bab iv perhitungan dan pengujian panel surya

61
RANCANG BANGUN “MOBILE POWER SUPPLY” MULTIGUNA
BERBASIS SEL SURYA PADA PIRANTI ELEKTRONIKA
BERTEGANGAN DI BAWAH DUA BELAS VOLT
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PENGUJIAN PANEL SURYA
Sebuah sel PV terhubung dengan sel lain membentuk sebuah modul PV
dan beberapa modul PV digabungkan membentuk sebuah satu kesatuan (array)
PV, seperti terlihat pada gambar dibawah:
Gambar 4.1. Komponen Sistem PV
Universitas Mercu Buana
Teknik Mesin
62
RANCANG BANGUN “MOBILE POWER SUPPLY” MULTIGUNA
BERBASIS SEL SURYA PADA PIRANTI ELEKTRONIKA
BERTEGANGAN DI BAWAH DUA BELAS VOLT
4.1
Dasar Dan Tujuan Pangujian Panel surya
Disini pengujian dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja dari generator
panel surya terhadap adanya pengaruh temperatur panas yang dipengaruhi oleh
sinar matahari. Pengujian pengukuran dilakukan dengan menerapkan selang
waktu yang berbeda.
Sebenarnya tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui pengaruh
radiasi sinar matahari terhadap besarnya efisiensi panel surya. Tetatpi karena
tidak lengkapnya sarana untuk mengukur besarnya daya input dari panel surya,
maka sasaran pengamatan diarahkan pada pengaruh suhu terhadap perubahan (
peningkatan ) besarnya daya output panel surya.
4.2
Peralatan Pengujian
•
•
Solar sel ( panel surya ) yang digunakan
Type
: Monocrystalline, polycrystalline ex China
Tegangan
: 12 Volt – no load
Kapasitas daya
: 10 WATT/jam
Jumlah
: 1 ( modul )
Alat ukur dan pendukung yang digunakan
DC Voltmeter
: 1 ( satu )unit digital Unigor untuk mengukur
besarnya tegangan output dari panel surya
( = tegangan input ke beban ).
Universitas Mercu Buana
Teknik Mesin
63
RANCANG BANGUN “MOBILE POWER SUPPLY” MULTIGUNA
BERBASIS SEL SURYA PADA PIRANTI ELEKTRONIKA
BERTEGANGAN DI BAWAH DUA BELAS VOLT
DC Amperemeter
: 1 ( satu ) unit digital Omron untuk mengukur
besarnya arus yang mengalir dari panel surya ke
rangkaian beban.
DC Wattmeter
: 1 ( satu ) unit dgital Hardman dan Braunn (H&B)
untuk mengukur besarnya daya output dari panel
surya yang mengalir ke beban.
Thermometer
: 1 ( satu ) unit dgital Unigor, untuk mengukur
besarnya suhu pada bidang panel surya ( PV ).
Rangkaian beban
: berupa lampu led 12 Volt – 10 WATT yang
dihubungkan paralel dengan sebuah tahanan
geser, agar kapasitas daya dapat diatur.
Selain itu, rangkaian percobaan ini dilengkapi pula dengan Current
Limiting Detector ( CLD ) yang berfungsi sebagai pengaman arus lebih sekaligus
sebagai detector, pengukur dan pembatas arus. Alat ini pada dasarnya terdiri dari
rangkaian elektronik yang berfungsi sebagai relay over current yang rating
currentnya dapat diatur hingga 20 Ampere, bekerja pada tegangan 12 Volt DC.
Untuk pengaturan ini dipasang potensiometer, sedangkan sebagai indikator
digunakan pilot lamp yang akan berkedip-kedip bila terjadi keadaan arus lebih
yang melewati batas setting yang telah ditentukan.
Universitas Mercu Buana
Teknik Mesin
64
RANCANG BANGUN “MOBILE POWER SUPPLY” MULTIGUNA
BERBASIS SEL SURYA PADA PIRANTI ELEKTRONIKA
BERTEGANGAN DI BAWAH DUA BELAS VOLT
4.3
Langkah-langkah Pengujian
•
Perubahan temperatur diamati pada thermometer, dan untuk
memperoleh ketelitian, pengamatan dilakukan rata-rata setiap 30
menit, dari pukul 0900 hingga pukul 1330 selama 1 (satu) bulan setiap 1
(satu) minggu sekali.
•
Pengamatan perubahan temperatur, tegangan, arus, dan daya
dilakukan dengan menggunakan alat-alat yang tersedia dengan ratarata setiap 30 menit.
•
Sebelum dilakukan pada PV sebenarnya dilakukan maka untuk
mengetahui besarnya arus ( nominal ) beban ditentukan berdasarkan
perhitungan dari data PV, yaitu :
Daya output
= 10 WATT ( nominal )
Tegangan output
= 12 Volt ( nominal )
Maka arus beban nominal
=
10
= 0,833 Ampere
12
Besarnya arus 0,833 Ampere ini diperlukan untuk melakukan setting
tahanan geser maupun potensiometer CLD.
Universitas Mercu Buana
Teknik Mesin
65
RANCANG BANGUN “MOBILE POWER SUPPLY” MULTIGUNA
BERBASIS SEL SURYA PADA PIRANTI ELEKTRONIKA
BERTEGANGAN DI BAWAH DUA BELAS VOLT
•
Melakukan setting pada tahanan geser maupun potensiometer CLD,
yang bertujuan, pertama untuk membatasi pembebanan agar tidak
melebihi batas kemampuan PV, kedua untuk menentukan posisi
setting potensiometer beban pada posisi beban nominal.
•
Setting arus beban sebesar ( arus beban nominal ) Ampere untuk
langkah awal dilakukan dengan sumber tegangan berupa baterai ( aki
), sebelum digunakan sumber berupa panel surya.
•
Pengujian menggunakan PV dilakukan dengan mengamati dan
mencatat yang disusun dalam bentuk tabel kemudian dikonversi
kedalam bentuk grafik untuk melihat aktifitas arus pada rangkaian
beban, tegangan output PV dan daya output PV. Demikian dilakukan
berulang-ulang setiap 30 menit, mulai pukul 0900 hingga pukul 1330
Universitas Mercu Buana
Teknik Mesin
66
RANCANG BANGUN “MOBILE POWER SUPPLY” MULTIGUNA
BERBASIS SEL SURYA PADA PIRANTI ELEKTRONIKA
BERTEGANGAN DI BAWAH DUA BELAS VOLT
4.4
Data Hasil Pengujian
Tanggal pengujian
: sabtu, 03 - 10 - 2009
Waktu pengujian
: 09.00-13.30 WIB
Objek pengujian
: Panel Surya
Type
: Monocrystalline, polycrystalline ex China
Tegangan
: 12 Volt – no load
Kapasitas daya
: 10 WATT/jam
Jumlah
: 1 ( modul )
Tabel 4.1 Hasil pengujian panel surya pada minggu pertama
Waktu
Pengukuran
Suhu PV
( oC )
09.00
09.30
10.00
10.30
11.00
11.30
12.00
12.30
13.00
13.30
Rata-rata
29,5
30
31
31,5
32
32
34
34
34
34
32,2
Universitas Mercu Buana
Tegangan Arus CLD
( Volt )
( Ampere )
12,5
12,5
12,5
12,5
13
13
13
13
13
13
12,8
0,824
0,824
0,824
0,824
0,844
0,844
0,844
0,844
0,844
0,844
0,836
Arus
Beban
( Ampere )
Daya
( watt )
0,88
0,88
0,88
0,88
0,91
0,91
0,91
0,91
0,91
0,91
0,898
10,84
10,84
10,84
10,84
10,94
10,94
10,94
10,94
10,94
10,94
10,9
Teknik Mesin
67
RANCANG BANGUN “MOBILE POWER SUPPLY” MULTIGUNA
BERBASIS SEL SURYA PADA PIRANTI ELEKTRONIKA
BERTEGANGAN DI BAWAH DUA BELAS VOLT
Tanggal pengujian
: sabtu, 10 - 10 - 2009
Waktu pengujian
: 09.00-13.30 WIB
Objek pengujian
: Panel Surya
Type
: Monocrystalline, polycrystalline ex China
Tegangan
: 12 Volt – no load
Kapasitas daya
: 10 WATT/jam
Jumlah
: 1 ( modul )
Tabel 4.2 Hasil pengujian panel surya pada minggu kedua
Waktu
Pengukuran
Suhu PV
( oC )
Tegangan
( Volt )
Arus CLD
( Ampere )
Arus
Beban
( Ampere )
Daya
( watt )
09.00
09.30
10.00
10.30
11.00
11.30
12.00
12.30
13.00
13.30
Rata-rata
30
30,5
31,5
32
33
33,5
34
34
34
34
32,65
12,5
12,5
12,5
13
13
13
13
13
13
13
12,85
0,824
0,824
0,824
0,894
0,842
0,842
0,844
0,844
0,844
0,844
0,8426
0,884
0,884
0,884
0,88
0,9
0,9
0,91
0,91
0,91
0,91
0,8972
10,87
10,87
10,87
10,89
10,92
10,92
10,94
10,94
10,94
10,94
10,91
Universitas Mercu Buana
Teknik Mesin
68
RANCANG BANGUN “MOBILE POWER SUPPLY” MULTIGUNA
BERBASIS SEL SURYA PADA PIRANTI ELEKTRONIKA
BERTEGANGAN DI BAWAH DUA BELAS VOLT
Tanggal pengujian
: sabtu, 17 - 10 - 2009
Waktu pengujian
: 09.00-13.30 WIB
Objek pengujian
: Panel Surya
Type
: Monocrystalline, polycrystalline ex China
Tegangan
: 12 Volt – no load
Kapasitas daya
: 10 WATT/jam
Jumlah
: 1 ( modul )
Tabel 4.3 Hasil pengujian panel surya pada minggu ketiga
Waktu
Pengukuran
Suhu PV
( oC )
Tegangan
( Volt )
Arus CLD
( Ampere )
Arus
Beban
( Ampere )
Daya
( watt )
09.00
09.30
10.00
10.30
11.00
11.30
12.00
12.30
13.00
13.30
Rata-rata
30,5
30,5
31
31,5
32
33
33,5
34
34
34
32,4
12,5
12,5
12,5
12,5
13
13
13
13
13
13
12,8
0,824
0,824
0,826
0,826
0,84
0,84
0,842
0,842
0,844
0,844
0,8352
0,88
0,88
0,89
0,89
0,9
0,9
0,904
0,904
0,91
0,91
0,8968
10,84
10,84
10,78
10,88
10,92
10,92
10,93
10,93
10,94
10,94
10,892
Universitas Mercu Buana
Teknik Mesin
69
RANCANG BANGUN “MOBILE POWER SUPPLY” MULTIGUNA
BERBASIS SEL SURYA PADA PIRANTI ELEKTRONIKA
BERTEGANGAN DI BAWAH DUA BELAS VOLT
Tanggal pengujian
: sabtu, 24 - 10 - 2009
Waktu pengujian
: 09.00-13.30 WIB
Objek pengujian
: Panel Surya
Type
: Monocrystalline, polycrystalline ex China
Tegangan
: 12 Volt – no load
Kapasitas daya
: 10 WATT/jam
Jumlah
: 1 ( modul )
Tabel 4.4 Hasil pengujian panel surya pada minggu keempat
Waktu
Pengukuran
Suhu PV
( oC )
Tegangan
( Volt )
Arus CLD
( Ampere )
09.00
09.30
10.00
10.30
11.00
11.30
12.00
12.30
13.00
13.30
Rata-rata
30
30
30,5
31
32
32
32,5
33
33
33
31,7
12,5
12,5
12,5
13
13
13
13
13
13
13
12,85
0,824
0,824
0,828
0,83
0,84
0,84
0,844
0,844
0,844
0,844
0,8362
Universitas Mercu Buana
Arus
Beban
( Ampere )
0,88
0,88
0,89
0,9
0,904
0,904
0,91
0,91
0,91
0,91
0,8998
Daya
( watt )
10,84
10,844
10,86
10,87
10,93
10,93
10,94
10,94
10,94
10,94
10,903
Teknik Mesin
70
RANCANG BANGUN “MOBILE POWER SUPPLY” MULTIGUNA
BERBASIS SEL SURYA PADA PIRANTI ELEKTRONIKA
BERTEGANGAN DI BAWAH DUA BELAS VOLT
Tabel 4.5 Rekapitulasi data hasil pengujian
Jadwal
Pengujian
Suhu PV
( oC )
03/10/2009
32,2
12,8
0,836
Arus
Beban
( Ampere )
0,898
10/10/2009
32,65
12,85
0,8426
0,8972
10,91
17/10/2009
32,4
12,8
0,8352
0,8968
10,892
24/01/1900
31,7
12,85
0,8362
0,8998
10,903
Rata-rata
32,238
12,825
0,838
0,898
10,901
Tegangan
Arus
( volt )
( Ampere )
Daya
( watt )
10,9
Selanjutnya berdasarkan data yang didapat melalui pengujian analisis
dengan membandingkan daya output dan daya input :
Pout
. Tetapi daya input PV
Pin
yang diketahui adalah tenaga sinar matahari ( solar energy ) yang untuk
melakukan pengukuran pada pengujian ini tidak tersedia sarana yang memadai,
sedangkan daya output merupakan tenaga listrik, maka langkah yang dilakukan
adalah membandingkan daya output dalam kondisi pengoperasian normal dan
suhunya terpengaruh oleh udara bebas pada rentang waktu yang berbeda.
Hasil pengolahan data dari pengujian diperoleh perbedaan suhu setiap
pengujian panel surya yang mempengaruhi kinerja dari panel sebagai fungsi
penghasil daya output, grafiknya terlihat pada gambar grafik berikut :
Universitas Mercu Buana
Teknik Mesin
71
RANCANG BANGUN “MOBILE POWER SUPPLY” MULTIGUNA
BERBASIS SEL SURYA PADA PIRANTI ELEKTRONIKA
BERTEGANGAN DI BAWAH DUA BELAS VOLT
Pengaruh Perubahan Suhu Panel Surya Tehadap Daya
35
34
32
Minggu 1
Minggu 2
o
Suhu ( C )
33
31
Minggu 3
Minggu 4
30
29
28
27
10,84
10,84
10,84
10,84
10,94
10,94
10,94
10,94
10,94
10,94
Daya ( watt )
Gambar 4.2. Grafik pengujian
Dari tabel pengujian 4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4 didapat hasil yang
memperlihatkan kemampuan panel surya dalam menghasilkan Daya output setiap
30 menit. Daya yang dihasilkan pada pukul 0900 dengan rata-rata 10,848. Pada
pukul 1330 mengalami kenaikan hingga 10,94 yaitu sebesar 1,009 % seiring
bertambahnya suhu pada panel surya. Kepadatan daya cahaya matahari yang
mencapai bagian luar atmosfer bumi sekitar 136 mW/cm2 tetapi setelah melewati
atsmosfer sebagian dihamburkan, sedangkan kepadatan daya matahari yang
sampai dipermukaan bumi pada siang hari yang cerah sekitar 100 mW/cm2
(Kadir, 1982:184-185).
Dari data spesifikasi PV yang digunakan, diketahui bahwa pada
pengoperasian normal tegangan output berbeban PV = 12 Volt dan daya
nominalnya ( output ) PV = 10 WATT/jam. Tetapi setelah dilakukan pengukuran,
ternyata tegangan output PV = 12,825 Volt dan daya = 10,901 Watt. Hal ini dapat
diartikan
bahwa
PV
Universitas Mercu Buana
ini
memiliki
toleransi
tegangan
sebesar
:
Teknik Mesin
72
RANCANG BANGUN “MOBILE POWER SUPPLY” MULTIGUNA
BERBASIS SEL SURYA PADA PIRANTI ELEKTRONIKA
BERTEGANGAN DI BAWAH DUA BELAS VOLT
12,825 − 12
x 100 % = 6,875 % .
12
Sedangkan
toleransi
daya
beban
:
10,901 − 10
x 100 % = 9,01 % .
10
Efisiensi panel surya disini bisa didapat dari perhitungan tetapi tidak bisa
lewat pengujian langsung, sebab disini sarana pengujian pengukuran daya input
panel surya tidak mendukung.
Terlebih dahulu diukur besarnya daya output. Lalu dihitung besarnya
daya input (konstan), dengan asumsi ( berdasarkan referensi ) efisiensi panel
surya adalah 20 - 32 %.
Daya output panel surya 10,901 watt, dengan asumsi efisiensi sebesar 20
% maka daya inputnya adalah :
20 % =
Pin
10,901
x 100 %
Pin
( Summit, 1980 :37 )
= 54,505 WATT
Universitas Mercu Buana
Teknik Mesin