Uji Karakteristik Arus dan Tegangan

1. LAPORAN
PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN I
UJI KARAKTERISTIK ARUS DAN TEGANGAN SEL FOTOVOLTAIK
(ACARA 1)
Disusun oleh :
Nama : 1. Sukma Sewiji H1E014046
2. M. Arsya Adzma S H1E014056
3. Adib Meiditha Wibowo H1E014057
Asisten : Azmie Risyad
Hari, Tanggal :
Pelaksanaan Praktikum : Kamis, 13 Oktober 2016
Pengumpulan Laporan : Selasa, 1 November 2016
LABORATORIUM MATERIAL DAN EKSPERIMEN
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN
PURWOKERTO
2016

2. ABSTRAK
Solar sel atau panel surya yaitu alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah
energi cahaya menjadi listrik dimana energi cahaya tersebut bersumber dari
cahaya matahari yang ramah lingkungan, sedangkan surya merupakan sebuah
elemen semi konduktor yang dapat mengkonversi energi surya menjadi energi
listrik berdasarkan efek fotovoltaik. Percobaan Uji Karakteristik Arus dan
Tegangan Sel Fotovoltaik bertujuan untuk mendeskripsikan karakteristik sel
surya, melakukan pengukuran karakteristik sel surya, dan menggambarkan grafik
arus keluaran terhadap tegangan untuk berbagai intensitas cahaya. Alat dan bahan
yang digunakan berupa sel fotovoltaik, MMD, lampu, kabel penghubung, dan
rheostat dimana semua alat dan bahan dirangkai serta digunakan untuk mengukur
intensitas cahaya yang berasal dari lampu dan matahari. Berdasarkan percobaan
tersebut didapat nilai tegangan dan arus yang kemudian dibuat grafik hubungan
arus terhadap tegangan.
Kata Kunci: Sel surya, grafik arus-tegangan.

3. BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Matahari merupakan sumber energi yang potensial bagi kebutuhan
manusia. Energi tersebut bisa didapat dari panas yang merambat sampai
permukaan bumi atau cahaya yang jatuh sampai permukaan bumi. Beberapa
penelitian menyatakan bahwa dengan mengubah cahaya matahari terutama
intensitas matahari dengan solar sel dapat dibuat sumber energi listrik untuk
konsumsi manusia (Yuliananda, dkk., 2015) karena teknologi sel surya
merupakan teknologi konversi dengan mengubah energi matahari menjadi
energi listrik.
Sel surya dibedakan menjadi beberapa macam, antara lain monokristal
silikon, polikristal silikon, dan amorf silikon. Polikristal lebih banyak dipakai
saat ini karena proses pembuatannya lebih mudah dengan tingkat efisiensi
yang sedang.
Karakteristik sel surya dapat dilihat dari parameter-parameter pada kurva
IV seperti arus hubungan singkat (Isc), tegangan rangkaian terbuka (Voc),
dan faktor pengisian (FF). Sel surya dapat diterapkan dalam penerapan
praktis. Akan tetapi, perlu diketahui karakteristik listrik sel surya baik secara
teoritis mau pun eksperimen (Karina dan Satwiko, 2012).
1.2 Tujuan
Tujuan dari praktikum Uji Karakteristik Arus dan Tegangan Sel Fotovoltaik,
yaitu:
1. Mendeskripsikan bahwa karakteristik sel surya ditentukan oleh intensitas
cahaya yang jatuh pada permukaan sel
2. Mengukur karakteristik sel surya terhadap variabel intensitas cahaya
3. Menggambar grafik arus keluaran (I) terhadap tegangan (V) untuk
berbagai intensitas cahaya

4. BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Solar sel atau panel surya yaitu alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah
energi cahaya menjadi listrik dimana energi cahaya tersebut bersumber dari
cahaya matahari yang ramah lingkungan, sedangkan surya merupakan sebuah
elemen semi konduktor yang dapat mengkonversi energi surya menjadi energi
listrik berdasarkan efek fotovaoltaik (Suyanto, 2014). Ketika sel disusun secara
seri maka akan menghasilkan arus yang sama dan tegangan bertambah, sedangkan
jika disusun secara paralel maka akan menghasilkan tegangan yang sama namun
jumlah arus lebih besar (Karina dan Satwiko, 2012).
Gambar 2.1 Skema Sel Surya (Suyanto, 2014)
Sel surya dapat dimodelkan sebagai sumber arus yang diparalelkan dengan
dioda. Ketika tidak ada cahaya untuk membangkitkan arus listrik, maka sel surya
berjalan seperti dioda (ID). Ketika intensitas cahaya meningkat, maka sel surya
berfungsi sebagai sumber energi dan arus (II).
Gambar 2.2 Rangkaian Ekuivalen pada Sel Tunggal (Karina dan Satwiko, 2012)
Pembangkitan energi listrik pada sel surya terjadi karena efek fotolistrik (efek
fotovoltaik), yaitu efek yang terjadi akibat energi foton dengan panjang

5. gelombang tertentu lebih besar dibanding energi ambang semikonduktor. Hal ini
menyebabkan elektron berpindah dari pita valensi (N) menuju pita konduksi (P)
dan meninggalkan hole pada pita valensi, selanjutnya dua buah muatan (pasangan
elektron-hole) dibangkitkan. Aliran elektron-hole yang terjadi apabila
dihubungkan ke beban listrik melalui penghantar akan menghasilkan arus listrik
(Suyanto, 2014).
Gambar 2.3 Karakteristik Arus terhadap Tegangan (Karina dan Satwiko, 2012)
Parameter yang biasa digunakan untuk menentukan output karakteristik sel
fotovoltaik, yaitu:
1. Arus hubungan terbuka, yaitu arus keluaran maksimum dari sel surya pada
kondisi tidak ada resistansi
2. Tegangan rangkaian terbuka, yaitu kapasitas tegangan maksimum yang
dapat dicapai pada saat tidak adanya arus
3. Daya maksimum pada Gambar 2.3 berada pada titik A
4. Faktor pengisian merupakan harga yang mendekati konstanta suatu sel
fotovoltaik tertentu
5. Jika nilai faktor pengisian lebih tinggi dari 0,7 maka sel tersebut lebih baik
(Karina dan Satwiko, 2012).

6. BAB III
METODE
3.1 Waktu dan Tempat
Praktikum dilaksanakan pada hari Kamis tanggal 13 Oktober 2016 yang
bertempat di Laboratorium Fisika Material Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Jenderal Soedirman.
3.2 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum Uji Karakteristik Arus dan
Tegangan Sel Fotovoltaik dapat dilihat pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Alat dan Bahan
No Nama Alat dan Bahan Jumlah
1 Sel fotovoltaik 1
2 MMD amperemeter 1
3 MMD voltmeter 1
4 Rheostat (tahanan geser) 1
5 Lampu pijar 1
6 Kabel penghubung 6
3.3 Prosedur Percobaan
Langkah percobaan dilakukan sebanyak dua kali, yaitu dengan cahaya
yang berasal lampu pijar dan cahaya matahari.
1. Menyiapkan alat dan bahan yang digunakan
2. Menempatkan sel fotovoltaik di bawah lampu pijar dengan negatif sel
fotovoltaik dihubungkan dengan ground rheostat dan positif rheostat ke
MMD yang diatur amperemeter.
3. Mengatur MMD dalam voltmeter kemudian merangkai rheostat secara
paralel
4. Mencatat nilai tegangan pada voltmeter dan arus pada amperemeter di
setiap tahanan (Rs)

7. 5. Menyinggungkan kabel penghubung dengan hambatan secara bertahap
sampai arus turun mendekati nilai nol
6. Melakukan langkah 1-5 untuk sumber cahaya matahari langsung
7. Membuat grafik I-V.
3.4 Flowchart
Mulai
A. Satu UnitSel Fotovoltaik
B. Duaunit MMD
C. Satu unit Rheostat
D. Satu unit Lampu Pijar
E. 6 buah Kabel Penghubung
F. Cahaya Matahari
A. Menempatkan sel fotovoltaik di
bawah lampu pijar.
B. Merangkai sel fotovoltaik dengan
duabuah MMD (Amperemeter,
Voltmeter) dan rheostat.
C. Menyinggung kabelpenghubung
dengan hambatan secarabertahap
hingga arsmendekati nol
R, V, I,
Grafik V-I
Akhir
Melakukankembalipengukuranuntuk
cahaya matahari.
Grafik I-V

8. BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil
Berdasarkan pengukuran yang telah dilakukan, didapatkan data
pengukuran nilai tegangan dan arus dengan sumber intensitas cahaya dari lampu
halogen. Hasil pengukuran tersaji pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Data Tegangan dan Arus dengan Sumber Intensitas Cahaya dari Lampu Hologen
Berdasarkan pengukuran kedua, didapatkan data pengukuran nilai
tegangan dan arus dengan sumber intensitas cahaya dari matahari sebagai berikut.
Tabel 4.2 Data Tegangan dan Arus dengan Sumber Intensitas Cahaya dari Matahari
No Rx Vx (miliVolt) Ix (Ampere) Ess(miliVolt)
1 10 0.013 1.28 12.813
2 20 0.108 1.71 34.308
3 30 0.02 1.93 57.92
4 40 0.022 2.01 80.422
5 50 0.023 2.11 105.523
6 60 0.024 2.20 132.024
7 70 0.024 2.26 158.224
8 80 0.025 2.29 183.225
9 90 0.025 2.33 209.725
10 100 0.025 2.36 236.025
No Rx Vx (miliVolt) Ix (Ampere) Ess(miliVolt)
1 10 0.088 43.5 435.088
2 20 0.094 46.1 922.094
3 30 0.090 43.8 1314.09
4 40 0.088 43.0 1720.088
5 50 0.086 43.1 2155.086
6 60 0.087 43.30 2598.087
7 70 0.088 43.8 3066.088
8 80 0.089 43.8 3504.089
9 90 0.090 43.8 3942.09
10 100 0.092 43.9 4390.092

9. 4.2 Pembahasan
Berdasarkan data pengamatan yang diperoleh maka dapat dibuat grafik
hubungan variasi antara nilai arus terhadap tegangan. Grafik hubungan ini
terdiri dari dua grafik dimana cahaya grafik pertama bersumber dari lampu
halogen dan cahaya grafik kedua sumber dari cahaya matahari. Grafik
hubungan tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2.
Gambar 4.1 Grafik Variasi Tegangan dan Arus dengan Sumber Lampu Halogen
Gambar 4.2 Grafik Variasi Tegangan dan Arus dengan Sumber Cahaya Matahari

10. Percobaan Uji Karakteristik Arus dan Tegangan Sel Fotovoltaik dilakukan
dengan menggunakan sel photovoltaic untuk katalis pengubah intensitas cahaya
menjadi tegangan (Paul & Kenneth, 1982). Sumber intensitas cahaya pada
percobaan ini, yaitu cahaya lampu halogen dan cahaya matahari. Hasil
karakteristik arus-tegangan dengan sumber cahaya lampu halogen dapat dilihat
pada Gambar 4.1 dan karakteristik arus-tegangan dengan sumber cahaya
matahari dapat dilihat pada Gambar 4.2.
Data pada Gambar 4.1 merupakan hubungan arus dan tegangan yang
berbanding lurus dimana semakin besar nilai resistor maka nilai arus dan
nilai tegangan yang dihasilkan semakin besar. Data yang diperoleh pada Gambar
4.2, yaitu ketidakkonsistenan nilai arus dan tegangan yang naik turun. Terdapat
perbedaaan yang terjadi pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2. Perbedaan ini terjadi
karena perbedaan sumber yang digunakan. Besar intensitas cahaya pada lampu
pijar berada dikisaran 5w = 235lm, 8w = 430lm, 11w = 620lm, 14w = 810lm
(Kaskus.co.id), sedangkan intensitas cahaya pada matahari lebih besar dari 810lm.
Besarnya perbedaan intensitas ini akan sangat berpengaruh pada hasil tegangan
yang keluar pada sel fotovoltaik.
Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Intensitas Cahaya terhadap Karakteristik Arus-Tegangan Sel
Surya (Ajeng, 2013)
Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 jauh berbeda dibandingkan dengan grafik
referensi (Gambar 4.3). Data yang ideal pada percobaan dengan sumber lampu
halogen, yaitu semakin besar nilai resistor maka nilai arusnya akan tetap konstan

11. dan nilai tegangannya akan naik secara logaritmik sehingga grafik akan menurun.
Akan tetapi, data yang didapat adalah grafik yang semakin naik. Hal ini terjadi
karena beberapa faktor, yaitu:
1. Radiasi matahari
Radiasi matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariasi serta sangat
bergantung pada keadaan spektrum solar ke bumi. Insolation solar matahari
akan banyak berpengaruh pada arus dan tegangan
2. Kecepatan angin bertiup
Kecepatan tiupan angin di sekitar lokasi sel surya dapat membantu
mendinginkan permukaan temperatur sel surya sehingga energi cahaya yang
menimpa permukaan sel kurang maksimum
3. Keadaan atmosfir bumi
Keadaan atmosfir bumi berawan, mendung, jenis partikel di udara, asap, uap
air udara (Rh), kabut, dan polusi sangat menentukan nilai arus listrik dari sel
surya. Saat melakukan praktikum, ada sedikit polusi sehingga pengukuran nilai
arus kurang maksimum
4. Orientasi panel atau larik sel surya
Arah dan sudut orientasi dari rangkaian sel surya ke arah matahari secara
optimum sangat penting agar panel surya dapat menghasilkan energi
maksimum. Sebagai guidline, untuk lokasi yang terletak di garis lintang
belahan Utara, maka panel surya sebaiknya diorientasikan ke Selatan. Akan
tetapi, saat praktikum berlangsung tidak memperhatikan arah dan sudut
orientasi
5. Posisi sel surya terhadap matahari
Cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya harus tegak lurus agar
didapatkan energi maksimum 1000 W/m2
(Yuliananda, dkk., 2015). Akan
tetapi, posisi sel surya berubah-ubah saat praktikum berlangsung.

12. BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan:
1. Karakteristik sel surya ditentukan oleh intensitas cahaya dimana hal
tersebut berhubungan dengan arus dan tegangan yang dihasilkan ketika
sel mendapat penyinaran. Hubungan tegangan dan arus tersebut tersaji
pada Gambar 4.3. Grafik tersebut menunjukan bahwa pada temperatur 25
, besarnya arus listrik sel surya berbanding lurus dengan intensitas
cahaya, sedangkan tegangan listrik sel surya berubah secara logaritmik.
Arus dan tegangan maksimum terjadi pada saat sel surya menghasilkan
daya maksimum
2. Pengukuran yang dilakukan menggunakan dua sumber dimana sumber
pertama berasal dari lampu halogen dan sumber kedua berasal dari cahaya
matahari. Hasil percobaan tersebut dapat dilihat di Tabel 4.1 dan Tabel
4.2
3. Grafik arus keluaran (I) terhadap tegangan (V) untuk berbagai intensitas
cahaya dapat dilihat pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2.
5.2 Saran
Setelah melakukan praktikum, kami menyarankan beberapa hal, yaitu:
1. Menyediakan cadangan alat-alat praktikum, sehingga ketika terjadi
anomali ketika praktikum dapat dilakukan percobaan kembali dengan
mengganti alat sebelumnya
2. Melakukan penyediaan alat yang baru.

13. DAFTAR PUSTAKA
Ajeng, Pengukuran Karakteristik Sel Surya, UIN Sunan Gunung Djati, Bandung,
2013.
http://www.kaskus.co.id/thread/536319b71e0bc31e0c8b4605/perbandingan-daya-
dan-intensitas-cahaya-lampu-led-dan-lampu-neon/, 31 Oktober 2016, 23.00
WIB.
Karina dan Satwiko, Studi Karakteristik Arus-Tegangan (Kurva I-V) pada Sel
Tunggal Polikristal Silikon serta Pemodelannya, Universitas Negeri Jakarta,
Jakarta, 2012.
Paul & Kenneth, Basic Photovoltaic Principles and Methods, Technical
Information Office, 1982.
Suyanto, PEMANFAATAN SOLAR CELL SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK
TERBARUKAN, AKPRIND, Yogyakarta, 2014.
Yuliananda, dkk., PENGARUH PERUBAHAN INTENSITAS MATAHARI
TERHADAP DAYA KELUARAN PANEL SURYA, Universitas 17 Agustus
1945, Surabaya, 2015.

14. LAMPIRAN
Gambar Data Pengamatan (1)

15. Gambar Data Pengamatan (2)
Gambar Pengukuran Arus dan Tegangan dengan Sumber Cahaya Lampu Halogen

16. Gambar Pengukuran Arus dan Tegangan dengan Sumber Cahaya Matahari