Percobaan transformator 1 (percobaan open circuit)

Petunjuk Praktikum Dasar Konversi Energi

Percobaan 2Karakteristik Modul Sel SuryaDengan Simulink Matlab1. Tujuan Percobaan

Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa akan dapat :

1. Mengetahui sistem kerja sel surya.

2. Mengetahui karakteristik arus tegangan pada sebuah modul sel surya dengan menggunakan program simulink Matlab.

3. Mengetahui karakteristik arus tegangan pada sebuah modul sel surya akibat pengaruh radiasi surya dengan menggunakan program simulink Matlab.2. Dasar Teori

Sel-sel surya photovoltaic (PV) adalah diode semikonduktor yang didisain untuk menyerap cahaya matahari dan mengkonversinya menjadi listrik. Penyerapan cahaya matahari menghasilkan pembawa-pembawa minoritas bebas, yang menentukan arus sel surya. Pembawa ini terkumpul dan terpisah oleh junction diode, yang menentukan tegangannya.Operasi dasar sel surya ditunjukkan pada gambar 1. Foton-foton cahaya diserap oleh bahan semikonduktor dan setiap foton yang diserap membangkitkan sepasang elektron-hole. Pembawa-pembawa minoritas yang dibangkitkan berdifusi ke junction dimana mereka terkumpul. Jumlah pembawa yang terkumpul menentukan arusnya. Tegangan ditentukan oleh karakteristik junction-nya.

Gambar 1. Operasi sel surya

Rangkaian ekivalen ditunjukkan pada gambar 2. Kurva karakteristik sel surya photovoltaic dapat ditentukan dengan pertama menghitung pembawa minoritas terkumpul dan kemudian secara terpisah menghitung karakteristik arus-tegangan diode. Superposisi dapat digunakan untuk mengkombinasikannya.

Gambar 2. Rangkaian ekivalen sel surya

Arus maksimum untuk sel surya tergantung pada lebar pita penyerapan semikonduktor dan spectrum surya. Setiap photon dengan energy lebih besar dari lebar pita dapat diharapkan untuk membangkitkan satu pasang elektron-hole, yang menyebabkan satu pembawa minoritas dapat terkumpul. Koefisien penyerapan bahan semikonduktor menentukan ketebalan yang diperlukan untuk menyerap cahaya surya dengan energy lebih besar dari celah pita. Sebagai contoh ketebalan silicon 0,5 mm akan menyerap 93 % dari cahaya surya dengan sebuah energy diatas lebar pitanya.2.1 Junction p-nSel-sel PV telah dibuat dengan bahan silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), copper indium diselenide (CIS), cadmium telluride (CdTe), dan beberapa bahan lain. Bagian utama sel PV yaitu junction p-n, atau ekivalen dengan junction Schottky yang diperlukan untuk memungkinkan pengaruh sel surya. Pemahaman junction p-n adalah bagian penting dari pemahaman bagaimana sel PV mengkonversi cahaya matahari menjadi listrik. Gambar 3 menunjukkan sebuah junction p-n silicon.

Gambar 3. Junction p-n menunjukkan lintasan dan difusi elektron dan hole. Junction tersebut terdiri dari sebuah layer Si tipe-n digabungkan dengan layer Si tipe-p, dengan sebuah struktur kristal Si murni membentang junction tersebut. Hubungan diantara kerapatan hole (p), dan kerapatan elektron (n), pada setiap titik yang diberikan bahan adalah:np = ni2Dimana ni adalah perkiraan kerapatan elektron atau hole dalam bahan intrinsic (tak murni). Saat kondisi tak murni, n ( Nd dan p ( Na, dimana Nd dan Na adalah kerapatan tak murni donor dan acceptor. Analisa aliran elektron dan hole melewati junction merupakan pengembangan persamaan dioda:

dimana q adalah muatan elektron, k adalah konstanta Boltzman, T adalah suhu junction dalam K, dan V adalah tegangan luar melewati junction dari sisi-p ke sisi-n.2.2 Junction p-n teriluminasi

Gambar 4 mengilustrasikan efek foton-foton pada area junction. Energi foton tersebut diberikan dengan persamaan:

dimana ( adalah panjang gelombang foton, h adalah konstanta Planck (6,625x10-34J.s) dan c adalah kecepatan cahaya (3x108 m/s).Energi foton dalam elektron-volt (eV) menjadi 1,24/(, jika ( adalah dalam (m (1eV=1,6x10-19J). Jika sebuah foton mempunyai energy yang sama atau melebihi energy lebar pita semikonduktor dari bahan junction p-n, kemudian energy foton mampu menciptakan pasangan elektron-hole (EHP). Untuk Si, lebar pita adalah 1,1eV, jika panjang gelombang foton kurang dari 1,13 (m di dekat daerah infra merah, maka foton akan mempunyai cukup energy untuk membangkitkan EHP.

Gambar 4. Junction p-n diiluminasi menunjukkan geometri yang diinginkan dan kreasi pasangan elektron-hole. Meskipun foton-foton dengan energy lebih tinggi dari energy lebar pita dapat diserap, satu foton dapat mengkreasikan hanya satu EHP. Energi lebih dari foton dibuang sebagai panas. Bila foton memasuki sebuah bahan, intensitas beam (daya dalam medan gelombang) tergantung pada konstanta penyerapan panjang gelombang-bebas, (.Jumlah arus foton-terinduksi mengalir melewati junction dan rangkaian luar secara langsung sebanding dengan intensitas sumber foton. Catatan bahwa EHP digerakkan melewati junction dengan adanya medan E (E-field), jadi hole bergerak ke sisi-p dan melanjutkan untuk berdifusi ke arah kontak luar sisi-p. Dengan cara yang sama, elektron-elektron bergerak ke sisi-n dan melanjutkan untuk berdifusi ke kontak luar sisi-n. Pada titik ini, sebuah pengamatan penting dilakukan. Tegangan luar melewati diode yang menyebabkan aliran arus saat tidak ada foton-foton, adalah positif dari p ke n. Arus dan tegangan diode didefinisikan dalam arah ini, dan diode didefinisikan berdasarkan konvensi tanda pasif. Dengan kata lain, ketika tidak ada foton-foton menimpa junction, diode menghilangkan daya. Tetapi saat terdapat foton-foton, aliran arus terinduksi foton melawan arah pasif tersebut. Oleh karena itu, arus meninggalkan terminal positif, yang berarti bahwa alat tersebut membangkitkan daya. Ini adalah efek dari PV. Saat arus PV digabungkan dengan persamaan diode, menghasilkan persamaan:

Gambar 5 menunjukkan kurva I-V untuk sel PV ideal dan tipikal, mengasumsikan sel tersebut mempunyai luas perkiraan 195 cm2. Sifat lain kurva I-V gambar 5, adalah adanya titik tunggal pada setiap kurva pada daya yang dikirim oleh sel adalah maksimum. Titik ini disebut titik daya maksimum (maksimum power point) dari sel. Dan gambar 6 adalah saat daya sell diplot terhadap tegangan sel.

Gambar 5. Karakteristik I-V dari sel-sel PV ideal dengan level iluminasi yang berbeda.

Gambar 6. Karakteristik P-V dari sel-sel PV dengan empat level iluminasi. 3. Daftar Peralatan

NoPeralatanJumlah (buah)

1Personal Computer1

2Program Matlab 20101

4. Gambar Rangkaian

Gambar 6. Rangkaian percobaan karaktristik arus-tegangan dan daya-tegangan

dengan modul Photovoltaic masukan tegangan.Input :

Tegangan Photovoltaic, VPV (V)

Insolation (W/m2)

Output:

Arus Photovoltaic, IPV (A)

Daya output Photovoltaic, PPV (W)

Model ini tepat untuk keadaan saat modul-modul terhubung parallel dengan tegangan yang sama.5. Prosedur Kerja

1. Buka program Matlab 2010.

2. Buka file ModulPV.mdl pada menu Current Folder, kemudian muncul tampilan simulink untuk modul Photovoltaic seperti gambar 6 berikut.

Gambar 6. PV 1 model simulink untuk input tegangan dan PV 2 model simulik untuk input arus.

3. Klik pada program Matlab 2010, menu Simulink Library Browser.

4. Pada Simulink Library Browser klik menu New Model, kemudian muncul tampilan program simulink dengan nama file untitled.mdl. Simpan dengan menu save as dan beri nama Percobaan2, selanjutnya buatlah program simulink pada gambar 6 pada file ini.

5. Tarik PV1 ke dalam program simulink pada file Percobaan2.

6. Tarik Repeating Sequence Stair pada menu sources. 7. Masukkan data berikut untuk input radiasi sel surya (illumination)

8. Tarik Repeating Sequence pada menu sources. 9. Masukkan parameter data berikut

10. Tarik X-Y Graph pada menu sink.

11. Untuk Karakteristik I-V masukkan parameter data x-min=0, x-max=25, y-min=0, y-max=6, sample time=-1

12. Untuk Karakteristik P-V masukkan parameter data x-min=0, x-max=25, y-min=0, y-max=100, sample time=-1

13. Hubungkan terminal-terminal pada setiap blok simulink seperti gambar 6.14. Klik menu Simulation kemudian klik Configurations Parameter, masukkan parameter data

15. Klik start simulation, dapatkan hasil simulasi kurva karakteristik I-V dan P-V.6. Tugas

1. Jelaskan yang dimaksud dengan lintasan dan difusi elektron dan hole pada junction p-n sel surya.2. Jelaskan yang dimaksud dengan p-n junction teriluminasi.

3. Apa yang dimaksud dengan titik daya maksimum.

7. Referensi

1. Chan, Shu-Park Section I Circuits, The Electrical Engineering Handbook, Ed. Richard C. Dorf, Boca Raton: CRC Press LLC, 2000.2. Panasonic Solar Cells Technical Handbook 98/99.3. Roger Messenger, et.all. Fundamentals, Technology and Application, Taylor & Francis Group, LLC., 2007.4. PV module simulink models, ECEN 2060.

PAGE Percobaan Karakteristik Modul Sel Surya Dengan Simulink Matlab 10

_1394875216.unknown

_1394882354.unknown

_1394871868.unknown