PENGARUH PENAMBAHAN REFLEKTOR (CERMIN DATAR) TERHADAP KELUARAN DAYA POLYCRYSTALLINE
Oleh NAMA
: AFRON SUTRISNO SIANTURI
NIM
: 100402076
Tugas Akhir Ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Departemen Teknik Elektro
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
i Universitas Sumatera Utara
ii Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Sel surya merupakan salah satu teknologi terbarukan yang dapat mengkonversikan energi matahari menjadi energi listrik secara langsung. Teknologi ini sangat berpotensi untuk dikembangkan di Negara Indonesia yang berada di daerah katulistiwa dan juga beriklim tropis. Namun masih banyak kelemahan dari penggunaan teknologi ini seperti daya keluaran yang di hasilkan tidak stabil dan efisiensinya masih cukup rendah. Keadaan tersebut disebabkan oleh pacaran radiasi yang diterima modul untuk setiap saat tidak konstan. Untuk memaksimalkan daya keluaran modul dapat dilakukan dengan mengatur sudut modul, menambahkan reflektor, dan mengarahkan modul kearah posisi azimuth matahari yang tepat. Semua perlakuan ini bertujuan untuk memaksimalkan intensitas radiasi matahari yang diterima oleh modul tersebut. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan reflektor terhadap daya keluaran dan efisiensi dari modul jenis polycrystalline. Penelitian dilakukan dengan menambahkan reflektor pada empat sisi modul surya dengan masing-masing ukuran reflektornya (106,2 × 30) cm untuk panjang pnael, dan (67,5 × 30) cm untuk lebar panel, serta variasi sudut 500, 600, dan 700 terhadap modul surya. Dari hasil pengujian didapat bahwa pada sudut 600 persentasi peningkatan rata-rata daya keluaran paling tinggi yaitu 26,49%.
Kata kunci :
Daya keluaran, Intensitas radiasi matahari, Reflektor, Modul Polycrystalline
iii Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan karunia-Nya sehingga penulis diberikan kemampuan dan kesempatan untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul ”Pengaruh Penambahan Reflektor (Cermin Datar) terhadap Daya keluaran Polycrystalline” yang penulis susun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai, yaitu H. Sianturi dan R. Siburian, saudara kandung penulis, Besnita Sianturi, Reny Eva Sianturi, dan Hartoyo Sianturi, atas seluruh perhatian dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Yulianta Siregar, S.T., M.T. dan Bapak Drs. Hasdari Helmi Rangkuti, M.T. selaku Dosen Pembimbing tugas akhir atas segala arahan, motivasi, dan bimbingannya dalam penyelesaian tugas akhir ini. 2. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T. dan Ir. Riswan Dinzi, M.T. selaku dosen pembanding tugas akhir ini. 3. Bapak Ir. Hendra Zulkarnaen. selaku Dosen Wali penulis atas segala bimbingan dan nasehat serta motivasinya selama penulis menjalani kegiatan akademik. 4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. dan Bapak Rahmad Fauzi, S.T., M.T. selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 5. Seluruh Dosen Departemen Teknik Elektro FT-USU yang telah membekali penulis dengan berbagai disiplin ilmu selama masa pendidikan.
iv Universitas Sumatera Utara
6. Seluruh Pegawai dan Karyawan Departemen Teknik Elektro FT-USU atas segala bantuan dan dukungannya. 7. Teman-teman stambuk 2010: Yehezkiel Naibaho, Hugo Wijaya, Martua Nababan, Edy Sembiring, Marthin Silalahi, Novenri Ambarita, Jones Milan Simatupang, Enda Duanta Ginting, Reikson Parhusip, Doni Rico Manalu, Fontes Marpaung dan teman-teman 2010 lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. 8. Semua abang-kakak senior dan adik-adik junior yang telah mau berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis. 9. Teman-teman clan COC “Elektro U-TH9” atas waktu yang diberikan untuk menghibur. 10. Teman-teman naposo bulung di HKBP Padang Bulan atas dukungan, motivasi dan doanya. 11. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan terima kasih banyak.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu, dengan segala kerendahan hati penulis bersedia menerima saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini bermanfaat bagi siapapun yang membutuhkannya.
Medan,
Desember 2015
Penulis
Afron Sutrisno Sianturi
v Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI ABSTRAK .............................................................................................................. i KATA PENGANTAR .......................................................................................... iv DAFTAR ISI ......................................................................................................... vi BAB I
PENDAHULUAN ................................................................................. 1
1.1
Latar Belakang....................................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah ................................................................................ 2
1.3
Batasan Masalah .................................................................................... 2
1.4
Tujuan Penelitian ................................................................................... 3
1.5
Manfaat Penelitian ................................................................................. 3
1.6
Metode Penulisan .................................................................................. 3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 5
2.1
Energi Matahari ..................................................................................... 5
2.2
Distribusi Radiasi Matahari ................................................................... 5
2.3
Radiasi Matahari pada Permukaan Bumi .............................................. 7
2.4
Hubungan Geometri Matahari – Bumi .................................................. 9 2.4.1 Sistem Koordinat Bumi ............................................................. 9 2.4.2 Posisi Matahari terhadap Bidang Horizontal ........................... 10
2.5
Modul Surya (Photovoltaic) ................................................................ 12
2.6
Prinsip Kerja Modul Surya .................................................................. 14
2.7
Sifat-Sifat Elektrik pada Photovoltaic ................................................ 16 2.7.1 Kurva Karakteristik I-V pada Photovoltaic ............................ 17 2.7.2 Tegangan Open Circut (Voc) ................................................... 18 2.7.3 Arus Short Circuit (Isc) ........................................................... 18
2.8
Faktor Pengoperasian Modul Surya .................................................... 19
vi Universitas Sumatera Utara
2.8.1 Efek Perubahan Pancaran Iradiasi Matahari ............................ 19 2.8.2 Efek Perubahan Temperatur pada Photovoltaic ...................... 20 2.9
Jenis Jenis Solar Sel............................................................................. 21 2.9.1 Monocrystalline ....................................................................... 21 2.9.2 Polycrystalline ......................................................................... 23 2.9.3 Thin Film Solar Cell ................................................................ 23
2.10 Daya, Fill Factor, dan Efisiensi Pada Panel Surya .............................. 25 2.10.1 Daya Panel Surya ..................................................................... 25 2.10.2 Fill Factor ................................................................................. 25 2.10.3 Efisiensi Panel Surya ............................................................... 26 2.11 Pemantulan Cahaya pada Cermin Datar .............................................. 26 2.11.1 Cahaya ..................................................................................... 26 2.11.2 Cermin ..................................................................................... 28 BAB III METODOLOGI PENGUJIAN ........................................................... 31 3.1. Diagram alir pengujian ........................................................................ 31 3.2
Peralatan dan Bahan Pengujian ........................................................... 32
3.3. Variasi Pengujian ................................................................................. 39 3.4. Prosedur Percobaan ............................................................................. 40 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................... 42 4.1
Penentuan Posisi Modul Surya ............................................................ 42
4.2
Penentuan Sudut Modul Surya ............................................................ 46
4.3
Pengolahan Data Hasil Pengukuran Tegangan Rangkaian Terbuka (Voc) dan Arus Hubung Singkat (Isc) ................................................. 48
4.4
Hasil Perhitungan Daya Keluaran Modul Surya ................................. 51
4.5
Hasil Perhitungan Efisiensi Modul Surya ........................................... 57
vii Universitas Sumatera Utara
4.6
Analisis Daya Keluaran Terhadap Penambahan Reflektor Untuk Setiap Sudutnya .............................................................................................. 61 4.6.1 Analisis Daya Keluaran Berdasarkan Sudut Kemiringan Modul Surya ........................................................................................ 61 4.6.2 Daya Keluaran Tanpa Penambahan Reflektor ......................... 62 4.6.3 Daya Keluaran Tanpa Reflektor dengan Penambahan Reflektor 500 ............................................................................ 63 4.6.4 Daya Keluaran Tanpa Reflektor dengan Penambahan Reflektor 600 ............................................................................ 64 4.6.5 Daya Keluaran Tanpa Reflektor dengan Penambahan Reflektor 700 ............................................................................ 65 4.6.6 Analisis Efisiensi Panel Surya ................................................. 66
BAB V KESIPULAN DAN SARAN .................................................................. 67 5.1
Kesimpulan .......................................................................................... 67
5.2
SARAN................................................................................................ 67
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 68
viii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Hubungan antara Matahari dan Bumi .................................. 6
Gambar 2.2
Bentuk-bentuk Radiasi Matahari Kebumi ........................... 8
Gambar 2.3
Posisi Matahari Dilangit Dijelaskan oleh Sudut-sudut Matahari ............................................................................. 12
Gambar 2.4 (a)
Sel Surya ............................................................................ 13
Gambar 2.4 (b) Panel Surya ........................................................................ 13 Gambar 2.5
Struktur Kristal Silikon dan Konduktivitas Intrinsik ......... 14
Gambar 2.6
Konduksi Ekstrinsik di dalam Silikon n- dan p- Doped .... 15
Gambar 2.7
Bentuk dari Wilayah Ruang Muatan Pada p-n Junction Melalui Difusi Elektron dan Lubang (hole) ....................... 16
Gambar 2.8
Kurva Karakteristik I-V untuk Sel Surya Silikon Crystalline.......................................................................... 17
Gambar 2.9
Tegangan Rangkaian Terbuka dan Arus Hubung Singkat Tergantung pada Pancaran Radiasi Matahari .................... 19
Gambar 2.10
Pengaruh Radiasi, E pada Karakteristik I-V Sel Surya ..... 20
Gambar 2.11
Pengaruh Temperatur terhadap Keluaran Tegangan dan Arus.................................................................................... 21
Gambar 2.12
Silicon Ingot....................................................................... 22
Gambar 2.13
Sel Monocrystalline ........................................................... 22
Gambar 2.14 (a) Sel Polycrystalline ............................................................. 23 Gambar 2.14 (b) Panel Polycrystalline ......................................................... 23
ix Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15
Thin Film Solar Cell .......................................................... 24
Gambar 2.16 (a) Pemantulan Teratur ............................................................ 28 Gambar 2.16 (b) Pemantulan Baur ................................................................ 28 Gambar 2.17
Diagram Pemantulan Cahaya ............................................ 29
Gambar 2.18
Pembentukan Bayangan pada Cermin Datar ..................... 30
Gambar 3.1
Diagram Alir Penelitian ..................................................... 31
Gambar 3.2 (a)
Modul Surya dan yang terpasang ...................................... 33
Gambar 3.2 (b) Tiang Penyangga ............................................................... 33 Gambar 3.3
Rangka Dudukan Panel...................................................... 33
Gambar 3.4 (a)
Pemasangan Busur untuk Mengukur Kemiringan Modul ................................................................................. 34
Gambar 3.4 (b) Pemasangan Busur untuk Mengukur Kemiringan Reflektor ............................................................................ 34 Gambar 3.5 (a)
Kompas .............................................................................. 35
Gambar 3.5 (b) Panel Diarahkan Ketitik Azimuth Matahatri .................... 35 Gambar 3.6
Pyranometer ....................................................................... 36
Gambar 3.7
Photovoltaic Modul Model RPV-100-P10 ........................ 37
Gambar 3.8 (a)
Pembacaan Nilai Voc pada Multimeter ............................. 38
Gambar 3.8 (b) Pembacaan Nilai Isc pada Multimeter ............................... 38 Gambar 3.9 (a)
Reflektor ............................................................................ 39
Gambar 3.9 (b) Pemasangan Reflektor pada Dudukan Modul .................. 39
x Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.1
Keluaran Daya Modul Surya Berdasarkan Sudut Kemiringan Modul............................................................. 60
Gambar 4.2
Keluaran Daya Tanpa Penambahan Reflektor ................... 61
Gambar 4.3
Perbandingan Keluaran Daya Tanpa Reflektor Dengan Penambahan Reflektor Sudut 500 ...................................... 62
Gambar 4.4
Perbandingan Keluaran Daya tanpa Reflektor dengan Reflektor Sudut 600............................................................ 63
Gambar 4.5
Perbandingan Keluaran Daya Tanpa Reflektor Dengan Reflektor 700 ...................................................................... 64
Gambar 4.6
Perbandingan Efisiensi Panel Surya Tanpa Reflektor dengan Penambahan Reflektor .......................................... 65
xi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Hari yang Direkomendasikan untuk Satu Bulan, dan Nilai n Berdasarkan Bulan .............................................................. 10
Tabel 3.1
Data Spesifikasi Pyranometer................................................. 35
Tabel 3.2
Data Spesifikasi Teknis PV Module RPV-100-P10 ............... 37
Tabel 4.1
Posisi Gerak Semu Matahari .................................................. 42
Tabel 4.2
Posisi Azimuth Matahari untuk Setiap Jamnya. ..................... 46
Tabel 4.3
Hasil Pengururan Tegangan Terbuka (Voc, Volt) dan Arus Hubung Singkat (Isc, Ampere) Berdasarkan Sudut Modul Surya ....................................................................................... 47
Tabel 4.4
Hasil Pengukuran Tegangan dan Arus pada Percobaan tanpa Penambahan Reflektor .................................................. 48
Tabel 4.5
Hasil Pengukuran dengan Penambahan Reflektor Sudut 500 ................................................................................ 49
Tabel 4.6
Hasil Pengukuran dengan Penambahan Reflektor Sudut 600 ................................................................................ 49
Tabel 4.7
Hasil Pengukuran dengan Penambahan Reflektor Sudut 700 ................................................................................ 50
Tabel 4.8
Hasil Pengukuran dengan Sudut Tambahan pada Jam 12.00................................................................................ 51
Tabel 4.9
Hasil Perhitungan Keluaran Daya Modul Surya Berdasarkan Kemiringan Modul Surya ....................................................... 53
Tabel 4.10
Hasil Perhitungan Keluaran Daya Modul Surya pada sudut 100 Tanpa Penambahan Reflektor ......................................... 53
Tabel 4.11
Hasil Perhitungan Keluaran Daya Modul Surya dengan Penambahan Reflektor Sudut 500 ........................................... 54
Tabel 4.12
Hasil Perhitungan Keluaran Daya Modul Surya dengan Penambahan Reflektor Sudut 600 ......................................... 55
xii Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.13
Hasil Perhitungan Keluaran Daya Modul Surya dengan Penambahan Reflektor Sudut 700 .......................................... 55
Tabel 4.14
Hasil Perhitungan Daya Keluaran Modul Surya dengan Sudut Tambahan pada Jam 12.00 ..................................................... 56
Tabel 4.15
Hasil Perhitungan Efisiensi Panel Surya tanpa Reflektor ...... 58
Tabel 4.16
Hasil Perhitungan Efisiensi Panel Surya dengan Reflektor Sudut 500 ................................................................................ 59
Tabel 4.17
Hasil Perhitungan Efisiensi Panel Surya dengan Reflektor Sudut 600 ................................................................................ 59
Tabel 4.18
Hasil Perhitungan Efisiensi Panel Surya dengan Reflektor Sudut 700 ................................................................................ 60
xiii Universitas Sumatera Utara
