya resistor beban sehingga daya praktik adalah 0.
8. Kesimpulan Dari data yang telah didapat dari praktikum kali ini, dapat kami simpulkan sebagai berikut: 1. Solar Cell yang digunakan dalam praktikum kali ini berbasis semi konduktor, yaitu silikon 2. Pengoperasian maksimum solar cell ditentukan oleh beberapa faktor, diantaranya temperatur, insolation, kecepatan angin, keadaan atmosfir, orientasi dan posisi letak sel surya. 3.
Nilai arus dipengaruhi oleh Insolation solar matahari sehingga hal ini juga akan berpengaruh pada efisiensi daya yang dihasilkan.
4. Panel surya tersusun dari 2 papan semi konduktor yang disusun paralel dengan tujuan agar efisiensi arus yang dihasilkan besar. Dalam setiap papan tersebut tersusun semi konduktor yang tersusun secara seri dengan tujuan agar efisiensi tegangan yang dihasilkan besar. 5. Tegangan Solar Cell berbentuk DC (Direct Curr ent) 6. Arus maksimal yang dihasilkan adalah 3,9 A dan tegangan maksimal yang dihasilkan adalah 18, 42 V
