SISTEM PENDINGIN PASIF UNTUK MENINGKATKAN DAYA KELUARAN PANEL SEL SURYA

SISTEM PENDINGIN PASIF UNTUK MENINGKATKAN DAYA KELUARAN PANEL SEL SURYA

TESIS

OLEH:

SUNARNO A. R.

157034012

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2019

SISTEM PENDINGIN PASIF UNTUK MENINGKATKAN DAYA KELUARAN PANEL SEL SURYA

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

OLEH:

SUNARNO A. R.

157034012

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2019

Universitas Sumatera Utara

Telah diuji pada Tanggal : 13 Juni 2019

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Suherman, S.T., M.Comp., Ph.D.

Anggota : Ir. Syafruddin HS, M.T., Ph.D.

Dr. Maksum Pinem, S.T., M.T.

Dr. Ali Hanafiah Rambe, S.T., M.T.

i

ABSTRAK

Sel surya mengkonversi energi cahaya menjadi energi listrik. Karena permukaan panel sel surya terus disinari matahari, efisiensi sel surya menurun sekitar 0,5 % setiap kenaikan suhu permukaan 1 ^o C. Sistem pendingin pasif telah diajukan oleh banyak peneliti.

Sementara sistem pendingin aktif menyerap arus yang dibangkitkan, sehingga hanya sistem pendingin pasif yang menjadi fokus penelitian tesis ini. Sistem pendingin dengan menggunakan kombinasi air dengan volume tetap dan heat-sink diajukan pada penelitian tesis ini. Eksperimen realisasi pendingin pada panel sel surya menunjukkan bahwa sistem pendingin yang diusulkan mampu mereduksi suhu permukaan lebih baik dari sistem yang hanya menggunakan air atau heat-sink saja. P enurunan suhu permukaan rata-rata yang dicapai 8,96 %; 10,13 %; dan 12,66 % lebih besar dari panel sel surya dengan pendingin air, panel surya dengan heat-sink dan panel tanpa pendingin. Panel sel surya dengan pendingin usulan menghasilkan tegangan output rata-rata lebih besar 4,66 %; 8,34 % dan 21,49 % dari panel dengan pendingin air, heat-sink, dan tanpa pendingin. Sementara arusnya berkisar 21,27 %; 3,73 %; dan 7,50 % lebih besar dari panel tanpa pendingin, heat-sink dan air. Daya keluaran mencapai rata-rata 47,71 % lebih tinggi dari panel tanpa pendingin. Nilai efisiensi 6,24 %, lebih tinggi 6,04 % dari pendingin air dan pendingin heat-sink erta 53 % lebih tinggi dari panel dasar.

Kata kunci : Sel surya, Sistem pendingin pasif, pendingin air dan heat-sink

ABSTRACT

Solar cell converts solar energy to electrical energy. As its surface is continuously exposed to sun, solar cell efficiency decreases about 0.5 % for 1 ^o C surface temperature increment. Passive active cooling systems have been proposed by researchers. Since active cooling system absorbs the generated current, this paper considers passive system as the cheapest one. The combination of water and heat-sink cooling system is proposed. The experimental implementation shows that the proposed system is able to reduce solar panel surface temperature better than the only water or the only heat-sink cooling system. It reduces surface temperature 12.66 %, 10.13 %, and 8.96 % higher than compared systems. The proposed cooling system exerts average voltages about 21.49 %, 4.66

%, and 8.34 % higher than others. Meanwhile, the load current is abouth 21.27 %, 3.73 %, and 7.50 % higher than others. Finally, the output power achieves about 47.71 % higher than the standard panel. The panel efficiency is about 6.24 %, 6.04 % higher than water cooling system, heat-sink cooling system and 53 % higher than basic panel.

Keywords: Solar cell, passive cooling system, water and heat-sink

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat ALLAH SWT atas segala nikmat dan rahmat yang telah diberikan-Nya, serta segala pertolongan dan kemudahan sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul “Sistem Pendingin Pasif untuk Meningkatkan Daya Keluaran Panel Sel Surya”.

Penulisan tesis ini dimaksudkan untuk memenuhi persyaratan dalam memperoleh gelar Master S2, Program Studi Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian tesis ini tak lepas dari bimbingan, arahan, saran, motivasi, maupun fasilitas dari banyak pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Suherman, ST., M. Comp., Ph.D selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sekaligus sebagai dosen pembimbing pertama penulisan tesis ini.

2. Bapak Ir. Syafruddin HS, MT., Ph.D, selaku dosen pembimbing kedua yang juga telah membimbing penulisan tesis ini dengan baik.

3. Teristimewa buat Almarhum Ayahanda Rakino dan Ibunda Sutiyem tercinta yang selalu memberikan semangat dan doa restunya. Kata “semangat” yang selalu ayahanda pesankan setiap hari melepas keberangkatanku ke sekolah kini terus mengalir dalam darahku untuk menggapai impian.

4. Kepada istri tercinta Nur Efiyun Zahara dan ke-empat anak-anakku tersayang

Arfira Salsabila, Alhamdi Cahyo Mourinof, Ahmad Harry Pahlevi dan

Arnezha Imam Pradipta. Kalian adalah semangat dalam hidupku. Menuntut ilmu adalah wajib bagi setiap muslim. Jadilah insan yang bermanfaat bagi kehidupan dunia dan akhirat. Aamiin.

5. PT Indonesia Asahan Aluminium (Persero) tempat dimana Penulis bekerja yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan program magister di Universitas Sumatera Utara.

6. Rekan-rekan di Seksi Pemeliharaan PLTA (PMN) di PT INALUM (Persero) khususnya sdr Eka Surya Septianto, sdr Endang Basuki, sdr Sahiruddin Siagian, dan Oni Priyono yang membantu penyelesaian penelitian.

7. Seluruh karyawan, dosen, dan civitas academica Program Studi Magister Teknik Elektro USU khususnya angkatan 2015A.

Dalam penulisan tesis ini, penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari kata sempurna. Penulis memohon maaf atas segala kekurangannya. Saran dan kritik akan selalu penulis terima dan semoga tulisan ini dapat berguna dan dapat dilanjutkan untuk memperoleh hasil yang lebih bermanfaat. Semoga ke depan, teknologi panel sel surya ini semakin berkembang dengan efisiensi yang terus meningkat sehingga akan menjadi solusi terciptanya energi yang murah dan aman bagi lingkungan.

Medan, 9 Juni 2019

Penulis

v

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Saya yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : Sunarno A. R.

Tempat / tanggal lahir : P. Berandan / 23 Mei 1977 Jenis Kelamin : Laki-laki

Kebangsaan : Indonesia

Agama : Islam

Status : Menikah

Anak : 1 orang putri dan 3 orang putra

Alamat : Perumahan PT. INALUM (Persero) – Paritohan, Residence B2-32, Kec. Pintupohan Meranti, Kab. Toba Samosir, Sumatera Utara

No telepon / E-mail : 081370802881 / sunarno@inalum.id Menerangkan dengan sesungguhnya riwayat hidup sebagai berikut :

PENDIDIKAN

1. SD Negeri No. 054936 Wonorejo, P. Berandan : 1984 - 1990 2. SMP Negeri 1 P. Berandan : 1993 - 1993 3. SMA Negeri 1 P. Berandan : 1993 - 1996 4. Universitas Sumatera Utara, Teknik Elektro : 1996 - 2001

PEKERJAAN

1. Pegawai PT Inalum (Persero) : Tahun 2004 – Sekarang 2. Tech. Service Engineer, PT Diebold Indonesia : Tahun 2002 - 2004

Paritohan, 9 Juni 2019 Penulis

Sunarno A. R.

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

ABSTRAK ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR RIWAYAT HIDUP ... v

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR LAMPIRAN ... xi

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 5

1.3. Tujuan Penelitian ... 6

1.4. Manfaat Penelitian ... 7

1.5. Lingkup Penelitian ... 7

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 8

2.1. Energi dan Radiasi Matahari ... 8

2.2. Cara Kerja Sel Surya ... 9

2.3. Tahanan Pada Sel Surya ... 11

2.4. Karakteristik Sel Surya ... 14

2.5. Efisiensi Sel Surya ... 14

2.6. Teknik Pendinginan Aktif dan Pasif pada Sel Surya ... 17

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 19

3.1. Tahapan Penelitian ... 19

3.2. Tempat Penelitian ... 20

3.3. Sistem Pendingin yang Diusulkan ... 20

3.4. Sistem Pendingin yang Dibandingkan ... 21

vii

3.5. Peralatan Penelitian ... 22

3.6. Perangkat Pengukuran ... 24

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 27

4.1. Konstruksi Perangkat Pendingin Pasif ... 27

4.2. Konstruksi Eksperimen ... 28

4.3. Hasil Pengukuran ... 30

4.3.1. Pengukuran Manual... 30

4.3.2. Pengukuran Elektronik ... 33

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 39

5.1. Kesimpulan ... 39

5.2. Saran ... 40

DAFTAR PUSTAKA ... 41

LAMPIRAN ... 43

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

1.1. Degradasi daya dan tegangan akibat kenaikan suhu permukaan ... 1

1.2. Sistem pendingin pasif menggunakan water sprinkler ... 2

1.3. Kinerja sistem pendingin dengan heat-sink RPHS dan SFHS ... 4

2.1. Struktur panel sel surya ... 10

2.2. Skematik diagram dengan model 2 buah dioda ... 11

2.3. Efek tahanan seri terhadap FF pada suhu 300K ... 12

2.4. Efek tahanan seri terhadap efisiensi sel pada suhu 300K ... 13

2.5. Kurva karakteristik sel surya ... 14

3.1. Diagram Alir Penelitian ... 19

3.2. Sistem pendingin yang diusulkan... 21

3.3. Panel sel surya Isofoton I-50 ... 22

3.4. Balok aluminium ... 23

3.5. Heat Sink ... 24

3.6. Rangkaian pengukuran ... 26

4.1. Konstruksi sistem yang dievaluasi ... 27

4.2. Konstruksi eksperimen ... 28

4.3. Konstruksi elektronik alat pengukuran ... 29

4.4. Perbandingan kinerja sistem pendingin ... 31

4.5. Perbandingan kinerja selama siang hari ... 34

ix

4.6. Daya keluaran rata-rata ... 37

4.7. Efisiensi konversi energy ... 37

4.8. Hubungan Daya Keluaran dan Radiasi Matahari ... 38

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

4.1. Pengukuran Manual ... 30

4.2 Daya Keluaran Rata-rata ... 36

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

1. Program Arduino ... 43

2. Rangkaian dan Hitungan Pengukuran Irradiasi... 48

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Sumber energi alternatif merupakan isu global untuk mengantisipasi terbatasnya sumber energi fosil konvensional. Sel surya merupakan sumber energi termudah untuk diperoleh karena matahari bersinar sepanjang tahun.

Energi foton yang datang dari matahari memiliki dua bentuk: energi panas dan cahaya. Kedua bentuk energi ini dapat diubah menjadi energi listrik, namun yang terakhir merupakan fokus sumber energi yang dikonversi oleh solar sel [1]. Ketika energi ini dikonversikan, kinerja sel surya turun karena kehadiran energi panas yang menaikkan temperatur permukaan sel surya. Efisiensi sel surya akan turun sekitar 0,5

% untuk setiap kenaikan temperatur permukaan sebesar 1 ⁰ C sebagai hasil kehadiran energi panas [2]. Hal ini ditunjukkan oleh Gambar 1.1 [2].

Gambar 1.1. Degradasi daya dan tegangan akibat kenaikan temperatur permukaan

2

Untuk mengkompensasi penurunan efisiensi yang diakibatkan kenaikan temperatur permukaan, system pendingin sel surya diterapkan. Sistem pendingin dapat diterapkan pada permukaan atas maupun permukaan bawah panel sel surya.

Sistem pendingin aktif dapat dicapai dengan memanfaatkan daya keluaran untuk menggerakkan pompa listrik untuk mengalirkan sejumlah air di permukaan panel sel surya seperti Gambar 1.2 [3]. Penggunaan pompa kecil dapat dikendalikan oleh pengendali elektronik. Cara lain adalah mengalirkan udara menggunakan kipas ke bagian belakang panel sel surya. Sementara sistem pendingin pasif dapat menggunakan Pelepas panas atau heat-sink atau dengan menggunakan wadah air yang diserap kapas dan dialirkan ke panel surya. Cara lainnya adalah dengan merendam bagian belakang panel sel surya dalam wadah air.

Gambar 1.2. Sistem pendingin pasif menggunakan water sprinkler

Beberapa peneliti mengajukan sistem pendingin aktif, seperti Haitam dkk. [4],

yang menggunakan sistem pendingin air dan udara sebagai material pendingin.

3

Sistem pendingin direkatkan pada bagian belakan panel sel surya. Sistem yang diajukan dapat meningkatkan efisiensi sel surya sekitar 9 %, dimana temperatur permukaan menurun hingga 20 %. Sementara sistem pendingin aktif telah diajukan oleh Hrica [5], dimana pada percobaan yang dilakukan, permukaan 12 panel sel surya dapat didinginkan secara merata. Namun demikian, efisiensi rata-rata tidak berubah banyak karena exhaust fan yang digunakan menyerap sebagian energi yang telah dihasilkan.

Sistem pendingin pasif tidak mengkonsumsi energi yang dihasilkan panel sel surya. Penelitian Arjyadhara dkk [2] menggunakan sistem pendingin berbasis air untuk mendinginkan permukaan 2 panel sel surya 20 watt 12 volt. Efisiensi panel sel surya ini dapat meningkat hingga 2 %. Sementara Chen dkk [6] menggunakan ventilasi alami dan pendingin berbasis heat-sink. Sistem penidngin Pelepas panas ini memiliki bentuk U dan L. Panel sel surya 100 WP dengan efisisensi normal 12,9 % mengalami peningkatan efisiensi sekita 0,3 % dan 1,8 %. Untuk aliran angin yang lebih cepat, efisiensi dapat meningkat sampai 11,8 % dengan peningkatan daya keluaran sampai 2,4 %.

Gambar 1.3 menunjukkan sampel sistem pendingin efektif dengan

menggunakan dua heat-sink berbeda bentuk: Aluminium Round Pins Heat Sink

(RPHS) dan Aluminium Straight Fins Heat Sink (SFHS) yang direkatkan pada panel

untuk menurunkan temperatur permukaan dan menaikkan efisiensi [7]. Dari

ekperimen yang dilakukan, pendingin SFHS memiliki kinerja yang lebih baik

dibandingkan pelepas panas RPHS. Namun, masalah utamanya adalah konstruksi

4

pendingin yang jauh lebih besar dari sel surya itu sendiri, sehingga konstruksi pendingin dinilai tidak efisien dalam hal penggunaan ruangan Gambar 1.3 [7].

(a) Efisiensi Solar Sel (b) Konstruksi Pendingin Gambar 1.3. Kinerja sistem pendingin dengan heat-sink RPHS dan SFHS

Di antara sistem pendingin pasif, studi yang dilakukan pada tesis ini tidak menemukan sistem pendingin yang menggunakan pendingin air dengan jumlah tetap ditempatkan pada balok alumunium disusun dalam bentuk array dan dikombinasikan dengan Pelepas panas (heatsink). Oleh karenanya, teknik ini diusulkan dalam tesis ini.

Pencatatan parameter temperatur, tegangan, arus, dan daya, dilakukan secara

manual setiap 15 menit sebagai pengukuran awal. Kemudian, sistem pencatat

parameter temperatur, tegangan, arus, daya, serta radiasi matahari dirakit sebagai

pengukur parameter saat percobaan dilakukan dengan menggunakan 4 panel sel

surya. Saat sistem diinstal, tidak diperlukan penambahan air serta penyerapan energi

listrik. Sistem juga menghemat penggunaan ruang.

5

1.2. Perumusan Masalah

Dari latar belakang permasalahan yang telah dijelaskan tersebut maka rumusan masalah yang akan dikaji dalam penelitian tesis ini adalah:

a. Untuk menghindari penyerapan energi listrik yang dihasilkan, sistem pendingin yang diusulkan menggunakan volum air tetap tanpa ada aliran.

Namun karena tidak bersikulasi, perlu ditinjau seberapa besar pengaruhnya terhadap penurunan temperatur permukaan dan kenaikan daya keluaran panel sel surya.

b. Panas permukaan yang diserap oleh volum air dalam tabung aluminium harus dihilangkan. Hal ini dilakukan dengan menempelkan Pelepas panas (heatsink) pada wadah air. Namun perlu diketahui seberapa efektif pelepasan panas.

c. Agar tidak menghalangi pancaran cahaya matahari, maka sistem pendingin diletakkan di belakang panel. Bagaimana susunan yang efisien terhadap ruang yang tersedia.

d. Arah dan kecepatan angin dan jumlah intensitas matahari dapat berpengaruh terhadap pendinginan, namun faktor ini dieliminasi dengan cara pengukuran dilakukan secara bersamaan dengan tinggi dan sudut peletakan yang sama, yaitu mengarah ke Barat Laut dengan kemiringan 30 ^o C.

e. Untuk perhitungan efisiensi sel surya, diperlukan alat pengukur irradiasi

matahari yang dalam penelitian ini diwakili oleh sebuah Light Dependent

6

Resistor (LDR).

f. Untuk mendapatkan data kontinu setiap 5 detik sepanjang hari, pengukuran dilakukan menggunakan bantuan program dan board mikrokontroler.

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

a. Meneliti seberapa efektif pengaruh pendinginan pasif berupa balok aluminium berisi air dengan volume tetap terhadap kenaikan daya keluaran sel surya.

b. Meneliti seberapa efektif pengaruh pendinginan pasif berupa heatsink terhadap kenaikan daya keluaran sel surya.

c. Meneliti seberapa efektif pengaruh pendinginan pasif berupa balok aluminium berisi air dengan penambahan heatsink terhadap daya keluaran sel surya.

d. Mendapatkan karakteristik kinerja arus, tegangan dan daya panel surya dengan pendingin yang diajukan.

1.4. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah memberi alternatif baru dalam upaya

menaikkan efiensi sel surya dengan cara pendinginan pasif yang sederhana, tidak me-

merlukan pengisian air secara rutin dan tidak memerlukan alat pengontrol otomatis.

7

1.5. Lingkup Penelitian

Agar diperoleh hasil yang maksimal dalam pengujian alat pendingin pasif ini, maka diperlukan rancangan penelitian yang terarah, dalam hal ini dilakukan beberapa tahapan pekerjaan sebagai berikut:

a. Melakukan perancangan model pendinginan pasif sederhana berupa balok aluminium berisi air yang tertutup rapat, yang diletakkan pada permukaan bawah panel sel surya 50 WP pada 25 ^o C 130 cm x 33 cm.

b. Melakukan pengujian langsung untuk mengetahui efek pendingin pasif terhadap data-data pengukuran yang diperlukan seperti irradiation, tegangan, arus, temperatur dan lainnya.

c. Menguji kondisi panel sel surya tanpa pendingin sebagai pembanding dan 3 buah panel sel surya yang dilengkapi pendingin sisi bawahnya.

Keempat panel tersebut adalah sebagai berikut:

1. Tanpa pendingin

2. Dengan pendingin pasif berupa heatsink

3. Dengan pendingin pasif berupa balok aluminium berisi air

4. Dengan pendingin pasip berupa balok aluminum berisi air dan heatsink

d. Menganalisa dan mengolah data hasil pengukuran yang diperoleh.

e. Menuliskan kesimpulan yang diperoleh.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Energi dan Radiasi Matahari

Matahari mengirimkan energi dalam bentuk panas (heat) dan cahaya (light).

Pemanfaatannya berupa pemanfaatan panas seperti memanaskan air dan memanfaatkan radiasi fotonnya seperti untuk membangkitkan listrik [2]. Dapat dipastikan adanya cahaya bersamaan dengan adanya panas. Panas tersebut dapat menyebabkan kenaikan temperatur dari sel, selain itu kondisi lingkungan yang panas juga dapat menaikkan temperatur dari sel surya.

Produksi dan penggunaan energi matahari menjadi pilihan banyak pihak karena ekonomis, efisiensi sel surya yang meningkat, terbarukan, ramah lingkungan dan kemudahan perawatan. Sel surya sangat mudah digunakan, karena radiasi matahari yang diserap langsung dikonversi menjadi listrik dan teknologinya bersih dan lembut [1].

Sel surya terbuat dari bahan semikonduktor yaitu silikon atau germanium (p-n

junction). Sel ini membutuhkan cahaya yang berasal dari irradiasi matahari yang

membawa energi foton untuk merubah energi cahaya menjadi energi listrik. Di

Indonesia, energi matahari dapat bersinar sepanjang tahun sehingga didapatkan energi

yang lebih besar, tetapi nilai temperatur lingkungan rata-rata akan lebih tinggi

dibandingkan dengan negara 4 musim sehingga dapat menaikkan temperatur sel pada

panel sel surya.

9

2.2. Cara Kerja Sel Surya

Segala materi/bahan terbuat dari bagian-bagian halus (partikel) yang dinamakan molekul. Molekul itu adalah bagian terkecil dari suatu bahan yang masih mempertahankan sifat-sifat bahan tersebut. Molekul ini tersusun dari gabungan partikel-partikel yang lebih halus lagi, yang dinamakan atom. Setiap atom memiliki inti bermuatan positif dan sejumlah elektron yang mengitari inti pada orbit masing- masing.

Kepingan sel terdiri atas kristal silikon yang memiliki dua lapisan silisium doped, yaitu lapisan sel surya yang menghadap ke cahaya matahari memiliki doped negatif dengan lapisan fosfor, sementara lapisan di bawahnya terdiri dari doped positif dengan lapisan borium. Antara kedua lapisan dibatasi oleh penghubung p-n.

Jika pada permukaan sel terkena cahaya matahari maka pada sel bagian atas akan terbentuk muatan-muatan negatif yang bersatu pada lapisan fosfor. Sedangkan pada bagian bawah lapisan sel akan membentuk muatan positif pada lapisan borium.

Kedua permukaan tersebut akan saling mengerucut muatan masing-masingnya jika sel terkena sinar matahari. Sehingga pada kedua sisi sel akan menghasilkan beda potensial berupa tegangan listrik.

Saat ini silikon merupakan bahan yang banyak digunakan untuk pembuatan

sel surya. Agar dapat digunakan sebagai bahan sel surya, silikon dimurnikan hingga

satu tingkat yang tinggi. Sel surya adalah suatu elemen aktif yang mengubah cahaya

matahari menjadi energi listrik. Sel surya pada umumnya memiliki ketebalan

minimum 0,3 mm, yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub positif

10

dan kutub negatif. Pada temperatur rendah semikonduktor bekerja sebagai isolator, namun bila energi atau cahaya matahari tersedia, mereka berfungsi sebagai konduktor.

Ketika cahaya jatuh pada foton semikonduktor dengan energi kurang dari energi bandgap melewati material. Energi bandgap adalah energi yang dibutuhkan untuk mengusir elektron dari ikatan kovalennya. Foton dengan energi lebih besar daripada celah berinteraksi dengan elektron dalam ikatan kovalen yang menciptakan pasangan lubang elektron yang menciptakan arus listrik. Arus listrik diinduksi dengan meletakkan tipe-n dan semikonduktor tipe-p bersama membentuk sambungan p-n.

Bila material digabungkan dengan kelebihan lubang pada bahan tipe-p mengalir ke material tipe-n dan elektron mengalir dari tipe-n ke material tipe-p [1].

Gambar 2.1 Struktur panel sel surya

Sel surya jarang digunakan secara individual tetapi terhubung untuk

membentuk panel, yang merupakan bangunan blok untuk array surya. Agar

11

terlindung dari kelembaban dan aspek lingkungan lainnya, sel-sel tertutup dalam panel. Panel ini biasanya terdiri dari bingkai aluminium yang tercakup dalam film Tedlar. Sel-sel "direkatkan" ke Tedlar dengan polimer yang elastis dan transparan, paling sering EVA (etylenvinylacelat) dan ditutupi kaca. Struktur panel sel surya ditunjukkan Gambar 2.1 [1].

2.3. Tahanan pada Panel Sel Surya

Rangkaian listrik ekivalen dari sebuah panel sel surya ditunjukkan pada Gambar 2.2 [10] dimana menggunakan diagram dengan model 2 buah diode.

Gambar 2.2 Skematik diagram dengan model 2 buah dioda.

Tahanan shunt (Rsh) muncul dari ketidaksempurnaan pada permukaan

perangkat dan dalam jumlah besar serta dari arus bocor di tepi sel. Ini merupakan

jalur paralel konduktivitas di persimpangan p-n dan mengurangi efisiensi sel dengan

meningkatkan arus bocor yang menurunkan daya keluaran maksimum (Pm), tegangan

sirkuit terbuka (Voc), dan faktor kurva (CF) [11].

12

Ada beberapa mekanisme fisik yang bertanggung jawab atas tahanan seri, dimana kontributor utama adalah tahanan bulk pada semikonduktor, tahanan lembar kontak logam dan interkoneksi, dan tahanan kontak antara kontak logam dan semikonduktor [11]. Dalam sel surya konsentrator penting untuk meminimalkan tahanan seri.

Tahanan seri dan shunt dalam sel surya adalah parameter parasit, yang mempengaruhi karakteristik arus-tegangan (I–V) dan efisiensi sel. Nilai tahanan seri (Rs) yang sangat tinggi dan nilai tahanan shunt (Rsh) yang sangat rendah masing- masing mengurangi kepadatan arus hubung singkat (Isc) dan voltase sirkuit terbuka (Voc) [10].

Pengaruh tahanan seri dan shunt pada Fill Factor dan efisiensi panel sel surya adalah dapat menurunkan Fill Factor (FF) dan menurunkan Efisiensi seperti pada Gambar 2.3 dan Gambar 2.4 [11].

Gambar 2.3 Efek tahanan seri terhadap FF pada temperatur 300K

13

Gambar 2.4 Efek tahanan seri terhadap efisiensi sel pada temperatur 300K

Dari Gambar 2.3 dan 2.4 kita dapat dengan mudah menyatakan bahwa Tahanan seri (Rs) memiliki efek signifikan pada fill factor (FF) dan efisiensi (η). Rs sebesar 1 Ω dapat menyebabkan degradasi penting dalam FF dan efisiensi terutama untuk nilai C tinggi. Ketika FF menurun pada sekitar 0,5 % per dekade, sementara (η) menurun pada tingkat 2 % per decade [11].

Sel surya yang beroperasi di bawah konsentrasi sinar matahari menderita efek

pemanasan, yang dapat menjadi sangat penting pada konsentrasi sinar matahari yang

tinggi. Untuk alasan itu penggunaan sistem pendingin sangat diperlukan untuk

operasi yang lebih baik dari sel-sel ini. Resistansi seri tinggi juga menyebabkan

penurunan kinerja sel surya konsentrator terutama ketika konsentrasi meningkat. Jadi,

penting untuk meminimalkan tahanan seri pada sel-sel ini [11].

14

2.4. Karakteristik Sel Surya

Daya yang dihasilkan dari sel surya adalah tegangan (V) operasi dikalikan dengan arus (I) operasi. Tegangan dan arus keluaran yang dihasilkan ketika sel surya memperoleh penyinaran merupakan karakteristik yang disajikan dalam kurva I-V pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Kurva karakteristik sel surya [2]

Kurva ini menunjukkan bahwa pada saat arus dan tegangan berada pada titik kerja maksimal (Maximum Power Point, MPP) maka akan menghasilkan daya keluaran maksimum. Tegangan di Maximum Power Point (VMPP) lebih kecil dari tegangan open circuit (Voc) dan arus saat MPP (IMPP) lebih rendah dari arus short circuit (Isc).

2.5. Efisiensi Sel Surya

Efisiensi Sel Surya dipengaruhi oleh beberapa hal, antara lain tegangan open circuit

15

(V OC ), arus short circuit (I SC ) dan Fill Factor (FF) seperti ditujukan pada Persamaan 1 dan Persamaan 2 [2].

……….(1)

……….(2)

dimana:

η : efisiensi sel surya

Vm : tegangan pada kondisi maksimum (V) Im : arus pada kondisi maksimum (A) G : irradiasi matahari (W/m ² )

A : Luas panel (m ² )

V OC : open circuit voltage (volt) I _SC : short circuit current (ampere) FF : Fill Factor, menyatakan kualitas sel

Efiensi maksimum dari konversi energi sel surya tergantung pada temperatur kerja, radiasi matahari, kecepatan angin, keadaaan atmosfir bumi, dan posisi letak sel surya terhadap matahari (tilt angle) [7]. Intensitas radiasi matahari akan banyak berpengaruh pada arus (I) yang dihasilkan dan sedikit berpengaruh pada tegangan.

Beberapa cara yang dapat dilakukan untuk meningkatkan efisiensi adalah dengan

16

menambah intensitas cahaya matahari seperti menggunakan lensa pengumpul cahaya atau reflector cahaya seperti cermin.

Kecepatan angin disekitar lokasi sel surya dapat membantu mendinginkan permukaan temperatur sel surya secara langsung atau mendinginkan pendingin sel surya yang sudah dipasang. Untuk mendapatkan angin secara terus menerus dapat dilakukan dengan pemasangan kipas angin yang dikontrol. Namun cara ini juga akan membutuhkan energi tambahan.

Keadaan atmosfir bumi pada saat berawan, mendung, jenis partikel debu udara, asap, uap air udara (Rh), kabut dan polusi sangat menentukan hasil maksimal arus listrik dari deretan sel surya. Keadaan atmosfer bumi akan mengurangi intensitas cahaya yang mengenai permukaan panel sel surya dan selanjutnya akan memperkecil daya keluaran sel surya.

Mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah pemukaan panel surya secara tegak lurus akan mendapatkan energi maksimum ±1000 W/m2 bergantung pada daerahnya. Sudut orientasi (tilt angle) dari panel surya juga sangat mempengaruhi hasil energi maksimum. Untuk dapat mempertahankan ketegaklurusan antara sinar matahari dengan bidang PV, yang dapat diperoleh dengan pengontrolan traking arah matahari secara otomatis dimana sel surya dapat bergerak mengikuti arah matahari dan menjaga tilt angle tegak lurus terhadap matahari.

Di dalam laboratorium, efisiensi maksimum dari sel surya biasa saat ini

mencapai sekitar 24-25 %. Untuk pemakaian komersial, efisensi dari sel surya

monokristalin umumnya 13-19 %. Sel komersial dengan efisiensi di atas 20 % di-

17

harapkan tercapai pada tahun-tahun mendatang [1].

2.6. Teknik Pendinginan Aktif dan Pasif pada Sel Surya

Salah satu cara meningkatkan efisiensi sel surya adalah dengan menurunkan atau mempertahankan temperatur kerja sel surya pada kondisi mendekati 25 ⁰ C, yang dibagi menjadi beberapa cara yaitu [8]:

a. Pendinginan berdasarkan permukaan yang didinginkan, terbagi atas posisi depan (front) atau posisi belakang (back). Untuk posisi depan, dapat dilakukan dengan cara menyemprotkan air setiap waktu tertentu atau air mengalir di bagian permukaan secara terus menerus. Sementara untuk posisi belakang dapat dilakukan dengan cara menyemprotkan kipas bantu atau air dan udara.

b. Berdasarkan media pendingin dapat dibagi atas media air atau udara.

c. Berdasarkan sistem pengontrolannya terbagi atas pendinginan aktif dan pasif. Pendinginan pasif dapat terjadi dengan memanfaatkan kondisi alami suatu bahan seperti udara, air atau aluminium tanpa ada pengaturan otomatis dan tidak membutuhkan energi tambahan. Sementara untuk pendinginan aktif dilakukan dengan menambahkan energi lain untuk memaksa terjadinya pendinginan yang lebih cepat seperti menggunakan pompa, kipas angin dan pengontrol lainnya.

Beberapa cara pendinginan aktif pada sel surya adalah sbb:

18

1. Mengalirkan air tipis ke permukaan panel. Penyemprotan dilakukan dengan tambahan pompa dan sistem kontrol.

2. Mendinginkan permukaan panel sel surya dengan meniupkan kipas angin ke pemukaan bawah panel.

3. Mendinginkan bagian bawah panel dengan penambahan inlet dan outlet air. Air yang bersumber dari sebuah tangki akan terus mengalir dengan penambahan pompa dan kontrol. Cara ini membutuhkan air yang banyak atau tangki yang besar.

Beberapa teknik pendinginan pasif pada sel surya adalah sbb:

1. Mendinginkan bagian bawah panel menggunakan plat, sirip atau heat sink aluminium

2. Mendinginkan bagian bawah panel dengan botol berisi air dan sumbu kapas

3. Mendinginkan bagian bawah panel dengan mencelupkan bagian bawah panel ke dalam air

Pada teknik pendinginan pasif tersebut, belum ditemukan penelitian mengenai

pengaruh penggunaan volume air tetap di dalam balok aluminium dan

penggabungannya dengan heatsink. Setelah penginstalan, tidak membutuhkan energy

tambahan maupun air tambahan tetapi perlu pengecekan atau perbaikan bila terjadi

kebocoran pada kemasan tabung aluminium.

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tahapan Penelitian

Tahapan-tahapan penelitian yang dilakukan ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian 7. Pengolahan dan analisa data

8. Penyusunan laporan dan karya ilmiah Mulai

6. Pengukuran dan pencatatan data

9. Kesimpulan

Selesai

1. Perancangan pendingin pasif

5. Pemasangan panel dan alat ukur 2. Studi literatur dan perpustakaan

3. Pengajuan proposal penelitian

4. Perancangan peralatan, pengukuran dan program

20

Pengukuran temperatur permukaan panel surya, arus dan tegangan keluaran dilakukan terhadap panel sel surya dilakukan setiap hari, namun mengingat kondisi cuaca di tempat pengukuran, hanya beberapa hari saja yang dapat dijadikan sebagai hasil yang baik disebabkan seringnya mendung. Pemasangan alat-alat ukur yang diperlukan untuk memperoleh data hasil pengukuran yang valid setiap 5 detik (data logger). Selanjutnya data hasil pengukuran dikumpulkan dan disusun serta dianalisis.

3.2 Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan di PT Inalum (Persero), Paritohan, Kab. Toba Samosir, Sumatera Utara, Indonesia, pada kordinat 2.523598 and 99.268270.

3.3 Sistem Pendingin yang Diusulkan

Sistem pendingin pasif yang diusulkan adalah menggunakan blok aluminum yang diisi air dan direkatkan pada belakang panel sel surya dan diberi pelepas panas Straight Fins Heat Sink (SFHS) seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.2.

Kedua ujung balok aluminium yang berisi air tersebut ditutup menggunakan

penutup yang baik dan kuat agar tidak ada setetes pun air yang bocor sehingga dapat

bertahan dalam kurun waktu yang panjang. Selanjutnya balok air ini akan menyerap

panas dari panel surya, kemudian panas dapat ditransfer atau dilepas dengan cepat ke

21

udara sekitar melalui heatsink.

Gambar 3.2 Sistem pendingin yang diusulkan

3.4 Sistem Pendingin yang dibandingkan

Dalam penelitian ini, penulis menggunakan 4 buah panel sel surya dengan empat konfigurasi antara lain:

a. Panel sel surya standar. Panel sel surya ini dibuat tanpa pendingin penambahan pendingin dan akan digunakan sebagai referensi.

b. Panel sel surya dengan pendingin pasif berupa balok-balok berisi air. Ada

9 buah balok aluminium berisi air dan tertutup yang ditempelkan di sisi

bawah panel. Ukuran balok air adalah ukuran 4,4 cm x 2,2 cm dengan

volume air sekitar 7,2 liter. Balok ini dilengketkan pada sisi bawah sel

surya.

22

c. Panel sel surya dengan pendingin pasif berupa heatsink. Terdapat 4 buah heatsink ditempelkan pada sisi bawah panel sel surya. Diharapkan disipasi panas menyebar ke udara melalui permukaan heatsink.

d. Panel sel surya dengan pendingin pasif kombinasi air dan heatsink. Pada konfigurasi ini air berfungsi sebagai peredam dan penyalur panas ke heatsink dan selanjutnya heatsink akan mendisipasi panas ke udara.

3.5 Peralatan Penelitian

Peralatan penelitian yang digunakan adalah sebagai berikut:

a. Panel sel surya 50 WP

Gambar 3.3 Panel sel surya Isofoton I-50

Gambar 3.3 menunjukkan bentuk panel surya yang akan digunakan pada

penelitian ini. Spesifikasi panel tersebut antara lain:

23

1. Tegangan Potensial 50 WP ±10% pada irradiasi 1000 w/m2 dan temperatur 25 ⁰ C.

2. diperlukan 4 buah panel sel surya dengan ukuran panel 31 cm x 126 cm.

b. Balok Aluminium

1. Ukuran balok adalah 4,4 cm x 2,2 cm x 1 m 2. Dipasang pada panel 2 dan panel 4

3. Diperlukan sebanyak 9 buah balok seperti Gambar 3.4 berikut

Gambar 3.4 Balok aluminium

c. Heat-sink

Heatsink dengan ukuran 40 cm x 12 cm x 3,5 cm sebanyak 4 buah

terpasang pada panel ke-3 dan panel ke-4. Terdapat 12 sirip yang jarak

antar siripnya sekitar 1 cm seperti Gambar 3.5 berikut.

24

Gambar 3.5 Heat Sink

3.6 Perangkat Pengukuran

Peralatan instrumen yang digunakan adalah sebagai berikut:

a. Laptop dan PC

Laptop digunakan untuk memprogram dan menjalankan pengukuran secara terus menerus. Terdapat pula program untuk mencatat data logger pengukuran menggunakan PLX-DAQ Spreadsheet yang menghubungkan Arduino menjadi data dalam bentuk Excel dan dapat dicatat setiap 5 detik.

b. Mikrokontroler Atmega386

Mikrokontroler Atmega386 dalam modul arduino digunakan sebagai

kontroler semua sensor yang digunakan dan mengirimkan hasil pengukur-

25

an ke PC untuk disimpan dan dianalisis.

c. Resistor

Resistor dengan nilai tahanan yang sama masing-masing sebesar 3 Ω sebanyak 4 buah ini digunakan sebagai beban bagi semua panel sel surya, dimana masing-masing sel surya dibebani 1 buah resistor.

d. Sensor temperatur

Diperlukan 4 buah sensor temperatur yang dipergunakan untuk mengukur temperatur permukaan masing-masing panel.

e. Sensor arus

Diperlukan 4 buah sensor arus untuk masing-masing panel.

f. Sensor tegangan

Ada 4 sensor tegangan yang diperlukan untuk mengukur tegangan keluaran dari panel sel surya.

g. Sensor cahaya

Diagram rangkaian yang digunakan untuk pengukuran dimodifikasi dari

[9] ditunjukkan oleh Gambar 3.6. Pengukuran dilakukan secara simultan

untuk 4 panel sel surya.

26

Gambar 3.6 Rangkaian pengukuran

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Konstruksi Perangkat Pendingin Pasif

Gambar 4.1 menunjukkan konstruksi panel sel surya yang diobservasi: panel sel surya standar, dengan pendingin air, pendingin heat-sink dan sistem yang diajukan. Tidak ada perubahan pada permukaan panel sel surya.

(a) Panel sel surya standar

(b) Panel sel surya pendingin air

(c) Panel sel surya pendingin heat-sink

(d) Sistem usulan

Gambar 4.1 Konstruksi sistem yang dievaluasi

28

4.2 Konstruksi Eksperimen

Pengukuran dilakukan sepanjang hari dari pukul 07.00 WIB hingga 18.00 WIB, namun hanya 7 hari dengan cuaca terbaik yang diambil dan dianalisis.

Konstruksi pengukuran ditunjukkan pada Gambar 4.2.

(a) Tata letak

(b) Sensor permukaan

29

(c) Proses penerimaan data Gambar 4.2 Konstruksi eksperimen

Empat panel diukur secara bersamaan sehingga mendapatkan perlakukan yang sama mengenai radiasi matahari, temperatur ruang, kelembaban dan kecepatan angin.

Realisasi rangkaian pengukuran ditunjukkan pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Konstruksi elektronik alat pengukuran

30

4.3 Hasil Pengukuran 4.3.1 Pengukuran Manual

Pengukuran manual menggunakan multitester digital serta thermometer standar untuk memastikan hasil pengukuran elektronik sejalan dengan piranti pembanding. Hasil pengukuran awal menunjukkan data-data seperti yang diplot pada Tabel 4.1. Parameter yang diukur meliputi temperatur permukaan, tegangan keluaran, arus beban dan daya keluaran untuk masing-masing panel sel surya dengan sistem pendingin maupun tidak.

Dibandingkan dengan panel sel surya standar, sistem pendingin pasif mampu menurunkan temperatur permukaan dan meningkatkan keluaran. Sebagai hasilnya, arus, tegangan dan daya meningkat dibandingkan dengan panel sel surya standar. Hal ini menunjukkan bahwa sistem pendinginan sangat penting dalam instalasi panel sel surya.

Tabel 4.1 Pengukuran Manual Parameter Panel Standar Pendingin

Heat-sink

Pendingin Balok Air

Pendingin Usulan Temperatur

permukaan rata- rata ( ⁰ C)

53,33 51,83 51,17 46,58

Tegangan keluaran rata-rata

(Volt)

9,83 11,42 11,03 11,95

Arus beban rata-

rata (Ampere) 1,91 2,24 2,16 2,32

Daya keluaran

rata-rata (Watt) 18,82 25,68 23,91 27,80

31

Pada Table 4.1, tampak bahwa temperatur permukaan, tegangan, arus dan daya dari panel dengan sistem pendingin yang diusulkan, lebih baik dari sistem standar dan sistem pendingin lainnya. Metode yang diusulkan mampu menurunkan temperatur permukaan rata-rata secara berturut-turut: 12,66 %; 10,13 % dan 8,96 % lebih baik dari panel sel surya standar, panel sel surya dengan pendingin heat-sink, serta panel sel surya dengan pendingin air.

Konsekuensinya, panel sel surya dengan pendingin usulan menghasilkan tegangan keluaran rata-rata lebih besar 21,49 %; 4,66 %; dan 8,34 % dari sistem yang dibandingkan. Sementara arusnya berkisar 21,27 %; 3,73 %; dan 7,50 % lebih besar dari panel sel surya lain. Sehingga, daya keluaran rata-rata panel yang dilengkapi oleh sistem pendingin usulan 47,71 % lebih besar dari standar panel sel surya yang digunakan. Semua nilai tersebut diplot pada Gambar 4.4.

(a) Suhu Permukaan rata-rata

32

(b) Tegangan Keluaran rata-rata

(c) Arus rata-rata

(d) Daya Keluaran rata-rata

Gambar 4.4 Perbandingan kinerja sistem pendingin

33

4.3.2 Pengukuran Elektronik

Pengukuran elektronis yang dilakukan selama siang hari, dari pukul 07.00 WIB sampai 18.00 WIB, menghasilkan data dengan 7 hari terbaik dipilih disebabkan data tercampur dengan hari dengan cuaca mendung. Arus, tegangan dan daya keluaran berubah signifikan terhadap posisi matahari. Radiasi tertinggi terukur mencapai 913,9 watt/m ² , yang menghasilkan daya paling tinggi dari keempat panel 48,8 watt.

Gambar 4.5 menunjukkan plot arus, tegangan dan daya selama kurun waktu kurang dari 12 jam, dari pagi hingga sore hari. Dari keempat panel yang dievaluasi, temperatur permukaan yang terukur tampak secara jelas terpisah di Gambar 4.5a.

Metode yang diusulkan secara konsisten menunjukkan penurunan temperatur di semua jam dibanding ketiga panel lainnya. Sistem pendingin menahan kenaikan temperatur permukaan, sehingga peningkatan merambat pada pagi hari. Penurunan temperatur permukan jauh lebih cepat pada sore hari. Temperatur maksimum yang dialami panel adalah 42.9 °C saat panel tidak diberi pendingin.

Secara rata-rata metode yang diusulkan membuat temperatur permukaan panel rata-rata 33,39 °C, diikuti oleh panel dengan pendingin air 35,17 °C, pendingin heat- sink 36,04 °C dan panel standar 37,90 °C. Ini menunjukkan penurunan temperatur permukaan sistem yang diusulkan mencapai rata-rata 5,08 %; 7,37 % dan 11,91 % lebih rendah dari panel sel surya lain.

Sementara itu, tegangan yang dihasilkan diplot pada Gambar 4.5b. Tegangan

yang dihasilkan oleh masing-masing panel cukup berkompetisi. Metode usulan dan

34

pendingin air menghasilkan rata-rata 4.1 volt, sementara panel dengan heat-sink menghasilkan 4,03 volt dan tanpa pendingin 3,87 volt. Ketidakteraturan terjadi karena pendinginan tidak merata diseluruh permukaan panel sel surya. Konstruksi pendingin yang dievaluasi tidak merata di semua area belakang panel.

Sementara itu, arus yang dihasilkan cukup jelas terpisah seperti Gambar 4.5c, karena arus kolektif mengalir pada arah yang sama. Secara rata-rata, metode yang diusulkan menghasilkan arus 2,20 A, pendingin air 2,06 A, panel heat-sink 1,96 A dan panel tanpa pendingin 1,81 A.

a. Temperatur permukaan

b. Tegangan keluaran

35

c. Arus beban

d. Daya keluaran

Gambar 4.5 Perbandingan kinerja selama siang hari

Daya rata-rata yang dihasilkan oleh panel dengan pendingin yang diusulkan

lebih tinggi 6,28 %; 12,13 %; dan 28,23 % dari panel dengan pendingin air, heat-sink

dan panel standar seperti Gambar 4.5d. Daya keluaran maksimum panel dengan

pendingin adalah 48.8 W.

36

Gambar 4.6 menunjukkan pengukuran daya keluaran harian. Keluaran maksimum diperoleh pada hari 3, menghasilkan daya rata-rata sekitar 17.9 W. Karena secara spesifikasi daya keluaran panel maksimum 50 Watt, nilai maksimum ini hampir tercapai (48,8 W) pada hari ke tiga pada jam 13 pm saat level radiasi berkisar 913.9 W/m ² . Tabel 4.2 menunjukkan hasil pengukuran rata-rata secara harian.

Tabel 4.2 Daya Keluaran Rata-rata

Hari

Daya keluaran rata-rata (Watt)

Standar Heat-sink Balok Air Usulan

1 11,3 14,3 14,9 15,7

2 4,8 5,2 5,8 6,3

3 6,0 6,9 7,4 8,0

4 14,5 15,1 16,3 17,9

5 10,3 12,0 12,4 13,2

6 5,3 6,3 6,4 6,5

7 9.8 11,1 11,6 11,9

Rata-rata 8.9 10,1 10,7 11,3

37

Gambar 4.6 Daya keluaran rata-rata

Dalam hal efektifitas, sistem pendingin yang diusulkan menghasilkan kenaikan daya untuk setiap kenaikan radiasi seperti diplot pada Gambar 4.7. Teknik pendingin Usulan, menghasilkan 0.0624 m2 yang setara dengan efisiensi 6,24 % conversion area. Nilai ini lebih tinggi 6,04 % dari pendingin air dan pendingin heat- sink dan 53% lebih tinggi dari panel standar.

Gambar 4.7 Efisiensi konversi energi

38

Gambar 4.8 Perbandingan daya keluaran dan iradiasi

Perbandingan daya keluaran untuk panel surya standard dan panel surya yang diusulkan terhadap besaran intensitas iradiasi matahari ditunjukkan pada Gambar 4.8.

Baik panel surya standar dan panel dingin yang diusulkan memiliki plot yang hampir

sama yaitu daya keluaran akan meningkat seiring meningkatnya iradiasi matahasi. Di

satu sisi terlihat bahwa untuk semua kondisi pengukuran, terlihat bahwa panel dengan

metode yang diusulkan lebih baik dari pada panel standar.

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Penelitian tesis ini telah mengajukan sistem pendinginan pasif panel sel surya dengan kombinasi air dan heat-sink. Kesimpulan hasil eksperimen menunjukkan bahwa:

a. Kenaikan temperatur permukaan menyebabkan penurunan daya keluaran.

Metode yang diusulkan telah diterapkan dan dievaluasi melalui eksperimen nyata, serta dibandingkan dengan sistem pendingin air, heat- sink dan tanpa pendingin dan berhasil menurunkan temperatur permukaan panel sel surya.

b. Eksperimen jelas menunjukkan sistem pendingan sangat penting untuk menjaga kinerja panel sel surya. Pendinginan pasif menghasilkan penurunan temperatur permukaan yang sedikit dimana metode usulan lebih unggul dari metode standar, yang menghasilkan penurunan temperatur permukaan rata-rata 12,66 %; 10,13 %; dan 8,96 % lebih besar dari sel surya tanpa pendingin, panel sel surya dengan pendingin heat-sink and panel dengan pendingin air.

c. Panel sel surya dengan pendingin usulan menghasilkan tegangan keluaran

rata-rata lebih besar 21,49 %; 4,66 %; dan 8,34 % dari panel dengan

pending air, heat-sink, dan tanpa pendingin. Sementara arusnya berkisar

40

21,27 %; 3,73 %; dan 7,50 % lebih besar dari panel sel surya lain. Daya keluaran mencapai rata-rata 47,71 % lebih tinggi dari panel tanpa pendingin. Nilai efisiensi 6,24 %, lebih tinggi 6,04 % dari pendingin air dan pendingin heat-sink erta 53 % lebih tinggi dari panel standar.

5.2 Saran

Penelitian lanjutan diperlukan untuk mengetahui pengaruh homogeinitas pendinginan di permukaan panel sel surya terhadap kinerja Teknik pendingin.

Eksperimen juga menunjukkan penurunan daya signfikan pada jam pagi maupun sore

karena berkurangnya cahaya matahari. Hal ini perlu ditinjau jika pendinginan

diterapkan secara temporal.

DAFTAR PUSTAKA

[1] A. Thedeby, “Heating and cooling with solar, powered peltier elements”, IISSN 0282-1990, Lund University, 2014.

[2] A. Pradhan, S. Ali, S. Parashar, P. Paikray, “Water cooling method to improve efficiency of photovoltaic module”, IEEE 978-1-5090-4620-1/16, 2016.

[3] O. Bendra,“Optimizing solar cells efficiency by cooling techniques,” Capstone report, Al Akhwayn Univ., 2017.

[4] B. Haitham, S. Rehman, P. Gandhidasan, and B. Tanweer. "Experimental evaluation of the performance of a photovoltaic panel with water cooling." IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 39th, pp. 2987- 2991, 2013.

[5] J. Hrica, S. Chatterjee, and G. Samy, "BAPV array: Thermal modeling and cooling effect of exhaust fan." In Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 2011 37th IEEE, pp. 003144-003149. IEEE, 2011.

[6] H. Chen, X. Chen, S. Li, and H. Ding, “Comparative study on the performance improvement of photovoltaic panel with passive cooling under natural ventilation”. Int. j. of smart grid and clean energy, 3(4), pp.374-379.

[7] A. Aldossary, S. Mahmoud, and R. Al-Dadah, "Technical feasibility study of passive and active cooling for concentrator PV in harsh environment."

Applied Thermal Engineering 100 (2016): 490-500.

[8] A. R. Sunarno, Suherman, Syafruddin H, Gunawan, "A Passive Cooling System for Increasing Solar Panel Output", International Conference on

Fundamental and Applied Science for Advanced Technology, Yogyakarta, Jan 21, 2019.

[9] A. Sani, E. Warman, A P S. Depari, S Suherman, "Measuring the commercial solar panel performance." In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 420, no. 1, p. 012051. IOP Publishing, 2018.

[10] Priyanka Singh and Nuggehalli M. Ravindra, “Analysis of series and shunt

resistance in silicon solar cells using single and double exponential

models”, Volume 1 Issue EMR1, ICE Publishing, all rights reserved,

2016

42

[11] S. Khelifia, L. Ayat, and A. Belghachi, “Effects of temperature and series

resistance on GaAs concentrator solar cell”, The European Physical

Journal Applied Physics, 2008.

43

Lampiran-1 Program Arduino

Nama File : Monitor_Data_Solar_Cell_Final_Sidang

Secara lengkap penulisan program tersebut adalah sbb:

#include <Wire.h>

#include <OneWire.h>

#include <DallasTemperature.h>

int moisture;

int val;

int val2;

float RLDR;

44

double Lux;

float Vout;

float Vldr;

int Lumonisity;

float w;

float vpp=0.0048828125;

float sensitivity =0.066;

OneWire oneWire (2);

DallasTemperature ds(&oneWire);

DeviceAddress A = {0x28,0xFC,0x3F,0x46,0x92,0x1,0x2,0xC};

DeviceAddress B = {0x28,0xFF,0x5B,0xC3,0x21,0x17,0x4,0xC0};

DeviceAddress C = {0x28,0x16,0x3E,0x46,0x92,0xA,0x2,0x4};

DeviceAddress D = {0x28,0xDD,0xE4,0x77,0x91,0xE,0x2,0x98};

DeviceAddress E = {0x28,0xFF,0x4,0x62,0xA8,0x15,0x1,0x5E};

/*

DeviceAddress A = pengukur suhu modul standar;

DeviceAddress B = pengukur suhu modul dengan pendingin pasif tabung air;

DeviceAddress C = pengukur suhu modul dengan pendingin pasif heat sink;

DeviceAddress D = pengukur suhu modul diusulkan;

DeviceAddress E = pengukur suhu area;

*/

void setup() { Serial.begin(9600);

ds.begin();

pinMode(A1, INPUT);

pinMode(A2, INPUT);

pinMode(A3, INPUT);

pinMode(A4, INPUT);

pinMode(A5, INPUT);

pinMode(A6, INPUT);

pinMode(A7, INPUT);

pinMode(A8, INPUT);

pinMode(A9, INPUT);

45

Serial.println("CLEARDATA");

Serial.println("LABEL,WAKTU,SENSOR A,SENSOR B,SENSOR C,SENSOR D,SENSOR E, VOLT A,CURRENT A,VOLT B,CURRENT B,VOLT C,CURRENT C,VOLT D,CURRENT D, Irradiance,");

}

void loop() {

int ADC;

ADC=analogRead(A9);

Vout=(ADC*4.85/1024);

RLDR=50/Vout-10;

Lux=33.825*pow(2.7183,(1.5698*Vout));

w=Lux/685*10;

int Volta; // membaca sensor tegangan A float Volta1;

Volta=analogRead(A1);

Volta1=((Volta*0.004701)*5);

int counts_a= analogRead(A2)+ 1; // membaca sensor arus A float cur_a =counts_a*vpp;

cur_a -=2.5;

float Arus1= cur_a/sensitivity;

int Voltb; // membaca sensor tegangan B float Voltb1;

Voltb=analogRead(A3);

Voltb1=((Voltb*0.004701)*5);

int counts_b= analogRead(A4)+ 1; // membaca sensor arus B float cur_b =counts_b*vpp;

cur_b -=2.5;

float Arus2= cur_b/sensitivity;

46

int Voltc; // membaca sensor tegangan C float Voltc1;

Voltc=analogRead(A5);

Voltc1=((Voltc*0.004701)*5);

int counts_c= analogRead(A6)+ 1; // membaca sensor arus C float cur_c =counts_c*vpp;

cur_c -=2.5;

float Arus3= cur_c/sensitivity;

int Voltd; // membaca sensor tegangan D float Voltd1;

Voltd=analogRead(A7);

Voltd1=((Voltd*0.004701)*5);

int counts_d= analogRead(A8)+ 1; // membaca sensor arus D float cur_d =counts_d*vpp;

cur_d -=2.5;

float Arus4= cur_d/sensitivity;

ds.requestTemperatures(); // memanggil sensor ds18b20

//program untuk parallax, agar bisa input data ke dalam cell excell Serial.print("DATA,TIME,");

Serial.print(ds.getTempC(A));Serial.print(",");

Serial.print(ds.getTempC(B));Serial.print(",");

Serial.print(ds.getTempC(C));Serial.print(",");

Serial.print(ds.getTempC(D));Serial.print(",");

Serial.print(ds.getTempC(E));Serial.print(",");

Serial.print(Volta1);Serial.print(",");

Serial.print(Arus1);Serial.print(",");

Serial.print(Voltb1);Serial.print(",");

Serial.print(Arus2);Serial.print(",");

Serial.print(Voltc1);Serial.print(",");

Serial.print(Arus3);Serial.print(",");

Serial.print(Voltd1);Serial.print(",");

47

Serial.print(Arus4);Serial.print(",");

Serial.print(w);Serial.print(",");

Serial.println("");

delay(5000);

}

48

Lampiran-2

Rangkaian Pengukuran Irradiasi