PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian...

14
i 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

Transcript of PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian...

Page 1: PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian Widodo_JUDUL.pdf · static solar cell panels, then at the end of this research task will be

i

PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC

DI WILAYAH PURWOKERTO

HALAMAN JUDUL

SKRIPSI

Skripsi diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelarSarjana Teknik Elektro

Disusun Oleh :

MAULDIAN WIDODO

1203030006

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO

2017

Page 2: PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian Widodo_JUDUL.pdf · static solar cell panels, then at the end of this research task will be

Pengujian Sudut Kemiringan..., Mauldian Widodo, Fakultas Teknik UMP, 2017

Page 3: PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian Widodo_JUDUL.pdf · static solar cell panels, then at the end of this research task will be

Pengujian Sudut Kemiringan..., Mauldian Widodo, Fakultas Teknik UMP, 2017

Page 4: PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian Widodo_JUDUL.pdf · static solar cell panels, then at the end of this research task will be

Pengujian Sudut Kemiringan..., Mauldian Widodo, Fakultas Teknik UMP, 2017

Page 5: PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian Widodo_JUDUL.pdf · static solar cell panels, then at the end of this research task will be

v

INTISARI

Pemanfaatan energi matahari dalam pembangkitan energi listrik telahbanyak dilakukan dengan menggunakan panel sel surya, namun panel sel suryayang terpasang selama ini masih bersifat statis (tidak mengikuti pergerakanmatahari). Untuk mengatasi keterbatasan pada panel surya yang statis, maka akandilakukan pengujian panel sel surya yang dapat mengikuti pergerakan mataharimenggunakan perhitungan lintang, sudut deklinasi, sudut jam matahari, sudutazimuth matahari, dan sudut kemiringan dengan mengubah posisi kemiringanpanel 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). Kemudianmembandingakan berapa nilai arus hubung singkat (Isc), tegangan rangakianterbuka (Voc), dan daya keluaran (Pout) pada panel surya (photovoltaic) saat posisimengikuti arah pergerakan matahari dengan panel surya saat posisi horizontal.

Dari hasil pengujian panel surya (photovoltaic) yang telah dilakukan, sudutoptimal yang diukur di wilayah Purwokerto berkisar antara -22̊ sampai 0̊, padapukul 11:00 sampai dengan 12:00 dan daya yang dihasilkan sebesar 42,6 Watthingga 46,5 Watt. Panel surya mengikuti pergerakan arah matahari menghasilkannilai yang lebih besar dibandingan panel surya dengan posisi horisontal (diam),hal ini dikarenakan panel surya saat mengikuti arah pergerakan matahari akanselalu memposisikan menghadap matahari sehingga akan tetap dapat menangkappancaran matahari secara maksimal.

Kata kunci: Panel surya(photovoltaic), sudut deklinasi, sudut jam matahari, sudutazimuth matahari, slope.

Pengujian Sudut Kemiringan..., Mauldian Widodo, Fakultas Teknik UMP, 2017

Page 6: PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian Widodo_JUDUL.pdf · static solar cell panels, then at the end of this research task will be

vi

ABSTRACT

Utilization of solar energy in electric energy generation have been carriedout by using solar cell panels, but solar cell panels are installed for this is still tobe static (not following the movement of the sun). To overcome the limitations ofstatic solar cell panels, then at the end of this research task will be designed solarcell 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 changingthe position of the solar panels (photovoltaic) following the movement of the sunAccording to calculation .

The parameters measured during the test are short circuit current (Isc), opencircuit voltage (Voc) and output power (Pout). Then compare the value of shortcircuit current (Isc), open range voltage (Voc), and output power (Pout) on solarpanel (photovoltaic) when the position following the direction of movement of thesun with solar cell panel when horizontal position.

Ftom the result of testing solar cell panel have been done, the optimumangle measured in Purwokerto ranged from -22̊ to 0̊, at 11:00 to 12:00 and thepower generated by 42.6 Watt to 46.5 Watt . Solar panels follow the direction ofthe sun resulting in greater value compared to solar panels with horizontal position(silent), this is because solar panels when following the direction of the movementof the sun will always positioned facing the sun so it will still be able to capture theradiation of the sun to the fullest.

Keyword: Solar panel (photovoltaic), declination angle, sunlight angle, sunazimuth angle, slope.

Pengujian Sudut Kemiringan..., Mauldian Widodo, Fakultas Teknik UMP, 2017

Page 7: PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian Widodo_JUDUL.pdf · static solar cell panels, then at the end of this research task will be

vii

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.

Pengujian Sudut Kemiringan..., Mauldian Widodo, Fakultas Teknik UMP, 2017

Page 8: PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian Widodo_JUDUL.pdf · static solar cell panels, then at the end of this research task will be

viii

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.

Pengujian Sudut Kemiringan..., Mauldian Widodo, Fakultas Teknik UMP, 2017

Page 9: PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian Widodo_JUDUL.pdf · static solar cell panels, then at the end of this research task will be

ix

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

Pengujian Sudut Kemiringan..., Mauldian Widodo, Fakultas Teknik UMP, 2017

Page 10: PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian Widodo_JUDUL.pdf · static solar cell panels, then at the end of this research task will be

x

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

Pengujian Sudut Kemiringan..., Mauldian Widodo, Fakultas Teknik UMP, 2017

Page 11: PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian Widodo_JUDUL.pdf · static solar cell panels, then at the end of this research task will be

xi

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

Pengujian Sudut Kemiringan..., Mauldian Widodo, Fakultas Teknik UMP, 2017

Page 12: PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian Widodo_JUDUL.pdf · static solar cell panels, then at the end of this research task will be

xii

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/m2 ..............................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

Pengujian Sudut Kemiringan..., Mauldian Widodo, Fakultas Teknik UMP, 2017

Page 13: PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian Widodo_JUDUL.pdf · static solar cell panels, then at the end of this research task will be

xiii

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

Pengujian Sudut Kemiringan..., Mauldian Widodo, Fakultas Teknik UMP, 2017

Page 14: PENGUJIAN SUDUT KEMIRINGAN OPTIMAL PHOTOVOLTAIC …repository.ump.ac.id/4098/1/Mauldian Widodo_JUDUL.pdf · static solar cell panels, then at the end of this research task will be

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Data Acuan Untuk Menentukan Sudut Deklinasi Dalam Bulan ..........15

Tabel 2.2 Perbandingan Efisiensi Material Bahan Pembuat Photovoltaic ...........28

Pengujian Sudut Kemiringan..., Mauldian Widodo, Fakultas Teknik UMP, 2017