Berkarya Saja – Untuk mengevaluasi kinerja dan efisiensi dari sebuah modul panel PV surya, kita perlu memahami sifat-sifat kelistrikannya dengan baik. Simak selengkapnya!

Introduksyon

Sel surya, juga dikenal sebagai sel fotovoltaik (PV), bekerja dengan menyerap foton dari sinar matahari dan mengubahnya menjadi listrik. Ketika terhubung ke beban, sel-sel ini melepaskan elektron, menghasilkan arus listrik. Modul panel surya, di sisi lain, terdiri dari beberapa sel fotovoltaik yang dihubungkan secara seri dan paralel untuk menghasilkan keluaran daya yang lebih tinggi.

Sel fotovoltaik adalah elemen dasar dari modul panel surya, yang merupakan bagian esensial dari pembangkitan tenaga surya dengan karakteristik listriknya yang khas, seperti arus dan tegangan (I-V), yang berubah sesuai dengan intensitas cahaya yang diterima. Karakteristik non-linier sel surya maupun modul panel fotovoltaik ini dapat ditentukan dengan menganalisis kurva I-V.

Untuk mengetehui lebih lanjut, Alpharizonet telah merangkum berbagai informasi tentang karakteristik non-linier sel fotovoltaik atau modul panel surya. Informasi tersebut mencakup dasar kurva I-V, definisi karakteristik kurva khasnya, serta parameter-parameter yang terkandung di dalamnya. Maka dari itu, mari simak semua informasinya dalam ringkasan berikut!

Analisis Dasar Kurva I-V

Lebih dari satu abad yang lalu, kurva I-V telah digunakan sebagai salah satu metode utama untuk memahami aliran listrik melalui material dan sirkuit. Awalnya dilakukan eksperimen oleh fisikawan Jerman, Heinrich Hertz untuk menambah pemahaman kita tentang ‘Hukum Ohm’ yang menyatakan bahwa arus listrik berbanding lurus dengan tegangan ketika hambatan tetap konstan.

Pemahaman dasar tentang bagaimana suatu komponen atau perangkat elektronik beroperasi dapat diperoleh melalui analisis posisi kurva pada grafik I-V. Analisis dasar kurva I-V merupakan metode evaluasi hubungan antara kuat arus dan tegangan pada suatu komponen atau sistem (rangkaian listrik).

Metode analisis kurva I-V memungkinkan kita untuk memahami karakteristik dari komponen elektronik, seperti resistansi, konduktansi, dan karakteristik non-linear. Dengan demikian, kita dapat menentukan bagaimana komponen tersebut akan beroperasi dalam suatu rangkaian listrik.

Dengan memahami grafik I-V, kita dapat mengevaluasi kinerja dan perilaku komponen elektronik dalam berbagai kondisi operasi. Grafik I-V umumnya dapat dibagi menjadi empat bagian yang disebut kuadran, yang membantu dalam memahami karakteristik komponen tersebut secara lebih mendalam.

Setiap kuadran memiliki karakteristik yang berbeda dalam hal arus dan tegangan. Berikut ini uraiannya;

• Kuadran I adalah kuadran di mana arus dan tegangan keduanya positif. Ini menunjukkan bahwa komponen atau perangkat elektronik beroperasi dalam kondisi normal, di mana arus mengalir searah dengan tegangan yang diberikan.
• Kuadran II adalah kuadran di mana arus negatif dan tegangan positif. Ini menunjukkan bahwa arus mengalir berlawan dengan tegangan yang diberikan. Ini dapat terjadi pada beberapa jenis komponen seperti baterai dan sel surya.
• Kuadran III adalah kuadran di mana arus-tegangan keduanya negatif. Ini menunjukkan bahwa arus mengalir searah dengan tegangan yang diberikan tetapi dalam arah yang berlawanan. Ini juga terjadi dalam beberapa jenis komponen seperti resistansi dan dioda.
• Kuadran IV adalah kuadran di mana arus positif dan tegangan negatif. Ini menunjukkan bahwa arus mengalir ke arah yang berlawanan dengan tegangan yang diberikan. Ini juga dapat terjadi pada beberapa jenis komponen seperti baterai dan sel fotovoltaik.

Kita bisa mengetahui apakah komponen atau perangkat elektronik bersifat pasif atau aktif dengan melihat kuadran yang dilalui oleh kurva tersebut. Grafik yang hanya melintasi kuadran I dan III menunjukkan bahwa arus dan tegangan selalu memiliki polaritas yang sama, baik itu positif atau pun negatif. Komponen ini akan berperan sebagai komponen pasif dan akan membutuhkan daya pada rangkaian. Sebagai contoh, komponen resistor dan komponen dioda.

Bacaan Yang Disarankan: Fungsi IC U2008B Untuk Kendali Fasa, Yang Wajib Anda Tahu!

Sebaliknya, perangkat atau komponen yang terletak di kuadran II dan IV menunjukkan bahwa arus dan tegangan dapat memiliki polaritas yang berlawanan, dengan satu negatif dan yang lainnya positif. Perangkat ini akan berfungsi secara aktif dan akan menghasilkan daya yang dapat disalurkan ke sirkuit saat berada di kudran ini, seperti baterai dan sel fotovoltaik atau modul panel surya.

Pengertian Kurva Karakteristik I-V PV

Secara umum, kurva karekteristik PV, yang dikenal sebagai kurva I-V, adalah gambaran dari sifat-sifat listrik yang menunjukkan bagaimana sel surya atau modul panel fotovoltaik berperilaku dalam berbagai kondisi ruangan. Karakteristisasi I-V adalah suatu metode yang digunakan untuk mengetahui parameter utama dari perangkat fotovoltaik.

Metode ini, biasanya dilakukan dengan mengukur parameter keluaran pada perangkat fotovoltaik. Parameter-parameter ini meliputi, tegangan sirkuit terbuka (Voc), kuat arus hubung singkat (Isc), tegangan titik daya maksimum (Vmpp), dan arus titik daya maksimum (Impp). Biasanya informasi ini disediakan oleh pabrikan dalam lembaran data teknis mereka.

Bacaan Yang Disarankan: Pengertian Lembar Spesifikasi Modul PV Surya Beserta Tujuan Memahami Data Teknis Panel Fotovoltaik!

Parameter-parameter tersebut yang menggambarkan kinerja sel surya dan modul panel PV, terutama dalam hal efisiensi konversi energi. Efisiensi perangkat fotovoltaik ditentukan oleh kemampuannya mengubah energi cahaya menjadi daya yang dapat digunakan.

Hal ini dapat diketahui dengan menganalisis kurva I-V untuk menentukan karakteristik khas dari sel surya dan modul panel PV. Ini merupakan cara yang efektif untuk mengevaluasi kinerja dari perangkat fotovoltaik tersebut. Metode kurva I-V sangat berguna dalam menganalisis hubungan antara arus dan tegangan yang dihasilkan oleh perangkat fotovoltaik.

Dengan menganalisis kurva I-V, kita dapat mengetahui sifat-sifat keluaran dari sel surya dan modul panel PV. Hal ini memungkinkan kita untuk melakukan evaluasi secara menyeluruh terhadap kinerja perangkat fotovoltaik tersebut.

Kurva I-V merupakan representasi grafis dari keterkaitan antara tegangan yang diberikan dan arus yang mengalir dari perangkat fotovoltaik dalam kondisi radiasi dan suhu tertentu. Dengan demikian, kurva I-V memberikan wawasan penting tentang karakteristik utama sel surya dan modul panel PV.

Tujuan Mengetahui Kurva Karakteristik I-V PV

Secara prinsip, kurva I-V PV merupakan ilustrasi visual dari prinsip kerja sel fotovoltaik atau modul panel surya tertentu. Ini merangkum hubungan antara aliran listrik (I) dan perbedaan potensial (V) pada kondisi paparan radiasi dan suhu lingkungan di sekitar perangkat fotovoltaik.

Bacalah Ini Untuk: Memahami Prinsip Pengoperasian Sel Surya! Ketahui Apa Itu Efek Fotovoltaik?

Informasi yang diperoleh dari kurva I-V membantu para peneliti, engineer dan teknisi dalam mengatur perangkat fotovoltaik agar dapat bekerja pada tingkat potensi yang optimal, dengan titik daya puncak yang dikenal sebagai MPP.

Oleh karena itu, mengetahui karakteristik listrik I-V dari sel fotovoltaik (PV) atau modul panel surya sangat penting untuk menentukan keluaran dan efisiensi suatu perangkat fotovoltaik.

Mekanisme Kerja Kurva I-V Fotovoltaik

Teknologi fotovoltaik mengkonversi energi matahari menjadi listrik secara langsung. Sel surya PV umumnya terbuat dari silikon semikonduktor yang telah diolah menjadi kristal yang sangat murni untuk menyerap foton dari cahaya matahari. Foton yang diserap oleh atom silikon menyebabkan pelepasan elektron yang menghasilkan aliran listrik saat sel atau modul fotovoltaik terhubung ke beban luar, seperti rheostat atau lampu bohlam DC.

Bacaan Yang Disarankan: Mencermati Perbedaan Fenomena Efek Fotolistrik Dengan Efek Fotovoltaik!

Intensitas radiasi matahari yang diterima oleh sel surya mempengaruhi arus listrik yang dihasilkan (I), sementara peningkatan suhu sel surya akan menurunkan tegangan listrik (V). Sel surya maupun modul panel PV tersebut menghasilkan listrik DC dan jika arus dikalikan dengan tegangan, maka akan menghasilkan daya.

Kinerja sel surya dapat dikarakterisasi dengan mengukur keluaran daya dan efisiensi konversinya. Hasil dari karakterisasi kinerja ini dapat dilihat melalui hubungan antara arus dan tegangan yang tergambar dalam kurva karakteristik I-V dari sel surya atau panel fotovoltaik (PV).

Kurva karakteristik I-V dari PV adalah cara visual untuk menunjukkan bagaimana sel surya atau modul panel PV bekerja dengan menggambarkan hubungan antara arus dan tegangan dalam kondisi suhu dan intensitas radiasi tertentu. Kurva I-V menyediakan data yang diperlukan untuk menyesuaikan sistem pembangkitan fotovoltaik sehingga dapat beroperasi seoptimal mungkin di titik daya puncak (MPP).

Menganalisis Karakteristik I-V Fotovoltaik

Setiap kurva I-V memiliki sejumlah titik operasi khusus yang harus dipahami untuk menginstal dan menyelesaikan masalah sistem pembangkitan fotovoltaik dengan benar. Setiap perangkat fotovoltaik yang beredar di pasaran memiliki titik operasi yang berbeda-beda tergantung pada jumlah sel dalam seri, namun semuanya memiliki parameter pengoperasian yang sama.

Tegangan rangkaian terbuka (Voc) maksimum dari sebagian besar modul panel surya nominal 12 V berkisar antara 15 V (30 sel yang tersusun seri) hingga 17,5 V (36 sel yang tersusun seri). Informasi spesifikasi listrik modul panel surya dapat ditemukan pada stiker yang dipasang oleh produsen di sisi belakangnya. Sebagai contoh, stiker di bagian belakang modul panel surya Ap IVC-55 menyediakan karakteristik yang dijelaskan dalam tabel spesifikasi.

Bacalah Ini Untuk: Memahami Apa Itu Datasheet dan Spesifikasi Serta Perbedaan Keduanya?

Parameter pengoperasian modul panel suya yang diperlu pahami sebagai berikut:

Voc (Open Circuit Voltage) merupakan tegangan tertinggi yang dihasilkan oleh sel surya atau modul panel fotovoltaik saat terminal positif dan negatifnya tidak terhubung dengan beban. Tegangan yang dihasilkan diukur menggunakan voltmeter yang disambungkan secara paralel dengan perangkat fotovoltaik. Voc memiliki peran yang krusial dalam menentukan besarnya tegangan pada sel fotovoltaik (PV) atau modul panel surya yang terhubung secara seri antara sel-sel surya atau modul panel PV.

Isc (Short Circuit Intensity of current) merujuk pada kekuatan arus tertinggi yang dihasilkan oleh sel fotovoltaik atau modul panel surya ketika terminal positif dan negatifnya dihubungkan dengan alat pengukur kuat arus (amperemeter). Pengukuran kuat arus pada terminal keluaran perangkat fotovoltaik (PV) dilakukan dengan menghubungkannya secara seri dengan ammeter. Isc umumnya digunakan untuk segala penghitungan dalam desain kapasitas listrik dari tenaga surya, khususnya dalam menentukan besarnya ampasiti pada sel fotovoltaik (PV) atau modul panel surya yang dihubungkan secara paralel antara sel-sel atau modul panel surya.

Bacalah Ini Untuk: Mengetahui Arti Simbol “I” Yang Merepresentasi Kuantitas Arus Listrik!

Vmp (Maximum Power Voltage) operating mengacu pada titik daya maksimum yang terdapat pada kurva arus-tegangan (I-V) dari sistem fotovoltaik. Vmp diukur secara paralel menggunakan voltmeter saat terminal positif dan negatif dari perangkat PV terkoneksi dengan solar charge controller.

Imp (Maximum Power Intensity of current) operating adalah tingkat arus tertinggi yang dihasilkan oleh sel fotovoltaik (PV) atau modul panel surya yang sesuai dengan titik daya maksimum pada grafik arus-tegangan (I-V) sistem fotovoltaik. Imp diukur dengan menghubungkan salah satu jalur terminal dari perangkat PV yang terhubung ke pengontrol pengisian surya dengan ammeter secara seri.

Rated Pmax (Maximum Power) merujuk pada kapasitas daya tertinggi yang dapat dihasilkan oleh sel surya atau modul panel fotovoltaik, dan ini terjadi pada titik daya maksimum yang ditunjukkan dalam kurva arus-tegangan (I-V). Ini dikenal sebagai titik daya puncak, yang merupakan hasil perkalian antara arus operasional (Imp) dan tegangan operasional (Vmp). Jika modul berfungsi di luar batas daya maksimumnya, jumlah daya yang dihantarkan akan menurun dan menyebabkan kerugian energi yang tidak diinginkan. Dengan demikian, ini merupakan titik operasi yang diharapkan untuk modul panel PV surya mana pun.

STC (Standard Test Condition) adalah suatu standar yang digunakan untuk mengukur kinerja sel surya atau modul panel PV. Dengan memanfaatkan parameter STC, para ahli di sektor industri dapat melakukan perbandingan yang tepat terhadap produksi terkini dari berbagai jenis produk perangkat fotovoltaik dalam kondisi yang konsisten. Standarisasi ini menjamin keandalan dan kesetaraan data dalam penilaian efisiensi serta kinerja sel surya dan modul panel fotovoltaik. Ini membantu dalam menentukan kualitas dan kinerja produk perangkat fotovoltaik secara objektif.

Pada contoh tabel spesifikasi diatas dapat digambarkan dalam kurva I-V sebagai berikut:

Karakteristik kelistrikan perangkat fotovoltaik (PV) diukur menggunakan hubungan arus-tegangan dan direpresentasikan dalam bentuk grafik. Kurva arus-tegangan, yang dikenal sebagai kurva I-V, menggambarkan hubungan antara arus dan tegangan mulai dari arus hubung singkat (Isc) hingga tegangan pada sirkuit terbuka (Voc).

Beberapa parameter utama yang yang diperoleh dari kurva I-V antara lain adalah tegangan pada kondisi rangkaian terbuka (Voc), kuat arus pada saat hubung singkat (Isc), tegangan pada titik daya maksimum (Vmp), arus pada titik daya maksimum (Imp), daya maksimum (Pmax), serta faktor pengisian (FF) dan tingkat efisiensi konversi daya (η).

Voc adalah tegangan tertinggi yang dapat dicapai oleh modul panel PV ketika tidak ada beban yang terhubung, sementara Isc merupakan arus puncak yang dapat dihasilkan modul ketika outputnya dihubungkan secara langsung dengan amperemeter.

Vmp dan Imp adalah kombinasi antara tegangan dan arus yang memberikan keluaran daya maksimum (Pmax) dari modul panel surya fotovoltaik (PV). Faktor pengisian (FF) merupakan indikator seberapa efektif kinerja modul panel surya, yang dihitung sebagai perbandingan antara Pmax dan hasil perkalian Voc dengan Isc.

FF = Vmp x Imp / Voc x Isc

Kurva I-V didapatkan melalui eksperimen dengan cara mengekspos sel surya atau modul panel PV pada tingkat irradiansi yang tetap, sambil menjaga suhu sel tetap stabil. Dalam proses ini, dilakukan variasi pada resistansi beban dan dilakukan pengukuran terhadap arus yang dihasilkan. Sumbu horizontal dan sumbu vertikal digunakan untuk mengukur tegangan dan arus, secara berurutan.

Kurva I-V umumnya melalui dua titik ekstrim, yaitu arus hubung singkat (Isc), dan tegangan terbuka rangkaian (Voc).

• Isc adalah kekuatan arus yang dihasilkan ketika terminal positif dan negatif dari sel surya atau modul panel fotovoltaik dihubungkan singkat melalui alat pengukur arus (ammeter);
• Voc merupakan tegangan yang terukur di antara terminal positif dan negatif dalam keadaan sirkuit terbuka, tanpa adanya arus yang mengalir, yang sejalan dengan resistansi beban yang tak terbatas.

Kurva I-V mampu memperlihatkan titik daya maksimum yang berada di sudut kanan atas, jauh dari area persegi panjang terbesar yang terletak di bawah kurva tersebut. Kurva ini berguna untuk mengetahui tingkat kinerja sistem pembangkitan fotovoltaik.

Akhir Kata

Dari seluruh rangkuman tersebut, kita dapat menyimpulkan bahwa kurva I-V fotovoltaik adalah metode yang krusial untuk menilai kinerja dari sel surya atau modul panel fotovoltaik. Dengan melakukan evaluasi pada modul panel fotovoltaik, kita bisa mengetahui karakteristik khas dari perangkat fotovoltaik tersebut.