Dasar Teori Photovoltaic

5/26/2018 Dasar Teori Photovoltaic

1/19

7

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Energi MatahariMatahari merupakan bola yang tersusun oleh materi gas yang sangat panas

dengan diameter 1,39x109m. Matahari merupakan benda langit dengan energi

yang sangat besar. Energi diproduksi pada bagian dalam matahari dan terkirim ke

permukaan yang kemudian teradiasi ke luar angkasa. Bagian inti, yang terdiri dari

40% massa matahari, dapat membangkitkan 90% dari total energi keseluruhan

yang dapat dibangkitkan. Semakin ke permukaan bola, suhu mengalami

penurunan yang sangat besar, hingga 135.000 K dari inti matahari.[8]

Matahari merupakan sumber utama bagi kehidupan di bumi, sumber

energi yang dihasilkan oleh matahari berupa energi panas dan energi cahaya yang

dipergunakan makhluk hidup untuk memenuhi kebutuhan hidupnya. Bumi

menerima 175 x 105Watt radiasi surya pada atmosfer terluar. Kurang lebih 30%

dari total radiasi surya terefleksi kembali ke ruang angkasa, dimana 70% sisanya

terserap oleh awan, lautan, dan juga daratan.[8]

Salah satu pemanfaatan energi cahaya matahari yang sekarang sedang

dikembangkan adalah konversi energi cahaya matahari menjadi energi listrik yang

ramah lingkungan dengan menggunakan teknologi photovoltaicyang terdiri dari

sel sel surya yang terbuat dari bahan semikonduktor seperti silikon. Pada

kondisi yang cerah dengan radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi

sebesar 1000 Watt/m2 dengan temperatur sebesar 25o C maka panel surya yang

mempunyai luasan sebesar 1m2 dan efisiensi sebesar 10% dapat menghasilkan

energi listrik sebesar 100 Watt.[16]

2.2 Potensi Energi Matahari di IndonesiaIndonesia merupakan negara yang dilewati oleh garis katulistiwa sehingga

Indonesia mempunyai iklim tropis dan mempunyai 2 musim dalam setahun yaitu


2/19

8

musim penghujan pada bulan Oktober hingga bulan Maret, dan musim kemarau

pada bulan April hingga bulan September. Kedua hal ini merupakan modal utama

bagi Indonesia untuk mengembangkan teknologi photovoltaic karena membuat

intensitas penyinaran matahari di Indonesia relatif konstan setiap tahun sebesar

4,5 kWh/m2/hari.[3]

Lamanya waktu siang dan malam di negara Indonesia besarnya sama yaitu

sebesar 12 jam sehingga negara Indonesia mempunyai potensi penyinaran

matahari yang relatif konstan dan merupakan potensi bagi negara Indonesia untuk

mengembangkan teknologi photovoltaic sebagai salah satu teknologi terbarukan

pengganti teknologi konvensional yang masih banyak digunakan oleh Indonesia

sebagai sumber utama untuk memenuhi kebutuhan listrik di Indonesia. Potensi

energi matahari di berbagai belahan bumi dapat dilihat pada Gambar 2.1 berikut :

Gambar 2.1 Besar rata-rata energi radiasi cahaya diberbagai belahan bumi

Data dari potensi energi matahari dari radiasi matahari yang dapat diterima di

wilayahwilayah Indonesia adalah sebagai berikut (Utami, 1999)[13]:

Wilayah kepulauan timur seperti Sulawesi dan Bali Barat dan Papua Timur,secara umum dapat dikatakan kering dapat menerima radiasi matahari

tertinggi sebesar 66,5 kWh/m2/hari.


3/19

9

Daerah pegunungan di Papua, Sulawesi dan Jawa, yang terkadang berkabutpada siang hari dapat menerima radiasi matahari sebesar 4,5 5,5kWh/m2/hari.

Kawasan dataran rendah seperti di pulau Kalimantan, Jawa dan Sumatera,yang merupakan daerah rawa-rawa dan hutan lebat dapat menerima radiasi

matahari sebesar 45 kWh/m2/hari.

2.3 Intensitas Radiasi MatahariIntensitas radiasi matahari merupakan banyaknya energi yang diterima

bumi per satuan luas per satuan waktu (Wh/m2) yang nilainya berubah ubah

tergantung pada beberapa faktor, seperti letak astronomis suatu tempat terutama

garis lintang lokasi, gerak semu harian,tahunan matahari, dan keadaan atmosfir

bumi.[6]

Gerak semu harian matahari mempengaruhi pergantian siang dan malam

sehingga mempengaruhi besar intensitas radiasi matahari yang dapat diterima oleh

bumi setiap jamnya sedangkan gerak semu tahunan matahari mempengaruhi

pergantian musim yang terjadi pada belahan bumi di dunia setiap tahun sehingga

mempengaruhi besar intensitas radiasi matahari yang dapat diterima oleh bumi

setiap bulan. Gerak semu tahunan matahari dapat dilihat pada Gambar 2.2 berikut.

Gambar 2.2 Gerak semu tahunan matahari


4/19

10

Radiasi matahari yang dapat diterima oleh panel surya dibagi menjadi 3

jenis, yaitu[4]:

a. Radiasi langsung (direct radiation atau beam radiation) yaituintensitas radiasi matahari yang langsung diterima di permukaan bumi.

b. Radiasi tersebar (diffuse radiation) yaitu radiasi matahari yangditerima di permukaan bumi karena pantulan awan dan partikel di

atmosfer bumi.

c. Radiasi pantulan yaitu radiasi yang dipantulkan oleh permukaan yangberdekatan, besarnya dipengaruhi oleh reflektansi permukaan yang

berdekatan.

Gambar 2.3 Jenisjenis radiasi matahari yang diterima di permukaan bumi

Intensitas radiasi cahaya matahari merupakan salah satu faktor yang

mempengaruhi besarnya daya yang dihasilkan oleh panel surya. Besar intensitas

radiasi matahari yang jatuh di permukaan bumi dan panel surya dapat dihitung

dengan menggunakan parameter parameter sudut tentang letak kedudukan

matahari dan posisi matahari[8], sebagai berikut :

a. Sudut datang () adalah sudut antara sinar datang dengan garis normalpada permukaan sebuah bidang.

b. Sudut deklinasi () yaitu sudut yang dibentuk oleh garis radial ke pusatbumi pada suatu lokasi dengan proyeksi garis pada bidang ekuator.


5/19

11

Besarnya sudut deklinasi berubah ubah bergantung pada gerak semu

tahunan matahari besarnya antara +23,45ohingga23,45o.

c. Sudut zenit (z) adalah sudut yang dibuat oleh garis vertikal ke arah zenitdengan garis ke arah titik matahari.

d. Sudut azimut () yaitu sudut yang dibuat oleh garis bidang horisontalantara garis selatan dengan proyeksi garis normal pada bidang horisontal

dengan arah selatan sebagai arah acuannya.Sudut azimut yang paling tepat

untuk menerima radiasi matahari untuk belahan bumi utara adalah 0o

dimana panel surya diletakkan menghadap ke arah selatan menghadap

garis khatulistiwa dan untuk belahan bumi selatan 180o dimana panel

surya diletakkan menghadap ke arah utara menghadap garis

khatulistiwa.[8]

(a) (b)Gambar 2.4 (a) Sudut azimut panel surya sebesar 45

o(b) Sudut azimut panel surya sebesar 180

o

dan 0o.

e. Sudut kemiringan / slope () adalah sudut kemiringan yang dibuat olehpermukaan bidang panel surya terhadap garis horisontal.

Gambar 2.5 Sudut kemiringan panel surya (slope)

0o

S

270o

E

180o

N

90o

W


6/19

12

Hubungan antara sudut sudut yang mempengaruhi besarnya radiasi

matahari yang diterima oleh panel surya dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.6 Parameter sudut letak kedudukan matahari dalam bidang horisontal

Gambar 2.6 merupakan dasar dalam pembuatan persamaan untuk besar sudut

sinar datang matahari terhadap panel surya sebagai berikut :

cos = sin sin cos - sin cos sin cos + cos cos cos cos + cos

sin sin cos cos + cos sin sin sin (2.1)

Besarnya sudut datang matahari untuk belahan bumi bagian utara adalah

saat dipasang dengan sudut azimut sebesar 0omenghadap ke arah selatan sehingga

persamaan 2.1 menjadi :

cos = cos(- ) cos cos + sin (- ) sin (2.2)

Sudut azimut pemasangan panel surya untuk belahan bumi selatan yang paling

tepat untuk menerima radiasi matahari adalah 180o dengan panel surya

dihadapkan ke arah utara sehingga persamaan sudut sinar datang pada persamaan

2.1 menjadi :

cos = cos(+ ) cos cos + sin (+ ) sin (2.3)

Sudut zenit dan sudut deklinasi matahari dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan 2.4 dan persamaan 2.5 berikut.


7/19

13

cos z= cos cos cos + sin sin (2.4)

= 23,45 sin[ 360284+

365 ] (2.5)Dimana :

= sudut sinar datang matahari( o)

z= sudut zenith matahari (o)

= sudutslopepanel surya (o)

= sudut lintang lokasi penempatan panel surya (o)

= sudut jam matahari (bernilai negatif untuk waktu pagi hari, positif untuk

waktu sore hari, dan 0o untuk siang hari, dengan selisih 15osetiap jamnya)

= sudut azimuth panel surya (o)

= sudut deklinasi matahari (o)

n = hari kedalam satu tahun ( 1 Januari = 1 dan 31 Desember = 365)

Radiasi matahari ekstrateristrial adalah radiasi matahari yang diterima di

atas permukaan bumi per satuan waktu yang dapat diperoleh dengan

menggunakan persamaan dari Duffie dan Beckmen (1991)[8], yaitu :

= (1 + 0.033 cos360

365 ) (2.6) = 243600 (1 + 0.033 cos(360

365

)) (cos cos sin + 180 sin sin ) = acos( tan tan ) (2.7)Dimana :

= radiasi matahari ekstraterestrial (MJ/m2) = sudut surya terbenam ( o) = konstanta matahari (1.367 W/m2)

Indeks kecerahan rata rata per bulan dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan 2.8 berikut.

= (2.8) = 1.391 3.560 + 4.1892 2.137 3 ; 81.4 (2.9)

= 1.311 3.022 + 3.4272 1.821 3 ; > 81.4 (2.10)

adalah radiasi total yang sebanding dengan radiasi ekstraterestrial padahari yang direkomendasikan dalam satu bulan yang terdapat pada Tabel 2.1


8/19

14

(MJ/m2), adalah radiasi bulanan pada saat pengukuran, dan merupakan

indeks kecerahan rata rata setiap bulan dan merupakan kompenen dariradiasi langsung dan tersebar untuk perhitungan radiasi rata rata matahari yang

dapat diterima oleh panel surya per bulan yang dihitung sesuai dengan persamaan

CollaresPereira dan Rabl.

Tabel 2.1 Hari yang direkomendasikan dalam satu bulan untuk perhitungan radiasi matahari yang

diterima panel surya per bulan oleh Klein[8]

Bulannhari

Rata - Rata hari dalam

setahun

dalam setahun tanggal n

Januari i 17 17

Februari 31+i 16 47

Maret 59+i 16 75

April 90+i 15 105

Mei 120+i 15 135

Juni 151+i 11 162

Juli 181+i 17 198

Agustus 212+i 16 228

September 243+i 15 258

Oktober 273+i 15 288

November 304+i 14 318

Desember 334+i 10 344

Radiasi rata rata matahari yang dapat diterima permukaan panel surya

dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dari Liu dan Jordan sebagai

berikut[4]:

= + 1+cos 2 + 1cos

2 (2.11)

Radiasi rata rata matahari yang dapat diterima oleh panel surya setiap bulan

dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut [8].

= = 1 +

1+cos 2

+ 1cos 2 (2.12) = (2.13)

adalah radiasi yang dapat diterima oleh permukaan panel surya setiapbulan (MJ/m2/hari), adalah radiasi langsung (MJ/m2/hari), adalah radiasitersebar (MJ/m

2/hari), adalah radiasi total di permukaan bumi (MJ/m2/hari),

adalah radiasi ratarata matahari yang terukur setiap bulan (MJ/m2/hari).


9/19

15

merupakan perbandingan antara sudut sinar datang matahari dengansudut zenith matahari. marupakan salah satu faktor yang berpengaruh untukmenghitung radiasi langsung matahari yang dapat diterima oleh panel surya.

= cos cos (2.14)Besarnya nilai sudut sinar datang matahari (cos ) dan sudut zenit

matahari (cos z) per bulan dapat dihitung dengan menggunakan integral dari

persamaan 2.1 dan 2.4 sehingga menjadi :

cos = s sin sin cos - s sin cos sin cos + cos cos cos sins + cos sin sin cos sin s cos sin sin cos s (2.15)

cos z= cos cos sin s + (/180) s sin sin (2.16)

dimana s merupakan rata rata sudut surya terbenam per bulan yang dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan :

= min acos( tan tan )acos( tan tan untuk belahan bumi utara (2.17)

= min acos( tan tan )acos( tan + tan untuk belahan bumi selatan (2.18)

tanda min pada persamaan 2.17 dan 2.18 mempunyai arti dimana yangdigunakan untuk mengitung sinar datang yang terdapat pada persamaan 2.15

merupakan nilai yang paling minimal dari kedua persamaan yang berada di dalam

kurung pada persamaan 2.17 dan 2.18.

2.4 PhotovoltaicPhotovoltaic merupakan salah satu teknologi terbarukan yang

memanfaatkan energi cahaya matahari dan mengubahnya menjadi energi listrik

searah. Satuan terkecil dari sistem photovoltaicadalah sel surya yang terbuat dari

bahan semikonduktor seperti silikon yang dapat berperan sebagai isolator jika sel

surya mendapatkan energi matahari yang rendah dan temperatur tinggi dan juga


10/19

16

dapat berfungsi sebagai bahan konduktor pada saat sel surya tersebut mendapat

energi matahari yang tinggi dan temperatur yang rendah.

Gabungan dari sel sel surya akan membentuk panel surya sedangkan

gabungan dari panelpanel surya (module) ini akan membentuk larik sel surya

(array)[9]. Susunan dari sistem photovoltaic dapat dilihat pada Gambar 2.7

berikut.

Gambar 2.7 Susunan sistemphotovoltaic

2.4.1 Sel Surya[1][16]Sel surya merupakan komponen terkecil didalam sistem energi surya

photovoltaic. Sel surya terbuat dari bahan semikonduktor seperti silikon. Bahan

semikonduktor memiliki konduktivitas yang terletak diantara bahan isolator dan

bahan konduktor. Konduktivitas dari bahan semikonduktor secara umum peka

terhadap temperatur, dan iluminasi sehingga pada bahan semikonduktor dapat

bersifat sebegai konduktor atau isolator bergantung pada temperatur dan energi

dari iluminasi yang diterima oleh bahan semikonduktor tersebut.

Pada material semikonduktor terdapat tingkatan-tingkatan energi yang

disebut dengan pita energi. Pita energi terbagi menjadi dua yaitu pita valensi dan

pita konduksi. Pita valensi adalah pita yang pada awalnya terisi penuh dengan

elektron-elektron didalamnya, sedangkan pita konduksi adalah pita yang tidak


11/19

17

terdapat elektron didalamnya yang berada diatas celah energi. Celah energi yang

memisahkan kedua pita tersebut disebut juga sebagai energy bandgap (Eg).

(a) (b) (c)Gambar 2.8 Sifat-sifat material

(a) Isolator(b) Semikonduktor(c) Konduktor

Bahan isolator memiliki tingkat celah energi yang tinggi (Eg= 6eV). Celah

energi yang lebar ini memisahkan pita valensi yang penuh elektron dengan pita

konduksi yang tidak memiliki elektron. Jika terdapat energi medan listrik yang

diterapkan lebih kecil dari celah energi maka elektron tidak dapat berpindah dari

pita valensi ke pita konduksi karena celah energi yang sangat tinggi sehingga

tidak memungkinkan terjadinya perpindahan elektron di dalam bahan isolator.

Bahan konduktor memiliki tingkatan celah energi yang berhimpit yang

memisahkan pita valensi yang penuh elektron dengan pita konduksi yang tidak

memiliki elektron. Jika bahan konduktor dikenai oleh medan litrik sehingga

menimbulkan elektron mempunyai energi untuk berpindah dari pita valensi ke

pita konduksi sehingga memungkinkan terjadinya arus listrik pada bahan

konduktor.

Bahan semikonduktor adalah bahan yang dapat bersifat sebagai isolator

dan sebagai konduktor. Bahan semikonduktor memiliki lebar celah energi yang

relatif kecil (1eV). Jika terdapat energi medan listrik yang diterapkan pada bahan

semikonduktor tersebut cukup untuk memindahkan elektron dari pita valensi ke

pita konduksi maka proses penghantaran akan berlangsung pada bahan sehingga


12/19

18

bahan semikonduktor bersifat seperti bahan konduktor. Jika energi medan listrik

yang diterapkan lebih kecil dari energi pada celah energi sehingga elektron tidak

dapat berpindah dari pita valensi ke pita konduksi maka proses penghantaran tidak

akan terjadi pada bahan tersebut sehingga bahan mempunyai sifat sebagai isolator.

Struktur kristal bahan semikonduktor merupakan perulangan yang teratur

dalam tiga dimensi dari suatu sel tetrahedron dengan sebuah atom pada bagian

sudutnya salah satunya silikon. Silikon memiliki empat elektron valensi sehingga

terdapat gaya ikatan antara atom yang berdekatan, ikatan ini disebut ikatan

kovalen yang digunakan untuk mengikat elektron yang berada disekitar inti.

Perubahan energi photovoltaic bergantung pada kuantum alami cahaya yang

membawa, energi diberikan pada persamaan dibawah ini :

= (2.20)Dimana :

h = konstanta Plank(6,6x10-34J/s)

c = kecepatan cahaya (3x108m/s)

= panjang gelombang cahaya (m)

Gambar 2.9 Prinsip kerja selphotovoltaic

Energi dari cahaya matahari disebut juga sebagai foton. Gambar 2.9

terlihat ketika foton diserap oleh material semikonduktor maka energi foton akan

membentur elektron di dalam semikonduktor sehingga beberapa elektron ini akan


13/19

19

mendapatkan energi yang cukup untuk meninggalkan pita valensi dan berpindah

ke pita konduksi. Ketidakadaan elektron pada pita valensi akibat perpindahan

elektron ke pita konduksi tersebut akan menghasilkan ikatan kovalen yang tidak

lengkap yang sering disebut holeatau lubang seperti pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Proses pelepasan elektron pada silikon

Ikatan kovalen yang tidak lengkap yang berisi hole atau lubang akan

membuat elektron valensi suatu atom relatif lebih mudah untuk meninggalkan

ikatan kovalennya dan mengisi hole ini. Suatu elektron valensi yang

meninggalkan ikatan kovalennya untuk mengisi hole akan membentuk hole

pada ikatan kovalen yang ditinggalkan dan ikatan ini akan diisi oleh elektron dari

atom lain yang berpindah untuk mengisi holeyang kosong dan membentuk hole

lain sehingga pembentukan hole pada suatu atom akan berpindah berlawanan

dengan gerak elektron. Pergerakan hole dari suatu titik merupakan proses

pemindahan muatan negatif dalam arah yang berlawanan. Holepada suatu atom

merupakan muatan positif yang besarnya sama dengan elektron sehingga arus

dapat dihasilkan melalui dua hal yaitu pergerakan elektron bebas pada pita

konduksi dan pergerakan elektron akibat pembentukan hole pada pita valensi.

Pergerakan elektron dari kedua pita energi akan mengakibatkan timbulnya arus

pada terminal sel surya yang terhubung dengan beban.


14/19

20

Besarnya pasangan elektron dan hole yang dihasilkan, dan besarnya arus

yang dihasilkan tergantung pada intensitas cahaya maupun panjang gelombang

cahaya yang jatuh pada sel surya. Intensitas cahaya menentukan jumlah foton,

semakin besar intensitas cahaya yang mengenai permukaan photovoltaic makin

besar pula energi foton yang diterima elektron pada pita valensi sehingga semakin

banyak pasangan elektron dan hole yang dihasilkan yang akan mengakibatkan

semakin besarnya arus yang dihasilkan.

Teknologi sel surya pada dasarnya dibagi menjadi 2 macam yaitu

teknologi plat datar dan teknologi konsentator. Teknologi yang sering digunakan

secara komersial adalah teknologi plat datar karena lebih ekonomis daripada

teknologi konsentator. Teknologi sel surya tipe plat datar dibagi menjadi 2 macam

yaitu :

a. CrystallineTeknologi sel surya tipe ini mempunyai kelebihan yaitu tingkat efisiensi

yang relatif tinggi akan tetapi mempunyai kelemahan yaitu bentuk fisik yang

sangat kaku sehingga membutuhkan lebih banyak tenaga kerja pada saat

pemasangan panel surya.

Tipe crystallinedibagi lagi menjadi 2 macam, yaitu[14]:

1. Monocrystalline (Mono Si)Sel surya tipe ini dibuat dari silikon kristal tunggal yang

didapat dari peleburan silikon dalam bentuk bujur kemudian dipotong

tipis tipis menjadi wafer mono-crystalline.Efisiensi yang dapat

dihasilkan oleh monocrystallinecukup tinggi yaitu sekitar 24%.

2. Poly- crystalline / Multi crystalline (Si)Dibuat dari peleburan silikon dalam tungku keramik, kemudian

didinginkan perlahan untuk mendapatkan bahan campuran silikon

yang akan timbul di atas lapisan silikon sehingga akan langsung

menghasilkan wafer poly crystalline sehingga membuat harga

pembuatan poly crystalline lebih murah dibandingkan dengan tipe

mono crystalline. Kekurangan dari teknologi ini adalah tingkat

efisiensi yang lebih kecil daripada mono

crystalline yaitu sebesar


15/19

21

18% karena selama pemadatan menghasilkan cacat pada wafer poly

crystalline.

b. ThinfilmTeknologi tipe thin- siliconmempunyai silikon yang tersimpan dalam film

yang sangat tipis sehingga mudah dalam pemasangannya tetapi kekurangan dari

teknologi ini adalah efisiensi dari konversi energi matahari menjadi energi listrik

yang masih rendah dan harganya relatif lebih mahal daripada tipe crystalline.

Contoh dari teknologi thin film adalah teknologi Amorphous Silicon (a-Si),

Cadmiun Telluride(CdTe), dan Copper Indium Diselenide(CIS) .

2.4.2 Karakteristik V-I[11][12]Karakteristik keluaran dari sistem photovoltaic dapat dilihat dari kurva

performansi yang disebut dengan kurva V-I. Kurva V-I menunjukkan hubungan

antara tegangan dan arus (Ouaschning, 2005).

Gambar 2.11 Kurva karakteristik V-I[13]

Gambar 2.11 menunjukkan karakteristik kurva V-I dimana tegangan (V)

sebagai sumbu horizontal dan arus (I) sebagai sumbu vertikal. Kurva V-I

diberikan dalam kondisi standar (STC) dimanaintensitas radiasi matahari sebesar

1.000 Watt/m2dengan suhu sebesar 25oC.

Jika pada terminal sel dihubungkan dengan menggunakan resistansi R,

maka titik operasi ditentukan menggunakan titik potong kurva karakteristik V-I

photovoltaicdengan kurva karakteristik beban seperti yang terlihat pada gambar

2.11. Apabila suatu tahanan R ditempatkan langsung pada terminal photovoltaic,


16/19

22

arus yang dihasilkan dapat diperoleh pada perpotongan garis beban yang

didefinisikan sebagai V = I.R. Kondisi hubung singkat (short circuit) pada sel

surya terjadi apabila nilai tahanan R= 0 sehingga titik operasi sel surya berada

pada titik M pada kurva hubungan V - I dimana tegangan (V) keluaran sama

dengan nol. Sel surya mengalami hubungan terbuka (open circuit) apabila R=

sehingga titik operasi sel surya berada pada titik S dimana arus (I) keluaran sama

dengan nol. Saat beban R bernilai 0 dan akan menghasilkan daya keluaran

sebesar nol juga. Daya maksimum pada sel surya dapat dihasilkan bila sel surya

selalu beroperasi sangat dekat dengan kurva daya maksimum yaitu pada titik

puncaknya.

2.5 Faktor Pengoperasian Photovoltaic[12][14]Besar daya keluaran yang dapat dihasilkan oleh panel surya bergantung

pada beberapa faktor sebagai berikut :

a. Intensitas radiasi matahari.Intensitas radiasi matahari merupakan banyaknya energi yang diterima

bumi per satuan luas per satuan waktu (kWh/m2) yang besarnya berubah ubah

tergantung pada beberapa faktor seperti kedudukan matahari, revolusi bumi,

partikel partikel yang ada didalam atmosfer bumi, dan letak geografis suatu

daerah.

Gambar 2. 12Grafik karakteristik V-I panel surya dengan variasi radiasi matahari


17/19

23

Berdasarkan Gambar 2.12 dapat dilihat hubungan antara besarnya radiasi

matahari yang dapat diterima oleh panel surya terhadap arus dan tegangan

keluaran panel surya adalah berbanding lurus artinya semakin besar radiasi

matahari yang diterima oleh panel surya maka semakin besar pula arus dan

tegangan yang dihasilkan panel surya, begitu pula sebaliknya semakin kecil

radiasi matahari yang dapat diterima oleh panel surya maka semakin kecil juga

arus dan tegangan yang dihasilkan oleh panel surya. Hal ini disebabkan semakin

besar intensitas radiasi yang diterima maka semakin besar energi foton yang

diterima oleh panel surya sehingga perpindahan elektron yang terjadi di dalam sel

surya pun semakin besar. Banyaknya foton yang diserap oleh sel surya akan

menyebabkan elektron di dalam pita valensi akan memperoleh energi yang cukup

besar juga untuk berpindah dari celah energi (energy bandgap) menuju pita

konduksi sehingga proses pembentukan elektron dan hole di dalam sel surya pun

akan semakin banyak sehingga menyebabkan arus keluaran dari panel surya

menjadi semakin besar.[1]

b. Ambient temperatur udara.Hubungan antara temperatur lingkungan pemasangan panel surya akan

dengan besarnya temperatur sel surya adalah berbanding lurus, artinya semakin

besar temperatur lingkungan maka temperatur sel surya semakin besar.

Temperatur sel surya dan lingkungan pemasangan panel surya mempengaruhi

besar tegangan keluaran yang dihasilkan oleh panel surya. Hubungan antara

temperatur terhadap tegangan keluaran panel surya adalah berbanding terbalik,

artinya semakin tinggi temperatur lingkungan pemasangan panel surya dan

temperatur sel surya maka tegangan keluaran yang dihasilkan oleh panel surya

akan semakin turun, begitu pula sebaliknya semakin rendah temperatur

lingkungan pemasangan panel surya dan temperatur sel surya maka tegangan

keluaran yang dihasilkan akan semakin tinggi. Besar tegangan keluaran panel

surya yang dihasilkan oleh panel surya dengan variasi temperatur sesuai dengan

batas temperatur kerja masing masing jenis panel surya. Hal ini dapat terlihat

pada Gambar 2.13 berikut.


18/19

24

Gambar 2.13 Grafik karakteristik V-I panel surya berdasarkan perubahan temperatur

Berdasarkan Gambar 2.13 terlihat bahwa sebuah panel surya dapat

beroperasi secara maksimum saat bekerja pada kondisi standarnya (STC) yaitu

pada temperatur 25oCelsius dengan intensitas radiasi yang diterima sebesar 1.000

Watt/m2. Kenaikan temperatur lebih dari 25o Celsius pada panel surya dapat

menurunkan tegangan keluaran dari panel surya sehingga dapat menurunkan daya

yang dihasilkan oleh panel surya tersebut.

Pengaruh temperatur lingkungan terhadap tegangan keluaran panel surya

tersebut dapat terjadi karena beberapa faktor yang menyebabkan hal tersebut

terjadi. Salah satunya adalah akibat pergerakan hole yang akan menurun secara

signifikan ketika temperatur permukaan panel surya meningkat. Peningkatan

temperatur juga menyebabkan pita pada celah energi (energy bandgap) pada

material konduktor semakin besar sehingga elektron dalam pita valensi

semikonduktor membutuhkan energi foton yang lebih besar untuk melalui celah

energi didalam material semikonduktor tersebut dan berpindah ke pita konduksi.[1]

c. Kecepatan angin yang bertiup di sekitar lokasi pemasangan panel surya.Semakin kencang angin yang bertiup maka semakin cepat membantu

proses pendinginan pada permukaan temperatur panel surya sehingga

menyebabkan temperatur permukaan panel surya semakin rendah. Jika temperatur

permukaan panel surya semakin rendah maka tegangan yang dihasilkan oleh

panel surya juga akan semakin besar, begitu pula sebaliknya jika angin yang


19/19

25

bertiup di sekitar panel surya rendah maka tegangan keluaran panel surya akan

semakin rendah karena temperatur sel surya menjadi tinggi.

d. Keadaan atmosfir bumi.Keadaan atmosfir bumi yang mempengaruhi daya keluaran panel surya

adalah keadaan cuaca, cerah, berawan, jenis partikel debu udara, asap, uap air

udara (Rh), kabut daan polusi udara juga menentukan hasil maksimal untuk arus

listrik yang dihasilkan oleh panel surya.

e. Orientasi panel surya ke arah matahari secara optimal.Panel surya yang terdapat pada bagian utara belahan bumi sebaiknya panel

suryadiorientasikan 0omenghadap ke arah selatan menghadap garis khatulistiwa

untuk menerima radiasi matahari yang paling tinggi. Sebaliknya panel surya

dipasang pada belahan bumi bagian selatan maka panel surya sebaiknya

diorientasikan sebesar 180o menghadap ke arah utara menghadap ke garis

khatulistiwa agar panel surya dapat mendapatkan radiasi matahari yang paling

tinggi.

f. Sudut datang matahari (tilt angle)Radiasi matahari yang diterima oleh panel surya dapat maksimal jika

besarnya sudut datang matahari terhadap panel surya sebesar 90o. Sehingga

pemasangan panel surya harus dipasang dengan sudut kemiringan sedemikian

rupa agar sudut datang matahari yang diterima oleh panel surya dapat maksimal.

Gambar 2. 14 Sudut orientasi matahari terhadap panel surya

Documents

Dasar Teori Photovoltaic