1004405078-3-BAB II

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

1/20

5

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Mutakhir

Terdapat beberapa penelitian yang mendukung dari tugas akhir ini, dimana

pada penelitian tersebut dijadikan dasar acuan pada penelitian pada tugas akhir

ini.

1. Penelitian ini berjudul “Rancang Bangun Solar Tracker Dengan Sistem

Monitoring Menggunakan Sensor Photodiode Berbasis Arduino Mega

2560” oleh Ade Raspawan ; Program Studi Sistem Komputer Dan

Informatika, Fakultas Teknik, Universitas Udayana ; Bali 2013. Pada

penelitian ini membahas tentang merancang dan membangun sebuah solar

tracker dengan sistem monitoring menggunakan sensor photodiode berbasis

arduino mega 2560 yang digunakan untuk mengikuti pergerakkan matahari

sesuai dengan intensitas cahaya yang diterima oleh sensor cahaya

(photodiode). Pada penelitian ini dilakukan pengujian menggunakan metode

yang dibagi menjadi dua yaitu : Pertama, perancangan perangkat keras

(hardware) yang terdiri dari merancang perangkat elektronika dan merancang

perangkat mekanik. Kedua, perangcangan perangkat lunak. Sehingga,

diperoleh hasil sebagai berikut : 1) Sistem solar tracker berbasis arduino dapat

menggerakkan motor DC gearbox sesuai pergerakkan matahari dengan

menggunakan sembilan buah sensor cahaya yang membaca nilai intensitas

cahaya matahari. 2) Sistem solar tracker berbasis arduino mega 2560 dapat

menghasilkan tegangan optimal jika panel surya berada tegak lurus terhadap

matahari. Panel surya akan digerakkan motor DC gearbox ke sudut yang

memiliki nilai intensitas cahaya tertinggi sehingga panel surya dapat berada

tegak lurus terhadap matahari. 3) Software monitoring pada sistem solar

tracker berbasis arduino mega 2560 dapat memonitor hasil pembacaan sensor,

pergerakkan motor, dan tegangan keluaran yang dihasilkan dari panel surya

dari laptop tanpa harus melihat langsung pada LCD pada rangkaian. 4)

Tegangan rata-rata yang dihasilkan solar tracker berbasis arduino mega 2560

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

2/20

6

adalah 7,99 volt dan tegangan rata-rata panel surya non tracker sebesar 7,35

volt, sehingga sistem solar tracker berbasis arduino mega 2560 memiliki

tegangan yang lebih optimal dibandingkan panel surya non tracker sebesar 8,7

persen.

2. Penelitian ini berjudul “ Rancang Bangun Sistem Tracking Panel Surya

Berbasis Mikrokontroler Arduino” oleh Benny Prabawa; Teknik Elektro;

Fakultas Teknik, Universitas Udayana; Bali, 2015. Pada penelitian ini

membahas rancang bangun sistem tracking panel surya berbasis

mikrokontroler arduino merupakan sebuah alat yang digunakan untuk

mengikuti arah pergerakan matahari setiap jamnya, mulai dari terbit hingga

terbenamnya matahari. Sistem tracking panel surya ini akan mendeteksi

setting waktu yang diinput oleh RTC (Real Time Clock). Metode dalam

pembuatan sistem ini dibagi menjadi dua bagian yaitu pertama perancangan

perangkat keras (hardware) yang terdiri dari perancangan perangkat

elektronika dan perancangan perangkat mekanik. Kedua, perancangan

perangkat lunak (software) pemrograman sistem tracking menggunakan

software arduino. Panel surya digerakkan dengan menggunakan motor servo

yang bergerak sesuai input waktu yang diberikan oleh RTC . Pergerakan panel

surya diatur setiap jam dengan sudut yang telah diuji sehingga posisi panel

surya selalu tegak lurus dengan arah datangnya sinar matahari. Hasil dari

rancang bangun sistem tracking panel surya berbasis mikrokontroler arduino

adalah alat yang dirancang untuk dapat mengikuti pergerakan matahari

berdasarkan waktu.

3. Penelitian ini berjudul “ Peningkatan Suhu Modul Dan Daya Keluaran

Panel Surya Dengan Menggunakan Reflektor” oleh Ihsan; Jurusan Fisika;

Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Alauddin; Makasar, 2013. Penelitian ini

bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu dan daya output panel surya

dengan pemasangan Reflektor. Pengumpulan data dibagi menjadi dua tahap

pengumpulan data pada panel surya tanpa reflector dan pengambilan data

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

3/20

7

pada panel dengan menggunakan reflector. Sudut reflector bervariasi dari 100

hingga 800. Hasil penelitian menunjukan bahwa dalam kondisi normal (tidak

mendung), penambahan reflector pada panel surya menyebabkan peningkatan

intensitas cahaya matahari pada permukaan panel. Peningkatan suhu

menyebabkan peningkatan intensitas modul. Kenaikan suhu modul

menyebabkan peningkatan daya output.

4. Penelitian ini berjudul “Pengaruh Suhu Permukaan Photovoltaic Module 50

Watt Peak Terhadap Daya Keluaran Yang Dihasilkan Menggunakan

Reflektor Dengan Variasi Sudut Reflektor 00,500,600,700,800”. Pada

penelitian ini diujikan PV module tanpa reflektor pada posisi yang

tetap/horizontal terhadap bumi, dan pengukuran terhadap Photovoltaic module

yang diberi reflector dengan variasi sudut 500, 60

0, 70

0, 80

0. Hasil pengujian

menunjukkan bahwa kenaikan suhu diikuti dengan kenaikan daya dan

efisiensi. Daya maksimal yang dicapai yaitu pada pengujian menggunakan

reflektor sudut 70 derajat sebesar 53,67 Watt dengan Efisiensi 15,66% pada

pukul 11:45 WIB (Muchammad, 2010).

2.2 Tinjauan Pustaka

2.2.1 Sel Surya

Sel surya ( photovoltaic) adalah suatu alat semikonduktor yang

menkonversi foton (cahaya) ke dalam listrik. Konversi ini disebut efek

photovoltaic, dengan kata lain efek photovoltaic adalah fenomena dimana suatu

sel photovoltaic dapat menyerap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energilistrik. Efek photovoltaic didefinisikan sebagai suatu fenomena munculnya voltase

listrik akibat kontak dua elektroda yang dihubungkan dengan sistem padatan atau

cairan saat diexpose dibawah energi cahaya.

Dalam menghasilkan energi listrik pada sel surya (energi sinar matahari

menjadi photon) tidak tergantung pada luas bidang silikon dari panel surya.

Secara konstan panel surya akan menghasilkan energi berkisaran kurang lebih 0,5

volt – maksimal 600 mV pada 2 ampere dengan kekuatan radiasi sinar matahari

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

4/20

8

1000 W/m2 sama dengan ‘1 sun’ akan menghasilkan arus listrik (I) sebesar sekitar

30 mA/cm2 per sel surya (Mintorogo,2000).

Energi solar atau radiasi cahaya terdiri dari biasan foton-foton yang

memiliki tingkat energi yang berbeda-beda. Perbedaan tingkat energi dari foton

cahaya inilah yang akan menentukan panjang gelombang dari spektrum cahaya.

Foton yang terserap oleh sel PV inilah yang akan memicu timbulnya energi listrik.

Gambar 2.1 Kontruksi Dasar Sel Surya

Sumber : http://www.solarserver.com

2.2.1.1 Prinsip kerja sel surya ( photovoltaic)

Mekanisme konversi energi cahaya terjadi akibat adanya perpindahan

elektron bebas di dalam suatu atom. Konduktifitas elektron atau kemampuan

transfer elektron dari suatu material terletak pada banyaknya elektron valensi dari

suatu material. Umumnya sel surya menggunakan material semikonduktor sebagai

penghasil elektron bebas. Material semikonduktor adalah suatu padatan (solid )

berupa logam, konduktifitas elektriknya juga di tentukan oleh elektron valensinya.

Berbeda dengan logam yang konduktifitasnya menurun dengan kenaikan

temperature material semikonduktor konduktifitasnya akan meningkat secara

signifikan.

Saat foton dari sumber cahaya menumbuk suatu elektron valensi dari atom

semikonduktor, akan mengakibatkan suatu energi yang cukup besar untuk

memisahkan elektron tersebut terlepas dari struktur atomnya. Elektron yang

terlepas tersebut bermuatan negatif menjadi bebas bergerak di dalam bidang

kristal dan berada pada daerah pita konduksi dari material semikonduktor.

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

5/20

9

Hilangnya elektron mengakibatkan terbentuknya suatu kekosongan pada struktur

kristal yang disebut dengan “hole” dengan muatan positif.

Daerah semikonduktor dengan elektron bebas dan bersifat negatif

bertindak sebagai donor elektron. Daerah ini disebut negatif type (n-type).

Sedangkan daerah semikonduktor dengan hole, bersifat positif dan bertindak

sebagai penerima (acceptor ) elektron. Daerah ini disebut dengan positive type ( p-

type). Ikatan dari kedua sisi positif dan negatif menghasilkan energi listrik internal

yang akan mendorong elektron bebas dan hole untuk bergerak ke arah yang

berlawanan. Elektron akan bergerak menjauhi sisi negatif, sedangkan hole

bergerak menjauhi sisi positif. Ketika (p-n) junction ini di hubungkan dengan

sebuah beban (lampu) maka akan tercipta sebuah arus listrik. Untuk lebih jelas

dapat diperhatikan pada skema sederhana struktur sel surya pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Susunan Lapisan Solar Cell Secara Umum

Sumber : http://rifkymedia.wordpress.com

Silikon adalah suatu material semikonduktor bervalensi empat.

Keunggulan dari silikon adalah memiliki resistifitas yang sangat tinggi hingga

300,000 Ωcm, dan ketersediaan yang banyak di alam. Namun kekurangannya

adalah biaya produksi silicon wafer yang sangat tinggi. Dikarenakan untuk

mendapatkan performa sel surya yang baik dibutuhkan silikon dengan kemurnian

sangat tinggi yaitu di atas 99.9 %. Untuk mengurangi biaya produksi, maka

pengembangan dilakukan dengan meminimalisir material yang digunakan.

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

6/20

10

2.2.1.2 Teknologi solar cell

Unjuk kerja sel surya dalam mengkonversikan energi foton dari sinar

matahari menjadi energi listrik tidak terlepas dari teknologi yang digunakan oleh

sel surya itu sendiri. Teknologi yang dimaksudkan seperti jenis material yang

digunakan sebagai bahan utama pembuatan sel surya, maupun proses/teknologi

pembuatannya. Bahan semikonduktor jenis silikon merupakan bahan yang paling

umum digunakan dalam pembuatan sel surya, meskipun saat ini digunakan juga

jenis bahan seperti cadmium telluride dan copper indium (gallium) di-selenide.

Setiap bahan memiliki karakteristik yang unik dan memiliki pengaruh kuat

terhadap performa sel surya, metode pabrikasi, dan dari segi biaya.

Sel surya salah satunya terbuat dari teknologi irisan silikon (silikon

wafers), pembuatannya dengan cara memotong/mengiris tipis silikon dari balok

batang silikon. Sel surya juga bisa terbuat dari teknologi film tipis biasa disebut

thin film technologies, dimana lapisan tipis dari bahan semikonduktor diendapkan

pada low-cost substrates. Sel surya selanjutnya digolongkan sesuai dengan

batasan struktur dari bahan semikonduktornya seperti, mono-crystalline, multi-

crystalline (poly-crystalline) atau amorphous material.

Gambar 2.3 Kelas Teknologi Sel SuryaSumber: Solar Guide Book (IFC) 2012 P. 26

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

7/20

11

a. Crystalline Silikon (c-Si)

Teknologi pertama yang berhasil dikembangkan oleh para peneliti adalah

teknologi yang menggunakan bahan silikon kristal tunggal. Teknologi ini mampu

menghasilkan sel surya dengan efisiensi yang sangat tinggi. Teknologi crystalline

silikon (c-Si) dibagi menjadi dua yaitu monocrystalline dan multi-crystalline

( poly-crystalline).

Monocrystalline

Sel monocrystalline biasanya terbuat dari batang silikon tunggal berbentuk

silinder, yang kemudian diiris tipis menjadi bentuk wafers dengan ketebalan

sekitar 200-250 µm, dan pada permukaan atasnya dibuat alur-alur mikro

(microgrooves) yang bertujuan untuk meminimalkan rugi-rugi refleksi atau

pantulan.keunggulan utama dari jenis ini yaitu efisiensinya yang lebih baik (14-

17%), serta lebih tahan lama (efektif hingga 20 tahun lebih penggunaan).

Gambar 2.4 Panel Monocrystalline Silikon

Sumber: ABB QT Vol. 10 P. 12

Polycrystalline

Polycrystalline terbuat dari batang silikon yang dihasilkan dengan cara

dilelehkan dan dicetak oleh pipa paralel, lalu wafers sel surya ini biasanya

berbentuk persegi dengan ketebalan 180-300 µm. Polycrystalline dibuat dengan

tujuan untuk menurunkan harga produksi, sehingga memperoleh sel surya dengan

harga yang lebih murah, namun tingkat efisiensi sel surya ini tidak lebih baik dari

polycrystalline yaitu sebesar 12-14%.

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

8/20

12

Gambar 2.5 Panel Polycrystalline Silikon


b. Lapisan tipis (thin film)

Teknologi kedua adalah sel surya yang dibuat dengan teknologi lapisan

tipis (thin film). Teknologi pembuatan sel surya dengan lapisan tipis ini

dimaksudkan untuk mengurangi biaya pembuatan solar sel mengingat teknologi

ini hanya menggunakan kurang dari 1% dari bahan baku silikon jika dibandingkan

dengan bahan baku untuk tipe silikon wafer . Metode yang paling sering dipakai

dalam pembuatan silikon jenis lapian tipis ini adalah dengan plasma-enhanced

chemical vapor deposition (PEVCD) dari gas silane dan hidrogen. Lapisan yang

dibuat dengan metode ini menghasilkan silikon yang tidak memiliki arah orientasi

kristal atau yang dikenal sebagai amorphous silikon (non kristal).

Selain menggunakan material dari silikon, sel surya lapisan tipis juga

dibuat dari bahan semikonduktor lainnya yang memiliki efisiensi solar sel tinggi

seperti Cadmium Telluride (Cd Te) Amorphous Silikon (a-Si), Cadmium Sulfide

(CdS), Gallium Arsenide (GaAs), Copper Indium Selenide (CIS), dan Copper

Indium Gallium Selenide (CIGS). Efisiensi tertinggi saat ini yang bisa dihasilkan

oleh jenis solar sel lapisan tipis ini adalah sebesar 19,5% yang berasal dari solar

sel CIGS. Keunggulan lainnya dengan menggunakan tipe lapisan tipis adalah

semikonduktor sebagai lapisan solar sel bisa dideposisi pada substrat yang lentur

sehingga menghasilkan device solar sel yang fleksibel.

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

9/20

13

Gambar 2.6 (a) Modul surya jenis thin film, (b) struktur thin film dengan bahan CdTe-CdS


2.2.2 Modul Surya

Modul surya atau Photovoltaic Module merupakan komponen PLTS yang

tersusun dari beberapa sel surya yang dirangkai sedemikian rupa, baik dirangkai

seri maupun paralel dengan maksud dapat menghasilkan daya listrik tertentu dan

disusun pada satu bingkai ( frame) dan dilaminasi atau diberikan lapisan

pelindung. Kemudian susunan dari beberapa modul surya yang terpasang

sedemikan rupa pada penyangga disebut array. PV modul yang terangkai seri dari

sel-sel surya ditujukan untuk meningkatkan, atau dalam hal ini dapat dikatakan

menggabungkan tegangan (VDC) yang dihasilkan setiap selnya. Sedangkan untuk

arusnya dapat didesain sesuai kebutuhan dengan memperhaatikan luas permukaan

sel.

Gambar 2.7 Diagram hubungan antara Solar Cell, Module, Panel, dan ArraySumber: ABB QT Vol. 10 P. 9

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

10/20

14

2.2.2.1 Variasi dalam produksi energi modul surya

Faktor utama yang mempengaruhi modul surya pada suatu PLTS dalam

proses produksi energi listrik, adalah sebagai berikut:

a. Iradiasi (besarnya intensitas sinar matahari) pada modul surya

Pengaruh iradiasi terhadap produksi energi listrik pada panel surya dapat

dilihat pada gambar di bawah, yang memperlihatkan fungsi peristiwa iradiasi

terhadap kurva karakteristik tegangan (V) dan arus (I).

Gambar 2.8 Pengaruh Iradiasi Terhadap Tegangan dan Arus Modul Surya


Ketika iradiasi menurun, arus yang dihasilkan oleh modul surya akan

menurun dengan proporsional, sedangkan variasi dari tegangan tanpa beban

sangatlah kecil. Sebagai suatu kenyataan, efisiensi dari konversi pada modul surya

tidak terpengaruh oleh iradiasi yang bervariasi asalkan masih dalam batas standar

operasi dari modul surya, yang berarti bahwa efisiensi konversi adalah sama untuk

keduanya, baik dalam kondisi cerah begitu juga kondisi mendung, oleh karena itu

kecilnya energi listrik yang dihasilkan modul surya saat langit dalam kondisi

mendung dapat dijadikan acuan bukannya penurunan efisiensi melainkan

penurunan produksi arus listrik karena iradiasi matahari yang rendah.

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

11/20

15

Nilai output harian per modul dapat dicari bila diketahui intensitas sinar

matahari per hari dengan menggunakan metode Charging with a charge regulator

yaitu, sebagai perkalian antara arus spesifikasi pada modul yang digunakan. Nilai

output harian per modul dapat dirumuskan sebagai berikut:

× ℎ ℎ × = / (2.1)

Dimana:

I spec = Arus spesifikasi pada modul

Ph/hari = Peak hour per day

V dasar = Tegangan dasar yang dipakai (12 atau 24 V DC)

Pout/hari = Output harian sebuah modul (Wh per hari pada tegangan dasar

terpakai)

b. Luas area modul

Luas area dari PV sangat berpengaruh terhadap besarnya arus listrik yang

timbul. Karena untuk jumlah solar cell yang sama namun ukuran cell berbeda

tentu akan didapatkan besar tegangan yang sama namun arus yang berbeda

(diasumsikan untuk besar intensitas sinar matahari tetap). Hal ini disebabkan

karena secara teoritis arus berbanding lurus dengan luas permukaan sel, dan

tegangan berbanding lurus dengan jumlah sel yang terangkai seri dalam modul

tersebut. Adapun pengaruh luas modul surya terhadap output PLTS dapatdirumuskan sebagai berikut:

= Ƞ × × (2.2)

Dimana:

P = daya dalam watt

S = luas modul (m2)

F = intensitas radiasi yang diterima (watt/m2)

Ƞ = Intensitas sel surya (%)

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

12/20

16

c. Jumlah modul (n)

Jumlah modul harus disesuaikan dengan kebutuhan suplai listrik yang

diperlukan, oleh karena itu diperlukan formula untuk menghitungnya. Dimana

formula tersebut adalah:

ℎℎ × 100% ∶ / × Ƞ = (2.3)

Dimana:

Wh/hari = energi yang diperlukan per hari (Wh/hari)

Pout/hari = output harian sebuah modul (Wh per hari pada tegangan

dasar terpakai)

Ƞbatt = charging efisiensi dari baterai (%)

N modul = jumlah minimum modul yang diperlukan

d. Jenis silikon yang digunakan

Untuk melihat perbedaan efisiensi dari tipe-tipe modul surya berdasarkan

silikonnya, maka perlu diperhatikan bahwa perbedaan ini dibandingkan dengan

kondisi luas permukaan modul yang sama besarnya. Jika dilihat dari efisiensinya,

modul surya yang paling efisien adalah jenis monocrystalline silikon.

e. Temperatur modul surya (temperature of the module)

Kebalikan dari masalah iradiasi, ketika temperatur dari modul surya

meningkat, arus yang diproduksi dari modul surya pada kenyataannya tetap tidak

mengalami perubahan, sebaliknya tegangan mengalami penurunan dan bersamaan

dengan itu performa dari panel surya juga mengalami penurunan dalam produksi

energi listrik.

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

13/20

17

Gambar 2.9 Pengaruh tempertatur modul terhadap produksi energi modul surya


Variasi pada tegangan tanpa beban VOC dari modul surya terhadap

tegangan kondisi standar (STC) VOC,STC, sebagai fungsi dari temperatur operasi

modul surya Tcell, diekspresikan dengan rumus berikut (dalam ABB, CEI 82-85):

VOC(T) = VOC,STC – NS . β . (25-Tcel) (2.4)

Dimana :

β adalah koefisien variasi dari tegangan menurut temperature dan tergantung

tipe dari modul surya (biasanya -2,2 mV/°C/sel untuk modul crystalline

silikon dan sekitar -1,5 : -1,8 mV/°C/sel untuk modul thin film)

NS adalah jumlah dari sel surya seri pada modul surya.

f. Bayangan (Shading)

Berbicara mengenai area yang digunakan oleh modul surya pada suatu

PLTS, sebagian darinya (satu atau lebih sel) mungkin dibayangi atau terhalangi

oleh pepohonan, daun yang jatuh, asap, kabut, awan, atau panel surya yang

terpasang di dekatnya. Pada khasus shading ini, sel surya yang tertutupi akan

berhenti memproduksi energi listrik dan berubah menjadi beban pasif. Sel ini akan

berlaku seperti diode dalam kondisi memblok arus yang diproduksi oleh sel lain

dalam hubungan seri dan akan membahayakan keseluruhan produksi dari modul

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

14/20

18

surya tersebut, terlebih dapat merusak modul akibat adanya panas yang berlebih.

Dalam hal ini menghindari permasalahan yang lebih besar akibat shading pada

suatu string, maka diantisipasi dengan penggunaan diode by-pass yang terpasang

paralel pada masing-masing modul.

Gambar 2.10 Pengaruh shading terhadap modul surya


2.2.2.2 Penyangga dan sistem pelacak (mounting and tracking systems)

Modul surya harus terpasang pada suatu struktur/kerangka, untuk

menjaganya tetap terarah pada arah yang tepat, agar lebih tersusun rapi dan

terlindungi. Struktur pemasangan modul surya bisa pada struktur yang tetap

( fixed ) atau dengan sistem pelacak sinar matahari, atau biasanya disebut tracking

systems.

a. Sistem penyangga tetap ( fixed mounting systems)

Sistem pemasangan tetap ( fixed ) menjaga barisan dari modul surya pada

sudut kemiringan yang tetap, menghadap pada suatu sudut tetap dari arah

matahari yang telah ditentukan. Sudut kemiringan dan arah/ orientasi pada

umumnya disesuaikan berdasarkan lokasi PLTS terpasang. Sistem ini lebih

sederhana, murah, dan lebih sedikit perawatan daripada sistem tracking.

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

15/20

19

b. Sistem pelacak (tracking systems)

Sistem pelacak adalah suatu peralatan atau sistem yang digunakan untuk

mengarahkan panel surya atau pemantul cahaya terpusat terhadap matahari,

sehingga dengan mengarahkan panel surya secara tepat pada posisi matahari,

panel surya tersebut dapat memaksimalkan tegangan yang akan dihasilkannya.

Sistem pengikut atau pelacak memiliki dua jenis pergerakan, yaitu

pengikut matahari dengan dua arah gerak (ke arah timur-barat), dan pengikut

matahari dengan empat arah gerak (ke arah timur-barat dan ke arah utara-selatan).

Pengikut matahari (selanjutnya disebut solar tracker ) yang memiliki dua arah

gerak (timur-barat) biasanya digunakan pada daerah-daerah yang terletak di luar

garis khatulistiwa (equinox) dan titik balik matahari (solstice). Hal ini dilakukan

karena posisi matahari pada daerah tersebut selalu condong ke arah utara dan

selatan. Sedangkan pengikut matahari jenis kedua yang memiliki empat arah

gerak (timur-barat dan utara-selatan) biasanya digunakan pada daerah yang dilalui

oleh garis khatulistiwa ata di dalam titik balik matahari. Hal ini dilakukan karena

posisi matahari dalam setiap tahunnya bergerak condong ke arah utara maupun ke

selatan.

2.2.3 Analisis Potensi Energi Surya yang Ada di Indonesia

Indonesia mempunyai intensitas radiasi matahari yang sangat berpotensi

untuk digunakan sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Surya, dengan rata-rata

daya radiasi matahari di Indonesia sebesar 1000 Watt/m2. Data hasil

pengukuran intensitas radiasi tenaga surya di seluruh Indonesia yang sebagian

besar dilakukan oleh BPPT dan sisanya oleh BMG dari tahun 1965 hingga

1995 ditunjukkan pada Tabel. (Irawan dan Fitrian, 2005).

Tabel 2.1 Pengukuran Intensitas Radiasi Matahari di Indonesia

Sumber : BPPT dan BMG.

Propinsi Lokasi Tahun

pengukuran

Posisi geografis Intensitas

radiasi

(Wh/m²)NAD Pidie 1990 4°15’ LS : 96°52’BT 4.097

Sum Sel Ogan komering Ulu 1979-1981 3°10’ LS : 104°42’BT 4.951

Lampung Kab. Lampung

selatan

1972-1979 4°28’ LS : 105°48’BT 5.234

DKI Jakarta Jakarta Utara 1965-1981 6°11’ LS : 106°05’BT 4.187

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

16/20

20

Banten Tangerang 1980 6°07’ LS : 106°30’BT 4.324

Lebak 1991-1995 6°11’ LS : 106°30’BT 4.446

Jawa Barat Bogor 1980 6°11’ LS : 106°39’BT 2.558Bandung 1980 6°56’ LS : 107°38’BT 4.149

Jawa tengah Semarang 1979-1981 6°59’ LS : 110°23’BT 5.488

DI Jogyakarta Yogyakarta 1980 7°37’ LS : 110°01’BT 4.500

Jawa Timur Pacitan 1980 7°18’ LS : 112°42’BT 4.300

Kal Bar Pontianak 1991-1993 4°36’ LS : 9°11’BT 4.552

Kal Tim Kabupaten Berau 1991-1995 0°32’ LU :

117°52’BT

4.172

Kal Sel Kota Baru 1979-1981 3°27’ LU :

114°50’BT

4.796

1991-1995 3°25’ LS : 114°41’BT 4.573

Gorontalo Gorontalo 1991-1995 1°32’ LU :

124°55’BT

4.911

Sul Teng Donggala 1991-1994 0°57’ LS : 120°0’BT 5.512Papua Ja yapura 1992-1994 8°37’ LS : 112°12’BT 5.720

Bali Denpasar 1977-1979 8°40’ LS : 115°13’BT 5.263

NTB KabupatenSumbawa

1991-1995 9°37’ LS : 120°16’BT 5.747

NTT Ngada 1975-1978 10°9’ LS : 123°36’BT 5.117

Indonesia terkenal sebagai Negara tropis, Indonesia memiliki potensi

energi surya yang cukup besar untuk menutupi kerisis energi global yang salah

satunya berdampak pada Indonesia. Berdasarkan panasnya radiasi matahari yang

telah dihimpun oleh BPPT, BMG dari lokasi-lokasi di Indonesia, radiasi surya di

Indonesia dapat diklasifikasikan sebagai berikut : untuk kawasan Timur dan Barat

Indonesia dengan distribusi penyinaran radiasi matahari di kawasan Barat

Indonesia (KBI) sekitar 4,5 kWh/m2 /hari. Dapat di simpulkan bahwa potensi

radiasi matahari di Indonesia sekitar 4,8 kWh/m2 /hari dan radiasi matahari

tersebut sangat berpotensi sebagai sumber daya energi yang tidak akan pernah

habis untuk di pergunakan sebagai sumber energi listrik untuk Indonesiakedepannya. (DESDM,2005)

2.2.4 Insolasi Matahari

Intensitas radiasi sinar matahari (irradiance) yaitu daya yang dihasilkan

oleh sinar matahari per satuan luas (W/m2). Jumlah energi yang dihasilkan oleh

sinar matahari disebut dengan irradiation dengan satuan kWh/m2. Irradiation juga

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

17/20

21

bisa disebut dengan PSH ( peak sun hour ) yang dapat dicari dengan persamaan

berikut (Messenger, 2004) .

= Ī . / (2.5)

Dimana :

Ī = Intensitas matahari pada jam tertentu pada bulan tertentu

Δt = Rentang waktu dimana matahari memiliki intensitas rata-rata

harian Ī

IR = Intensitas matahari untuk pengujian standar PV (1000 W/m2

)

2.2.5 Periode Jatuh Cahaya Matahari

Periode jatuhnya sinar matahari dalam setahun pada umumnya digunakan

untuk mengetahui sudut jatuh sinar matahari terhadap lokasi penempatan PV

array. Untuk mendapatkan hasil yang maksimal, maka permukaan PV array harus

tegak lurus dengan jatuhnya sinar matahari. Mengingat poros bumi mempunyai

kemiringan 23,45

0

selama mengitari matahari, maka sinar matahari tidak selalu jatuh tegak lurus dengan garis khatulistiwa, akan tetapi pada waktu tertentu sinar

matahari akan jatuh tegak lurus dengan garis khatulistiwa.

Periode jatuh sinar matahari dalam satu tahun dapat disimpulkan sebagai

berikut (Messenger, 2004):

a. Periode 21 Maret – 20 Juni, terjadi penyimpangan sebesar 23,450

kearah garis

balik utara (northern hemisphere) terhadap garis khatulistiwa.

b. Periode 21 Juni – 20 September, sinar matahari jatuh tepat pada garis

khatulistiwa.

c. Periode 21 September – 20 Desember, terjadi penyimpangan sebesar 23,450

kearah garis balik selatan (southern hemisphere) terhadap garis khatulistiwa.

d. Periode 21 Desember – 20 Maret, sinar matahari jatuh tepat pada garis

khatulistiwa.

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

18/20

22

Gambar 2.11 Orbit bumi dan sudut penyimpanganSumber: http://forum.kompas.com/sains

Untuk mendapatkan jatuh sinar matahari yang tegak lurus dengan

permukaan PV array, maka perlu adanya perhitungan sudut penyimpangan

jatuhnya sinar matahari. Untuk mengetahui sudut jatuhnya sinar matahari terhadap

permukaan bumi (α), dapat mengunakan persamaan berikut ini:

α = 900 ± φ – δ (2.6)

Dimana:

δ adalah sudut penyimpangan matahari terhadap garis khatulistiwa

a. Bertanda negatif (-) bila berada di selatan garis khatulistiwa

b. Bertanda positif (+) bila berada di utara garis khatulistiwa

φ adalah posisi lintang dari lokasi

a. Bertanda negatif (-) bila berada di selatan garis khatulistiwa

b. Bertanda positif (+) bila berada di utara garis khatulistiwa

Tabel 2.2 Peak Hour Per Day Rata-Rata Daerah Bali (BAPPEDA, 2004)

Bulan

Energi matahari

(MJ/m2)

Peak Hour Per Day

(h)

21 Maret – 20 Juni 20 5,55

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

19/20

23

21 Juni – 20 September 15 4,16

21September – 20 Desember 20 5,55

21 Desember – 20 Maret 15 4,16

Rata – Rata Peak Hour Per Day 4,85 h

2.2.6 Produksi Energi per Tahun yang Diharapkan

Energi listrik pada PLTS per tahunnya dapat dihasilkan tergantung dari

ketersediaan dari radiasi matahari, orientasi dan inklinasi/kemiringan dari modul

surya, serta efisiensi dari instalasi pada PLTS. Secara praktis untuk dapat

mengetahui atau memprediksi energi yang dapat dihasilkan oleh suatu PLTS per

tahunnya (Ep) untuk setiap kWp pada bidang horizontal (horizontal plane)

digunakan rumus berikut (ABB QT Vol.10, 2010):

= ∙ Ƞ [ ℎ/ ] (2.7)

Dimana:

Ema adalah radiasi rata-rata tahunan bidang horizontal.

Ƞ adalah efisiensi keseluruhan komponen PLTS (balance of system)

pada sisi beban pada panel-panel (inverter, koneksi, losses karena efek

temperatur, losses karena performa tidak seimbang, losses karena

bayangan dan radiasi matahari yang rendah, losses karena efek pantulan,

dll). Dimana nilai dari efisiensi ini diasumsikan dengan batasan nilai 0,75

hingga 0,85, dianggap nilai sesuai dengan desain dan sistem yang akan

terpasang.

Sedangkan apabila diketahui data insulasi/radiasi rata-rata harian Emg,

untuk menghitung perkiraan energi yang dapat dihasilkan per tahunnya untuk

setiap kWp dengan cara:

8/16/2019 1004405078-3-BAB II

20/20

24

= ∙ 365 ∙ Ƞ [ ℎ/ ] (2.8)

2.2.7 Inklinasi dan Orientasi Panel Surya

Efisiensi maksimum dari panel surya akan meningkat jika sudutnya saat

terjadi sinar matahari selalu berada pada 90°. Namun kenyataannya peristiwa dari

radiasi matahari bervariasi berdasarkan pada keduanya yaitu garis lintang

(latitude), dan seperti halnya deklinasi matahari selama setahun. Faktanya poros

rotasi bumi adalah dengan kemiringan sekitar 23,45° terhadap bidang dari orbit

bumi oleh matahari, pada garis lintang tertentu tinggi dari matahari pada langit

bervariasi setiap harinya. Untuk mengetahui ketinggian maksimum (dalam

derajat) ketika matahari mencapai langit (α), secara mudah dengan menggunakan

rumus berikut:

= 90° − + ( ℎ ℎ ); 90° + − ( ℎ ℎ ) (2.9)

Dimana:

Lat adalah garis lintang (latitude) lokasi instalasi panel surya terpasang

(dalam satuan derajat)

δ adalah sudut dari deklinasi matahari (23,45°)

Apabila sudut dari ketinggian maksimum matahari (α) diketahui, maka

sudut kemiringan dari panel surya (β) juga dapat diketahui. Namun tidak cukup

hanya mengetahui α saja untuk menentukan orientasi yang optimal dari panel

surya. Orientasi dari panel surya dapat diindikasikan dengan sudut asimut

(azimuth angle) dalam posisi γ, pada deviasi terhadap arah optimum dari se latan

(untuk lokasi di belahan bumi utara), atau dari utara (untuk lokasi di belahan bumi

selatan). Nilai positif dari sudut asimut menunjukan orientasi ke barat, sebaliknya

nilai negatif menunjukan orientasi ke timur.

1004405078-3-BAB II

Documents