3. sumber energi terbarukan yang juga disebut
sebagai jenis energi non-konvensional adalah
sumber yang terus diperbarui oleh proses alam. Ini
termasuk, solar energi, bio-energi - bio-fuel,
energi angin, energi laut, energi pasang surut dan
tenaga air dll, adalah beberapa contoh sumber
energi terbarukan. Sistem energi terbarukan
mengubah energi yang ditemukan di sinar
matahari, air jatuh, angin, gelombang laut, panas
bumi, atau biomassa menjadi bentuk yang dapat
digunakan, seperti dalam bentuk energi panas atau
energi listrik. Sebagian besar energi terbarukan
datang baik secara langsung maupun tidak
langsung dari matahari dan angin dan tidak pernah
lelah, dan karena itu mereka disebut energi
terbarukan.
Sistem pembangkit energi terbarukan berbasis modul
fotovoltaik (PV), saat ini merupakan solusi yang paling
cocok dan menonjol, baik untuk tingkat daya domestik
maupun industri, untuk mengurangi emisi CO2 dan
konsumsi energi yang dihasilkan oleh minyak dan gas.
Terlebih lagi di berbagai negara, Pemerintah serta
beberapa perusahaan listrik memberikan uang sebagai
insentif secara langsung atau tidak langsung untuk
energi yang dihasilkan oleh sumber terbarukan dan
disuntikkan ke jaringan utilitas. Biaya dan kinerja
pembangkit PV sangat bergantung pada modul.
Namun, kinerja dan parameter kelistrikan modul, yaitu
tegangan rangkaian terbuka dan arus hubung singkat,
dapat berbeda dari yang disediakan oleh pabrikan;
selain itu, parameter tersebut dapat berubah seiring
bertambahnya usia modul. Oleh karena itu, perilaku
model matematis modul PV tidak sesuai dengan
kondisi operasi yang sebenarnya.
4. Sel surya adalah unit dasar dari modul fotovoltaik dan merupakan unsur yang
bertugas mengubah sinar matahari atau foton secara langsung menjadi tenaga
listrik. Sel surya yang digunakan adalah PN union, yang karakteristik
kelistrikannya sangat sedikit berbeda dari dioda, diwakili oleh persamaan
Shockley
I = 𝐼8 (𝑒(𝑉𝑑/𝑛𝑉𝑡)
- 1)
Jadi, proses pemodelan sel surya ini dapat dikembangkan berdasarkan arus
bersih sel, perbedaan arus foto Il atau Iph, (arus yang dihasilkan oleh cahaya
datang, berbanding lurus dengan penyinaran matahari) dan Id ( arus dioda
normal), seperti yang ditunjukkan pada persamaan di bawah ini:
𝐼 = 𝐼1 − 𝐼𝑑
5. Model sel surya yang berbeda disajikan dalam literatur. Model yang paling akurat,
dilambangkan sebagai model dioda ganda menggunakan rangkaian ekivalen dengan
dua dioda tetapi cukup kompleks karena adanya eksponensial ganda dan enam
parameter untuk ditetapkan. Model yang berbeda, berdasarkan sirkuit dioda tunggal,
kemudian diusulkan. Dalam kedua kasus, model matematika memerlukan
pengetahuan masing-masing dari enam dan lima parameter yang tidak tersedia secara
langsung pada lembar data manufaktur. Model satu dioda yang disederhanakan,
ditunjukkan pada Gambar.2, hanya menggunakan empat parameter yang diterima
secara luas. Namun, dalam model seperti itu tegangan tidak tergantung pada radiasi
matahari. Akibatnya, kesalahan tegangan yang signifikan pada kurva IV hadir
terutama pada sirkuit terbuka dan kondisi titik daya maksimum. Akhirnya model
dengan semua parameter yang dapat dicapai dari lembar data manufaktur diusulkan.
Penentuan parameter model tersebut memerlukan penggunaan metode numerik.
6. Sel PV yang ideal dimodelkan dengan sumber arus yang paralel dengan dioda. Namun tidak ada sel surya
yang ideal dan dengan demikian hambatan shunt dan seri ditambahkan ke model seperti yang ditunjukkan
pada diagram sel PV di atas. RS adalah resistansi seri intrinsic.
Menerapkan hukum Kirchoff ke simpul di mana Iph, dioda, Rp dan Rs bertemu, kita dapatkan
𝐼𝑝ℎ = 𝐼𝑑 + 𝐼𝑅𝑝 + 𝐼
Kami mendapatkan persamaan berikut untuk arus fotovoltaik:
𝐼 = 𝐼𝑝ℎ − 𝐼𝑅𝑝 − 𝐼𝑑
𝐼 = 𝐼𝑝ℎ − 𝐼0 exp
𝑉+𝐼𝑅𝑆
𝑉𝑇
− 1 − [
𝑉+𝐼𝑅𝑆
𝑅𝑝
]
Dimana,
Iph = Arus isolasi atau arus foto Rp = Resistansi parallel
I = Arus sel VT = Tegangan termal
I0 = Arus saturasi terbalik K = Konstanta Boltzman
V = Tegangan sel T = Suhu dalam Kelvin
Rs = Resistansi seri q = Muatan elektron.
7. Efisiensi sel PV didefinisikan sebagai rasio
puncak daya untuk memasukkan tenaga surya.
𝑛 =
𝑉
𝑚𝑝𝐼𝑚𝑝
𝐼
𝑊
𝑚2 𝐴(𝑚2)
di mana,
Vmp = tegangan pada daya puncak,
Imp = arus pada daya puncak,
I = intensitas matahari per meter persegi,
A = luas daerah tempat radiasi matahari jatuh
Efisiensi sel PV akan
maksimal, jika kita melacak
daya maksimum dari sistem
PV pada kondisi
lingkungan yang berbeda
seperti penyinaran matahari
dan suhu dengan
menggunakan metode yang
berbeda untuk pelacakan
titik daya maksimum.
8. Blok penyusun susunan PV adalah sel surya, yang pada dasarnya adalah sambungan pn yang secara langsung mengubah energi
cahaya menjadi listrik. Iph sumber saat ini mewakili arus foto sel; Rj digunakan untuk menyatakan impedansi nonlinier dari
sambungan pn; Rsh dan Rs masingmasing digunakan untuk mewakili seri intrinsik dan resistansi shunt sel. Biasanya nilai Rsh
sangat besar dan nilai Rs sangat kecil, sehingga dapat diabaikan untuk menyederhanakan analisis. Sel PV dikelompokkan dalam
unit yang lebih besar yang disebut modul PV yang selanjutnya saling berhubungan dalam konfigurasi seri-paralel untuk
membentuk array PV atau generator PV[3].
Model matematika PV yang digunakan untuk menyederhanakan array PV di atas diwakili oleh persamaan:
𝐼 = 𝑛𝑝𝐼𝑝ℎ − 𝑛𝑝𝐼𝑟𝑠 exp
𝑞𝑣
𝐾𝑇𝐴𝑛𝑠
− 1
Di mana,
I = Arus keluaran larik PV;
V = tegangan keluaran larik PV; T = suhu sel (K);
ns = jumlah sel secara seri dan Irs = arus saturasi balik sel.
Iscr = arus hubung singkat sel pada suhu referensi dan radiasi
np = jumlah sel secara paralel;
q = muatan elektron;
k = konstanta Boltzmann;
A = faktor idealitas persimpangan pn
9. Faktor A dalam persamaan (7) menentukan deviasi sel dari karakteristik
persimpangan pn yang ideal; itu berkisar antara Ki = koefisien suhu arus hubung
singkat 1-5 tetapi untuk kasus kami A=2.46. Arus saturasi balik sel Irs bervariasi
dengan suhu sesuai dengan persamaan berikut:
𝐼𝑟𝑠 = 𝐼𝑟𝑟[
𝑇
𝑇𝑟
]3exp (
𝑞𝐸𝐺
𝐾𝐴
[
1
𝑇𝑟
−
1
𝑇
])
Di mana
Tr = suhu referensi sel EG = celah pita semikonduktor yang digunakan
dalam sel.
Irr = suhu saturasi balik sel pada Tr
Ketergantungan suhu dari celah energi semi konduktor diberikan oleh
𝐸𝐺 = 𝐸𝐺 0 −
𝛼𝑇2
𝑇 + 𝛽
Arus foto Iph tergantung pada radiasi matahari dan suhu sel sebagai berikut:
𝐼𝑝ℎ = [𝐼𝑠𝑐𝑟 + 𝐾𝑖 T − 𝑇𝑟 ]
𝑠
100
Di mana,
Iscr = arus hubung singkat sel pada suhu referensi dan radiasi
Ki = koefisien suhu arus hubung singkat
S = radiasi matahari dalam mW/cm2.
Daya PV dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
𝑃 = 𝐼𝑉 = 𝑛𝑝𝐼𝑝ℎV[
𝑞𝑉
𝐾𝑇𝐴𝑛𝑠
− 1]
10. Pemodelan dapat dilakukan di MATLAB dengan banyak cara;
metode umum termasuk dengan pemrograman dan menggunakan
pemodelan SIMULINK. Pemodelan panel PV menggunakan SIMULIK
dijelaskan pada bagian ini beserta contohnya.
Seperti dijelaskan di atas, panel PV dipengaruhi oleh suhu, intensitas
cahaya, dll. Untuk setiap formula dibuat blok terpisah dan akhirnya,
semuanya digabungkan untuk mendapatkan panel PV.
Gambar 4: Blok
Terakhir
Gambar 5:
Perhitungan Eg
Gambar 6:
Perhitungan Irs
Gambar 7:
Perhitungan
Irs
Gambar 8: Subsistem Sel
PV
11. Kurva IV dan PV untuk berbagai radiasi tetapi tetap suhu (250C)
ditunjukkan di bawah ini pada gambar 9, 10, 11. Kurva
karakteristik IV menunjukkan bahwa ada dua daerah dalam kurva:
satu adalah daerah sumber arus dan yang lain adalah daerah sumber
tegangan. Di daerah sumber tegangan (di sisi kanan kurva),
impedansi internal rendah dan di daerah sumber arus (di sisi kiri
kurva), impedansinya tinggi. Suhu radiasi memainkan peran
penting dalam memprediksi karakteristik IV, dan efek dari kedua
faktor harus dipertimbangkan saat merancang sistem PV.
Sedangkan radiasi mempengaruhi output, suhu terutama
mempengaruhi tegangan terminal. Dari karakteristik PV kita dapat
mengamati bahwa, ada titik di mana output daya maksimum untuk
kondisi radiasi dan beban tertentu. Jika kita mengoperasikan panel
PV pada titik ini, pengoperasian panel PV di wilayah ini
memberikan efisiensi maksimum.
Gambar 9:
Karakteristik PV
Gambar 10:
Karakteristik PI
Gambar 11: VI
12. Makalah ini menyajikan model matematika yang
ditingkatkan untuk modul fotovoltaik yang hanya
menggunakan parameter yang disediakan oleh
lembar data pabrikan tanpa memerlukan
penggunaan metode numerik apa pun. Model
diturunkan dengan menerapkan beberapa perbaikan
seperti fungsi penyinaran matahari, fungsi
temperatur. Namun, parameter listrik modul, yaitu
tegangan rangkaian terbuka dan arus hubung
singkat, dapat berbeda dari yang disediakan oleh
pabrikan, selain itu, parameter tersebut dapat
berubah seiring bertambahnya usia modul. Oleh
karena itu, perilaku model matematis modul PV
tidak sesuai dengan kondisi operasi yang
sebenarnya. Dalam kerangka tersebut, penulis
mengusulkan modifikasi yang cocok untuk model
untuk mempertimbangkan parameter operasi nyata
dalam model PV. Beberapa simulasi dan hasil
eksperimen telah ditunjukkan untuk memvalidasi
model matematika. Hasilnya menunjukkan bahwa
model yang diusulkan menunjukkan kesepakatan
yang baik dengan lembar data pabrikan.
