ISSN : 2355-9365
e-Proceeding of Engineering : Vol.6, No.2 Agustus 2019 | Page 5026
EFEK PENEMPATAN PANEL SURYA TERHADAP PRODUKSI ENERGI
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA CIRATA 1 MW
EFFECT OF SOLAR PANEL PLACE ON ENERGY PRODUCTION OF SOLAR
PHOTOVOLTAIC POWER PLANT CIRATA 1 MW
Fuad Fauzi Wibowo, Mamat Rokhmat 1, Aripriantoni2
1,2,3
Program Studi S1 Teknik Fisika, Fakultas Teknik Elektro
fuadfw20@gmail.com,2mamatrokhmat76@gmail.com
1
Abstrak
Energi alternatif selalu bertumbuh dengan pesat dikarenakan pertumbuhan dan permintaan energi di dunia terus berkembang.
Dengan kebutuhan energi yang semakin meningkat bahan fosil lama kelamaan akan menipis dan habis, maka untuk memenuhi
kebutuhan tersebut perlu memanfaatkan energi terbarukan, salah satunya adalah energi matahari yang dimanfaatkan menjadi
energi listrik dengan menggunakan panel surya ( solar photovoltaic panel ). Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Cirata
merupakan pembankit listrik terbesar di pulau Jawa dengan kapasitas 1 MWp, dengan luas kurang lebih 1 hektar. Panel surya yang
digunakan yaitu jenis thin film dengan tipe CIS (Copper Indium Selenium). Ada tiga penempatan instalasi panel surya di PLTS
Cirata yaitu sistem di atas tanah (ground mounted), rooftop, dan parking shade dipasang menghadap ke arah terbit matahari dengan
sudut kemiringan 10 ̊ dari atas tanah. Data yang dipakai dalam penelitian ini adalah data produksi harian dengan intensitas data
base per-30 menit, data iradiasi, data temperatur panel surya serta faktor lingkungan. Sehinga didapatkan hasil perbandingan
produksi energi panel surya dengan kapasitas masing-masing percobaan sebesar 20kW, terjadi perbedaan output produksi yaitu
energi maksimal sebesar 87,9 kWh pada ground mounted, 83,81 kWh pada parkingshade, dan 81,39 kWh pada rooftop.. Sehingga
panel surya yang terpasang diatas tanah menghasilkan energy yang lebih optimal di Pembangkit Listrik Tenaga Surya Cirata 1
MWp.
Kata Kunci : Panel Surya, PLTS.
Abstract
Alternative energy is always growing rapidly because of the growth and demand of energy in the world continues to grow. With the
increasing energy needs of fossil materials over time will be depleted and depleted, then to meet these needs it is necessary to use
renewable energy, one of which is solar energy that is used as electrical energy using solar panels (solar photovoltaic panels). Cirata
Solar Power Plant (PLTS) is the largest electricity bank in Java with a capacity of 1 MWp, with an area of approximately 1 hectare. The
solar panels used are thin film with type CIS (Copper Indium Selenium). There are three solar panel installations in Cirata PLTS,
namely a ground mounted, rooftop, and parking shade system mounted facing the rising sun with a slope of 10⸰ from the ground. The
data used in this study are daily production data with intensity data bases per 30 minutes, irradiation data, solar panel temperature data
and environmental factors. So that the results of the comparison of solar panel energy production with the capacity of each experiment is
20kW, there is a difference in production output, namely maximum energy of 87.9 kWh on ground mounted, 83.81 kWh on parking
shade, and 81.39 kWh on rooftop. solar panels installed on the ground produce more optimal energy in the Cirata 1 MWp Solar Power
Plant.
Keywords: Solar Panel, PLTS.
1.
Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Pencarian energi alternatif selalu bertumbuh dengan
pesat dikarenakan pertumbuhan dan permintaan energi di dunia
terus berkembang. Dengan kebutuhan energi yang begitu banyak
bahan yang bersumberkan minyak, gas, dan batubara bumi lama
kelamaan akan menipis dan habis, maka untuk memenuhi
kebutuhan tersebut perlu memanfaatkan energi terbarukan yaitu
energi yang berlimpah, salah satunya adalah energi matahari.
Energi matahari mempunyai potensi yang besar untuk
dimanfaatkan sebagai salah satu sumber energi terbarukan.
Potensi tersebut dapat dilihat dari tersedianya energi matahari
setiap hari sepanjang tahun di daerah iklim tropis seperti
Indonesia yang dilewati oleh garis khatulistiwa. Salah satu
peralatan semikonduktor yang berfungsi untuk mengkonversi
cahaya menjadi listrik yaitu sel surya. Daya listrik yang dihasilkan
sel surya berbanding lurus dengan iradiasi yang diterima sel
surya. Semakin besar iradiasi yang diterima oleh sel surya maka
semakin besar output daya yang dihasilkan. Iradiasi adalah energi
cahaya yang dipancarkan oleh matahari yang dapat diserap oleh
panel surya yang mempunyai rentang dari 0,3 sampe 3 µm.
Prinsip kerja sel surya pertama kali ditemukan oleh
Alexander Edmond Becquerel pada tahun 1839 yang disebut efek
photovoltaic. Baru pada tahun 1876, William Grylls Adams
bersama muridnya Richard Evans Day menemukan bahwa
material padat selenium dapat menghasilkan listrik ketika terkena
paparan sinar. Saat ini panel surya telah berkembang menjadi 3
tahapan generasi berdasarkan bahan dasar pembuatan sel surya.
Generasi pertama yaitu menggunakan bahan silikon, generasi
kedua yaitu dengan menggunakan film tipis (thin film), dan
generasi ketiga menggunakan bahan organik.
Listrik dari energi matahari dibangkitkan oleh
Pembangkit listrik Tenaga Surya (PLTS) adalah salah satu
pembangkit energi terbarukan yang paling berpotensi dalam
beberapa tahun terakhir ini. Teknologi yang semakin maju dan
biaya yang semakin kompetitif
menjadi alasan utama
pendongkrak pamor PLTS.
Salah satu PLTS yang ada di Indonesia adalah PLTS
Cirata, yang mempunyai kapasitas 1 MW dengan luasan kurang
lebih 1 hektar. Panel surya yang ada di PLTS Cirata 1 MW
menggunakan panel surya generasi kedua yaitu film tipis dengan
tipe CIS (Copper Indium Selenium). Lokasi instalasi di area
PLTS 1MW Cirata dibagi menjadi 3 lokasi penempatan yaitu
sistem di atas tanah (ground mounted), rooftop, dan parking
shade. Salah satu faktor yang menyebabkan perbedaan output
energi adalah lokasi penempatan di suatu area.
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa output
produksi PLTS Cirata 1MW yang lokasi penempatan nya di atas
tanah (grounded system), rooftop, dan parking shade.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas dapat dirumuskan
beberapa masalah sebagai berikut:
Bagaimana output produksi PLTS Cirata 1 MW yang lokasi
penempatannya di atas tanah (ground mounted), rooftop, dan
parking shade?
1. Bagaimana output produksi PLTS Cirata 1 MW yang lokasi
penempatannya di atas tanah (ground mounted), rooftop, dan
parking shade?
ISSN : 2355-9365
2.
Bagaimana analisis penyebab perbedaan output produksi
produksi PLTS Cirata 1 MW yang lokasi penempatan nya di
atas tanah (ground mounted), rooftop, dan parking shade?
3.
Bagaimana opsi terbaik instalasi PLTS dalam suatu area
dengan tingkat iradiasi rata rata yang sama agar output
produksi energi maksimal?
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah maka adanya tujuan
yang ingin dicapai antara lain:
1. Mengetahui output produksi PLTS Cirata 1 MW yang lokasi
penempatan nya di atas tanah (ground mounted), rooftop, dan
parking shade.
2. Mengetahui penyebab perbedaan output produksi PLTS
Cirata 1MW yang lokasi penempatan nya di atas tanah
(ground mounted), rooftop, dan parking shade.
3. Mengetahui opsi terbaik penginstalan PLTS dalam suatu area
dengan tingkat iradiasi rata rata yang sama agar output
produksi energi maksimal.
1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah pada penelitian ini antar
lain:
1. Penelitian dilakukan di Pembangkit Listrik Tenaga Surya
(PLTS) Cirata 1 MW.
2. Panel surya dipasang menghadap ke arah timur dengan sudut
kemiringan 10 derajat dari tanah.
3. Penelitian ini menggunakan teknologi panel surya dengan
jenis thin film CIS (Copper Indium Selenide) dengan
kapasitas per modul surya sebesar 170Wp dengan effisiensi
13,8%,
4. Penelitian ini menggunakan 3 unit string inverter dengan
kapasitas 20 kW .
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini yaitu data yang didapat
dapat digunakan sebagai acuan dalam pemasangan panel surya
pada suatu tempat, dan dapat mengetahui pilihan terbaik untuk
mendapatkan produksi optimal pada panel surya.
2.
Tinjauan Pustaka
2.1 Sel Surya
Sel surya atau sel photovoltaik berasal dari kata foto
yang berarti “cahaya” dan volta berarti ”listrik” yang bisa
langsung mengkonversi sinar matahari menjadi listrik. Sel surya
juga merupakan sebuah elemen semikonduktor yang dapat
mengkonversi energy surya menjadi energy listrik dengan prinsip
fotovolaik.
Prinsip kerja sel surya yaitu melalui proses absorpsi (penyerapan)
cahaya, kemudian proses konversi dari keadaan tereksitasi
menjadi pasangan elektron – hole, dan proses penjalaran elektron
dan hole ke anoda dan katoda, sehingga mengahasilkan listrik.
Berikut merupakan komponen sel surya diantaranya:[3]
1. Substrat/metal back (Al, Mo, ITO, FTO) untuk kontak positif
sel surya
2. Material semikonduktor (x-Si, film tipis CIGS, CdTe, a-Si,
CZTS, Cu2O,..) Untuk absorbsi cahaya matahari
3. Kontak metal/metal grid (transparan) sebagai kontak negative
4. Lapisan anti refleksi (indeks refraktif optik diantara
semikonduktor dan udara)
5. Enkapsulasi (cover glass) untuk melindungi dari kotoran/
hujan
Energi surya adalah energi yang dihasilkan dari
matahari, energi surya terbagi menjadi dua berdasarkan cara
pemanfaatan nya yaitu dengan penyerapan cahaya dan penyerapan
panas menjadi energi listrik. Sumber energi sel surya adalah foton
atau gabungan partikel-gelombang. Matahari memancarkan
radiasi cahaya mulai dari ultraviolet, cahaya tampak sampai
e-Proceeding of Engineering : Vol.6, No.2 Agustus 2019 | Page 5027
inframerah. Radiasi paling kuat ada pada panjang gelombang
cahaya tampak diantara 300 sampai 800 nm. Standar pengukuran
pada sel surya adalah AM1,5 dengan energy 1000W/m2. Besar
aktual radiasi yang diterima dipermukaan bumi berbeda-beda
sesuai musim dan variasi posisi matahari dan orientasi bumi.[1]
Efek photovoltaic pertama kali ditemukan oleh oleh
Alexander Edmond Beequerel pada tahun 1839. William Grylls
Adams bersama muridnya, Richard Evans Day menemukan
bahwa material padat selenium dapat menghasilkan listrik ketika
terkena paparan sinar. Sel surya pertama kali dikeluarkan sebagai
tenaga listrik bagi pesawat ruang angkasa dan sistem komunikasi
satelit diakhir 1950-an, dikarenakan perangkat ini tidak
membutuhkan pemeliharaan atau perawatan selama jangka waktu
(5 sampai 10 tahun). Sel surya silikon yang digunakan untuk
memasok daya listrik disatelit Vanguard dan Terrestrial yang
dimasukkan ke dalam orbit pada tahun 1958. Selama dua dekade
sel surya menjadi primadona sebagai pemasok tenaga listrik untuk
pesawat ruang angkasa.[2]
2.2 Karakteristik Sel Surya
Sel surya dapat beroperasi secara maksimal jika
temperatur sel tetap normal pada 25 derajat celsius. Kenaikan
temperatur lebih tinggi dari temperatur normal pada sel surya
akan melemahkan tegangan Voc. Setiap kenaikan temperatur sel
surya 10 derajat celcius dari 25 derajat celsius akan berkurang
sekitar 0,4 % pada total tenaga yang dihasilkan atau akan
melemah dua kali lipat untuk kenaikan temperatur sel per 10
derajat celsius.[2]
Radiasi matahari di bumi pada lokasi yang berbeda
akan bervariabel dan sangat tergantung dengan keadaan spektrum
matahari ke bumi. Insolasion matahari akan banyak berpengaruh
terhadap arus (I) dan sedikit terhadap tegangan (V).
Keadaan atmosfir bumi yang berawan, mendung, jenis partikel
debu udara, asap, uap air udara, kabut dan polusi sangat
berpengaruh untuk menentukan hasil maksimal arus listrik dari sel
surya.
Kecepatan tiupan angin disekitar lokasi sel surya
sangat membantu terhadap pendinginan temperatur permukaan sel
surya sehingga temperatur dapat terjaga dikisaran 25 derajat
celsius.
Orientasi dari rangkaian panel ke arah matahari secara
optimal memiliki efek yang sangat besar untuk menghasilkan
energi yang maksimum. Selain arah orientasi sudut, orientasi
(tiltengle) dari panel juga sangat mempengaruhi hasil energi yang
maksimum. Untuk lokasi yang terletak di belahan utara latitude,
maka panel sebaiknya diorientasikan ke selatan. Begitu juga yang
letaknya di belahan selatan latitude, maka panel sebaiknya
diorientasikan ke utara. Ketika panel diorientasikan ke barat atau
ke timur sebenarnya akan tetap menghasilkan energi, namun
energi yang dihasilkan tidak akan maksimal.[2]
1.
Short Circuit Current (Isc)
Short Circuit Current Isc, adalah maksimum output
arus dari solar cell panel yang dapat dikeluarkan (output) di
bawah kondisi dengan tidak ada resistansi atau short circuit. Pada
kurva I-V diatas menunjukkan perkiraan arus 2,65 Ampere. Daya
pada Isc adalah 0 watt. Short circuit current dapat diukur hanya
pada saat membuat koneksi langsung terminal positif dan negatif
dari modul solar cell panel.[4]
𝑞𝑉
2.
𝐼 = 𝐼𝑠𝑐 (𝑒 𝑘𝑇 − 1) − 𝐼𝐿 ……………………………..(1)
Open Circuit Voltage (Voc)
Open Circuit Voltage Voc, adalah kapasitas tegangan
maksimum yang dapat dicapai pada saat tidak adanya arus
(current). Pada kurva I-V, Voc adalah 21 volt. Daya pada saat
Voc adalah 0 watt. Sedangkan karakteristik tegangan keluaran
(VOC) pada saat I=0 dinyatakan dengan persamaan berikut:[4]
3.
𝑉𝑜𝑐 =
𝑘𝑇
𝑞
𝐼
ln (𝐼 𝐿 + 1)………………………………(2)
𝑠𝑐
Daya Panel Surya
Daya listrik sering diartikan sebagai laju hantaran
energi listrik pada sirkuit listrik. Satuan standar internasional daya
ISSN : 2355-9365
e-Proceeding of Engineering : Vol.6, No.2 Agustus 2019 | Page 5028
listrik adalah watt yang menyatakan banyaknya tenaga listrik
yang mengalir dalam satuan waktu (joule/detik). Daya listrik
dilambangkan huruf P. Pada rangkaian arus DC, daya listrik
sesaat dihitung menggunakan hukum Joule. Daya pada sumber
DC dinyatakan sebagai berikut:[4]
𝑃𝑡ℎ = 𝑉𝑂𝐶 𝐼𝑆𝐶 ………….……………………………(3)
Daya panel surya jika dipengaruhi dengan temperature
dapat dinyatakan sebagai berikut:
𝑃 = 𝐺𝑇 𝜏𝑝𝑐 𝜂𝑇𝑟𝑒𝑓 𝐴[1 − 0.0045(𝑇𝑐 − 25)]…………(4)
Prediksi kinerja modul PV dalam hal output daya
listrik di lapangan, dimana P = Tegangan Listrik (W) , 𝐺𝑇 =
Fluks Radiasi pada Bidang Modul (W/m2 ), 𝜏 solar transmittance
of glazing, 𝜂 = Efisiensi Sesaat, dimana 𝜂 𝑇𝑟𝑒𝑓 = 0:125, A = luas
permukaan bukaan modul PV (𝑚 2), 𝑇𝑐 = suhu operasi sel / modul
(K). [8]
4.
Daya Maksimum Panel Surya
Daya keluaran maksimumnya Pmp adalah :
𝑃𝑚𝑝 = 𝑉𝑚𝑝 𝐼𝑚𝑝……………..……………………...(5)
Kondisi daya maksimum dapat tercapai ketika
perbandingan daya dengan tegangan nya sama dengan nol.[4]
dimana
𝑃 = 𝑉𝐼 = 𝑉𝐼𝑆𝐶 (𝑒 𝛽𝑉 − 1) − 𝐼𝐿
………………………………………….(6)
𝑞
maka diperoleh
dengan 𝛽 =
𝑘𝑇
5.
𝐼
(1 + 𝛽𝑉𝑚𝑝 )𝑒𝛽𝑉𝑚𝑝 = 1 + 𝐼 𝐿 ………………………(7)
𝑆𝐶
Faktor Pengisian (fill factor) Sel Surya
Faktor pengisian sel surya merupakan daya yang
tersedia pada maximum power point (Pm) dibagi dengan tegangan
rangkaian terbuka (VOC) dan arus hubungan pendek (ISC): dapat
dinyatakan sebagai berikut :[4]
𝑃
𝑉 𝐼
𝑓𝑓 = 𝑃𝑚𝑝 = 𝑚𝑝 𝑚𝑝 …….…………………………(8)
𝑉 𝑉
6.
𝑡ℎ
𝑂𝐶 𝑆𝐶
Efisiensi sel surya
Efisiensi sel surya adalah rasio antara output listrik
dengan input cahaya dan luas permuakaan sel surya. Efisiensi
konversi energi (η) dari sel surya adalah persentase energi surya
untuk yang sel terkena tidak diubah informasi menjadi energi
listrik. Ini dihitung adalah dengan membagi output daya sel
(dalam watt) pada maksimum power (Pm) oleh cahaya masukan
(E, dalam W / m2) dan luas permukaan sel surya (Ac di m2).[4]
η = Pm / (E x Ac) ………………………………(9)
berikut adalah efisiensi panel surya terhadap
temperatur:
𝜂𝑐 = 𝜂 𝑇𝑟𝑒𝑓 [1 − 𝛽𝑟𝑒𝑓 (𝑇𝑐 − 𝑇𝑟𝑒𝑓 ) + 𝑦 log 10 𝐺𝑇]…………….…(10)
𝜂 = Efisiensi Sesaat, dimana β sebagai koefisien suhu
(𝐾 −1 ) dan ref sebagai nilai referensi jadi 𝛽𝑟𝑒𝑓 =
0.0044 ∘ 𝐶 −1, 𝜂 𝑇𝑟𝑒𝑓 = 0.125. Tref merupakan temperatur referensi
Tref = 25⸰C, Tc merupakan temperature operasi modul surya, [8]
2.3 Inverter
Inverter adalah perangkat elektrik yang digunakan
untuk mengubah tegangan dan arus DC (Direct Current) menjadi
tegangan dan arus AC (Alternating Current). Output suatu
inverter dapat berupa tegangan AC dengan bentuk gelombang
sinus (sine wave), gelombang kotak (square wave) dan sinus
modifikasi (sine wave modified). Sumber tegangan input inverter
dapat menggunakan battery, tenaga surya, atau sumber tegangan
DC yang lain. Ada dua jenis inverter yang digunakan di
Pembangkit Listrik Tenaga Surya yaitu satu buah central inverter
dengan kapasitas 500 kW dan 25 buah string inverter dengan
kapasitas 20kW dengan total daya 500 kW.[7]
2.4 Balance Of System
Balance of system adalah seluruh komponen yang
diperlukan agar PLTS dapat beroperasi. Balance of system dapat
terdiri dari peralatan proteksi, switchgear, kabel daya, trafo, panel
listrik, peralatan monitoring dan kontrol, sensor dan data
logger,peralatan komunikasi dan server, struktur sipil.
Berikut komponen dasar ( balance of system ) pada system
photovoltaic di PLTS Cirata 1MW:
1) Peralatan Proteksi
Peralatan proteksi PLTS Cirata 1MW dibagi menjadi
dua bagian yaitu:
a. Proteksi DC PLTS Cirata
- Blade Fuse Blade sekering (juga disebut sekop atau
sekrup plug-in), dengan bodi plastik dan dua cabang
yang sesuai dengan soket
- Arrester adalah suatu alat pelindung bagi peralatan
system tenaga listrik terhadap surya petir
- Blocking Diode berfungsi lebih baik untuk sistem
panel surya yang menggunakan baterai.
- Bypass Diode membantu saat salah satu panel surya
pada rangkaian sistem panel surya terkena
banyangan atau tidak berfungsi optimal
b. Proteksi AC PLTS Cirata 1MW
- ACB (Air Circuit Breaker) merupakan jenis circuit
breaker dengan sarana pemadam busur api berupa
udara
- Circuit Breaker alat pemutus arus listrik otomatis,
berfungsi apabila arus melebihi circuit breaker.
- Fuse/ current limiting fungsinya untuk membatasi
arus.
- Switchgear 20kV switch dan atau circuit breaker
tegangan menengah 20KV
- Fuse Cut Out membatasi arus pada jaringan
tegangan menengah
- Arrester merupakan proteksi terhadap petir
- Surge Arrester
2)
Switch gear 20kV berfungsi sebagai switch dan atau circuit
breaker tegangan menengah 20KV
3)
Kabel Daya berfungsi untuk menghubungkan aliran listrik
4)
Trafo merupakan alat listrik yang berfungsi untuk menaik
turunkan tegangan AC. Di PLTS Cirata terdapat dua jenis
trafo yaitu Trafo 630 kVA dan Trafo 20 kVA
5)
Panel listrik/combiner box yang berfungsi sebagai
penghubung kabel dari modul surya yang dirangkai seri
dan paralel dan didalamnya terdapat sistem proteksi yaitu
fuse dan blocking diode.
6)
Peralatan Monitoring dan Kontrol terdiri dari data logger
yang berfungsi memberikan informasi data dari string
inverter dan webbox untuk memberikan informasi dari
sensor cuaca.
7)
Sensor terdapat sensor cuaca , suhu, dan kecepatan angin
berfungsi untuk mengetahui data informasi lingkungan
sekitar.
3.
Metodologi Penelitian
3.1 Prosedur Penelitian
Metode penelitian meliputi : pengukuran suhu
panel surya dan ambient, pengujian kinerja panel yang
lokasi penempatan nya di atas tanah (grounded System),
rooftop, dan parking shade, pengambilan data serta analisa
data. Pada penelitian ini akan diambil data produksi panel
surya yang akan dibandingkan dengan perbedaan lokasi
penempatan nya serta mencari pengaruh perbedaan
produksi panel surya. Berikut diagram alir penelitian :
ISSN : 2355-9365
e-Proceeding of Engineering : Vol.6, No.2 Agustus 2019 | Page 5029
Bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu:
1. Panel Surya
Gambar 3. 4 Modul Surya
Gambar 3. 1 Diagram Alir
3.2 Studi Literatur
Studi literatur dilakukan dengan pengumpulan data
literatur dan informasi yang berhubungan dengan pembuatan
tugas akhir baik melalui buku-buku referensi, internet, melakukan
konsultasi dengan dosen pembimbing atau dengan cara
melakukan survei di PLTS Cirata kepada staf operator yang
bertugas.
Modul surya yang digunakan dalam penelitian di PLTS Cirata
1MW yaitu menggunakan jenis thinj film SF170 seperti gambar
berikut ini.
Lokasi modul surya yang diteliti adalah array 31(ground
mounted), array 51 (parking shade) dan array 50 (rooftop).
a. Modul surya terpasang di ground mounted
Gambar 3. 5 Array 31 (Ground Mounted)
3.3 Persiapan Alat dan Bahan
b.
Pada pengambilan data dibutuhkan peralatan dan
bahan yang digunakan untuk pengambilan data. Peralatan yang
digunakan dalam pengambilan data adalah sebagai berikut :
4.
Flir camera handthermograph
Camera handthermograph berfungsi untuk mengukur suhu panel
surya.
Modul surya terpasang di parking shade
Gambar 3. 6 Array 51 (Parking Shade)
c.
5.
Modul surya terpasang di rooftop
SMA Webbox
SMA webbox berfungsi untuk monitoring dan komunikasi dari
sensor. Berikut gambar SMA Webbox:
Gambar 3. 7 Array 50 (Rooftop)
2.
Gambar 3. 2 SMA Webbox
6.
Data Logger (SMA CLUSTER CONTROLLER)
Inverter
Inverter yang digunakan yaitu string inverter SUNNY
TRIPOWER 20000TL / 25000TL dengan kapasitas 20 kW
berjumlah 3 unit ( masing-masing unit untuk ground mounted
system 20 kW, rooftop system 20kW, Parking shade 20kw)
Data logger berfungsi untuk control, monitoring,dan komunikasi
dari string inverter. Berikut gambar dari data logger :
Gambar 3. 9 String Inverter SMA STP5000TL
Gambar 3. 3 Data Logger (SMA CLUSTER CONTROLLER)
3.4 Metode Pengambilan Data
1.
Data diambil perjam dalam 1 hari untuk temperatur modul
surya dari jam 09.00-15.00 WIB
ISSN : 2355-9365
2.
3.
4.
e-Proceeding of Engineering : Vol.6, No.2 Agustus 2019 | Page 5030
Data produksi diambil per 30 menit dalam 1 hari dari jam
06.00-18.00 WIB
Data kecepatan angin dan data iradiasi diambil per 30
menit dalam sehari dari jam 06.00-18.00
Sumber data:
a.
Data iradiasi, data kecepatan angin berasal dari
data logger yakni sunny webbox merk SMA
b.
Data produksi berasal dari data logger yakni
SMA cluster contoller merk SMA
c.
Data temperatur modul surya berasal dari
pengukuran langsung dengan menggunakan alat
kamera thermography merk flir
3.5 Pengolahan Data
Membuat tabel dan grafik dari data yang didapat pada
pengukuran masing-masing lokasi pemasangan dan data suhu
panel surya dari modul surya yang dipasang pada rooftop dan
parking shade.
3.6 Analisa Pembahasan
Menganalisa hasil pengolahan data produksi dan
menganalisa faktor penyebab perbedaan produksi dari
penempatan modul surya.
3.7 Lokasi Penelitian
Lokasi penelitian bertempat di Pembangkit Listrik
Tenaga Surya (PLTS) PT PJB UP Cirata berada di desa Cadas
Sari, Kecamatan Tegal Waru, Kabupaten Purwakarta, Jawa Barat.
Gambar 4. 1 Grafik Output Produksi Energi
dipasang pada ground mounted, rooftop, dan parking shade.
Secara total produksi energy dalam 51 array rata-rata dalam 10
hari adalah pada ground mounted menghasilkan energy 68,1 kWh
x 49 array = 3338,811 kWh, pada roopftop menghasilkan energi
62,9 kWh, dan pada parking shade menghasilkan energi 67,9
kWh. Sehingga rata-rata eneri yang dihasilkan PLTS Cirata 1
MW dalam 10 hari penelitian adalah 3469,611 kWh. Output
energy pada ground mounted dipasang di PLTS Cirata
menghasilkan energy per hari paling tinggi dibandingkan dengan
rooftop dan parkingshade kecuali pada hari ke-9 karena ada eror
pada data logger sehingga output daya panel surya dipasang pada
ground mounted dan rooftop tidak keluar.
4.2. Analisa Data Pada Ground Mounted
Gambar 3. 8 Lokasi Penelitian
4.
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengambilan Data Produksi Daya Modul Surya
Pengambilan data ini bertujuan untuk mengetahui output produksi
daya listrik panel surya yang dipasang pada tiga tempat yang
berbeda yaitu pada ground mounted, rooftop, dan parking shade.
Pengambilan data diambil dalam waktu 10 hari. Pengambilan data
dilakukan dalam waktu 6 bulan untuk melihat output produksi
dalam cuaca yang berbeda dari bulan Juli sampai dengan bulan
Desember. Panel Surya dipasang dengan sudut kemiringan 10⸰
dari atas tanah dan menghadap ke arah timur (arah terbit
matahari). Pada masing-masing instalasi penempatn panel surya
terdiri dari 120 panel surya yang disusun 8 seri per string dan 15
paralel per string dalam satu array, dalam satu array mempunyai
kapasitas sebesar 20 kWp. Total array adalah 51 array, 49 array
pada ground mounted yang digunakan dalam penelitian 1 array
pada ground mounted, 1 array pada rooftop, dan 1 array pada
parking shade. Arus listrik yang dihasilkan merupakan arus dan
tegangan DC sehingga harus dirubah menjadi arus dan tegangan
AC menggunakan string inverter kapasitas 20 kWp. Data
produksi berasal dari data logger. Data yang diambil adalah data
output produksi daya PLTS Cirata 1 MW, data iradiasi, data
temperature panel surya dan data kecepatan angin. Analisa data
dan pembahasan dibagi menjadi tiga bagian sesuai dengan
penempatan panel surya yaitu sistem diatas tanah (ground
mounted), rooftop dan parking shade. Berikut adalah data
produksi energy dalam 10 hari pada masing-masing penempatan
panel surya:
Gambar 4. 2 Grafik Rata-Rata Daya, Iradiasi,
Temperatur Panel Surya, dan Kecepatan Angin Pada
Ground Mounted
Gambar 4.1 menunjukan rata-rata output produksi
daya dalam 10 hari pada sistem diatas tanah. Iradiasi merupakan
faktor utama yang mempengaruhi output produksi panel surya
karena iradiasi berbanding lurus dengan output produksi panel
surya. Pada hari ke-4 merupakan output daya paling besar dengan
nilai rata-rata sebesar 8837,7 W dengan rata-rata iradiasi sebesar
394,3719 w/m2. pada hari ke-2 ada beberapa data yang tidak
keluar dan ke-9 output produksi daya terjadi eror pada data logger
sehingga tidak keluar nilai daya dari pukul 11.00 hingga pukul
14.30 seperti terlihat pada lampiran. Temperatur panel surya pada
ground mounted mempunyai rata-rata tertingi pada hari ke-2
sebesar 55 ⸰C. Sedangkan kecepatan angin tidak berpengaruh pada
output produksi panel surya. Pada gambar 4.1 menunjukan
besarnya kecepatan angin berbanding dengan cuaca atau dengan
besarnya iradiasi. Berikut adalah grafik rata-rata data yang didapat
pada ground mounted dalam rentang waktu per jam pada 10 hari
penelitian :
ISSN : 2355-9365
e-Proceeding of Engineering : Vol.6, No.2 Agustus 2019 | Page 5031
Gambar 4. 3 Grafik Rata-Rata Daya, Iradiasi, Temperatur Panel
Surya, dan Kecepatan Angin Pada Ground Mounted
Gambar 4. 3 Grafik Rata-Rata Daya, Iradiasi,
Temperatur Panel Surya, dan Kecepatan Angin Pada Rooftop
Gambar 4.3 menunjukan daya berbanding lurus
dengan iradiasikecuali pada pukul 12.00 karena pengruh dari
kemiringan panel surya yang terpasang 10⸰ dari tanah dan
menghadap terbit matahari, ketika pukul 12.00 matahari sudah
tidak lagi sejajar dengan panel surya sehingga daya yang
dihasilkan menurun. Kelebihan dari panel surya yang dipasang di
atas tanah yaitu mempunyai rata rata temperatur panel surya lebih
stabil karena adanya cooling dari tanah yang bisa menyerap
panas.
Adapun kelemahan pada sistem diatas tanah yaitu
harus mempunyai lahan yang cukup luas serta adanya debu dan
kotoran karena posisi nya lebih rendah sehingga dekat dengan
tanah, jika debu menutupi seluruh bagian pada panel surya akan
terjadi pengurangan output produksi panel surya sebesar 20%.[9]
Adapun solusi pada masalah ini panel surya dibersihkan dalam
rentang waktu empat bulan sekali. Berikut adalah gambar panel
surya yang terdapat debu dan kotoran pada ground mounted:
Gambar 4.6 selain faktor kemiringan panel surya
adapun faktor bayangan yang membuat produksi daya menurun
pada rooftop di PLTS Cirata 1 MW yaitu terjadi shading
(bayangan) dari gedung PJB Academy mulai pukul 15.00 hingga
matahari terbenam. Shading sangat berpengaruh terhadap
produksi daya karena panel surya hanya berfungsi sebagian saja
yang tidak terkena bayangan. Berikut adalah gambar shading yang
terjadi pada panel surya yang dipadang pada rooftop :
Gambar 4. 4 Gambar Debu dan Kotoran pada Panel
Surya Ground Mounted
4.3 Analisa Data Pada Rooftop
Gambar 4. 7 Rooftop Terkena Shading
4.4 Analisa Data Pada Parking Shade
Gambar 4. 2 Grafik Rata-Rata Daya, Iradiasi, Temperatur
Panel Surya, dan Kecepatan Angin Pada Rooftop
Gambar 4.5 menunjukan rata-rata output produksi
daya dalam 10 hari pada rooftop. Pada hari ke-2 merupakan
output daya paling besar dengan nilai rata-rata sebesar 7730,33
W dengan rata-rata iradiasi sebesar 397,774w/m2 dan rata-rata
temperaturnya sebesar 55,56 ⸰C. Sedangkan rata-rata kecepatan
angina sebesar 0,49 m/s. pada hari kedua ada beberapa data tidak
muncul dari data loger seperti terlihat pada lampiran. Kelebihan
dari panel surya dipasang pada rooftop yaitu bisa memaksimalkan
lahan untuk menjadi pembangkit listrik serta lebih bersih dari
debu dan kotoran.
Gambar 4. 8 Grafik Rata-Rata Daya, Iradiasi, Temperatur Panel
Surya, dan Kecepatan Angin Pada Parking Shade
Gambar 4.8 menunjukan rata-rata output produksi
daya dalam 10 hari pada parking shade. Pada hari ke-2
merupakan output daya paling besar dengan nilai rata-rata sebesar
7891,32 W dengan rata-rata iradiasi sebesar 397,774w/m2 dan
rata-rata temperaturnya sebesar 61,69 ⸰C. Sedangkan rata-rata
kecepatan angina sebesar 0,49 m/s. pada hari ke-2 dan ke-9 output
produksi daya terjadi eror pada data logger sehingga tidak keluar
nilai daya seperti terlihat pada lampiran. Kelebihan instalasi panel
surya pada area parkir yaitu memanfaatkan lahan parkir sebagai
pembangkit listrik tenaga surya sehingga bisa menghemat biaya
tanah.
ISSN : 2355-9365
e-Proceeding of Engineering : Vol.6, No.2 Agustus 2019 | Page 5032
DAFTAR PUSTAKA
1.
2.
3.
Gambar 4. 9 Grafik Rata-Rata Daya, Iradiasi, Temperatur Panel
Surya, dan Kecepatan Angin Pada Parking shade
Gambar 4.9 menunjukan bahwa pada area parkir
memiliki temperatur rata-rata panel surya paling panas
dikarenakan di PLTS Cirata 1 MW adanya penguapan panas dari
aspal yang mengakibatkan temperatur panel surya lebih panas
sehingga output produksinya lebih rendah. Berikut adalah tampak
dari bawah panel surya yang dipasang pada area parkir.
4.
5.
6.
7.
8.
Gambar 4. 10 Area Parkir
4
PENUTUP
Kesimpulan
Dari penelitian yang sudah dilakukan, diperoleh
kesimpulan sebagai berikut:
1.
Output produksi energi panel surya dengan kapasitas
masing-masing percobaan sebesar 20kW terjadi
perbedaan output produksi yaitu energi maksimal
sebesar 87,9 kWh pada ground mounted, 83,81 kWh
pada parkingshade, dan 81,39 kWh pada rooftop.
Sehingga panel surya yang terpasang diatas tanah
menghasilkan energy yang lebih optimal di
Pembangkit Listrik Tenaga Surya Cirata 1 MWp.
2.
Faktor utama yang mempengaruhi output produksi
panel surya adalah iradiasi atau intensitas cahaya
matahari. Perbedaan output produksi energy antara
ground mounted, parking shade, dan rooftop terjadi
karena adanya faktor lingkungan dalam instalasi
panel surya yaitu karena adanya perbedaan
temperatur panel surya, debu atau kotoran, dan
shading.
5.1
Saran
Saran yang dapat diberikan untuk meningkatkan
kualitas dari penelitian yang telah ini yaitu:
5.2
1.
2.
3.
Melakukan penelitian untuk penempatan panel surya
agar bisa menyerap iradiasi maksimal.
Menggunakan alat ukur yang lebih teliti dan
tersinkronisasi sehingga dapat mengurangi kesalahan
dalam pembacaan nilai.
Melakukan penelitian dengan waktu yang teratur dan
waktu yang lebih panjang.
9.
10.
Heru sriwidodo S., 2011. Menuju Energi Terbarukan
untuk Indonesia Makmur Energi. Cirata Care4U
http://www.alternative-energy-tutorials.com/energyarticles/solar-cell-i-v-characteristic.html. (diakses pada
tanggal 13 April 2019)
D. Suryana and M. M. Ali, Pengaruh Temperatur / Suhu
Terhadap Tegangan Yang Dihasilkan Panel Surya Jenis
Monokristalin ( Studi Kasus : Baristand Industri
Surabaya ), Teknol. Proses dan Inov. Ind., vol. 2, no. 1,
pp. 5–8, 2016.
Suriadi dan Mahdi Syukri, “Perencanaan Pembangkit
Listrik Tenaga Surya (PLTS) Terpadu Menggunakan
Software PVSYST Pada Komplek Perumahan di Banda
Aceh,” Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 9, No. 2, Oktober
2010.
A. De Vos and H. Pauwels (1981). "On the
Thermodynamic Limit of Photovoltaic Energy
Conversion". Appl.Phys. 25:119.
PENGUJIAN KARAKTERISTIK PANEL SURYA
BERDASARKAN INTENSITAS TENAGA SURYA
Reza pahlevi, Hasyim Asy’ari, Aris Budiman Jurusan
Teknik
Elektro
Fakultas
Teknik
Universitas
Muhammadiyah Surakarta
Soresen Bent, Renewable Energy Physics, Engineering,
Environmental Impacts, Economy & Plannin, India:
Academic Press, 2011.
E. Skoplaki, J.A. Palyvos. “On The Temperature
Dependence of Photovoltaic Module Electrical
Performance:
A
Review
of
Efficiency/Power
Correlations”. Solar Engineering Unit, School of
Chemical Engineering, National Technical University of
Athens, 9 Heroon Polytechneiou, Zografos Campus,
15780 Athens, Attica, Greece, 4 November 2008.
Muhammed J. Adinoyi dan Syed A.M. Said. “Effect of
Dust Accumulation on The Power Outputs of Solar
Photovoltaic Modules”. Renewable Energy, 4 Juli 2013.
E.L. Meyer dan E.E. Van Dyk. “Characterization module
performance parameters”. University of Port Elizabeth,
Departement of Physics, PO Box 1600, Port Elizabeth
6000,
South
Africa.
8
April
2002.
ISSN : 2355-9365
e-Proceeding of Engineering : Vol.6, No.2 Agustus 2019 | Page 5033