ifaldo Pido, Syukri Himran dan Mahmuddin, Analisa Pngaruh Pndinginan Sl Surya trhadap Daya Kluaran dan Efisinsi 31 Analisa Pngaruh Pndinginan Sl Surya Trhadap Daya Kluaran dan Efisinsi ifaldo Pido (1), Syukri Himran (2) dan Mahmuddin (3) (1) Mahasiswa Program Magistr Tknik Msin Univrsitas Muslim ndonsia (2) (3) Dosn Magistr Tknik Msin Univrsitas Muslim ndonsia Makassar Jl. Urip Sumoharjo No. 225, Kota Makassar -mail: rifaldopido813@gmail.com Abstrak Pnlitian ini mmbahas pngaruh pndinginan sl surya dngan mngalirkan air pada bagian bawah panl trhadap daya kluaran, fisinsi. Bsar daya dan fisinsi sl surya dapat diktahui dngan mngukur arus dan tgangan dngan multimtr. Sksi uji adalah sl surya dngan kapasitas 50 watt pak, yaitu sl surya brpndingin dan tanpa brpndingin. Data mnunjukkan bahwa untuk sl surya brpndingin dngan dbit aliran 150 ml/s dapat mnghasilkan daya sbsar 36,51 W dngan fisinsi 8,11, sdangkan tanpa brpndingin daya kluaran 34,0 W dngan fisinsi 7,57. Tgangan pada opn circuit voltag,oc = 21,7 olt dan arus pada shot circuit currnt, sc = 2,54, sdangkan tanpa brpndingin, oc = 19,9 olt dan sc = 5,62 pada intnsitas matahari 1190,7 W/m 2. Kata Kunci : Sl surya, brpndingin, daya kluaran dan fisinsi. A. PENDAHULUAN a.1 Latar Blakang Problm utama pmanfaatan nrgi surya adalah pada waktu siang dan malam trjadi scara brgantian, shingga prolhan nrgi surya tidak maksimal. Mskipun dmikian mmanfaatkan nrgi surya scara langsung maupun tak langsung dngan bantuan alat yang dapat mngkonvrsi nrgi surya mnjadi nrgi listrik. Matahari mmancarkan nrgi dalam bntuk radiasi lktromagntik, diprkirakan 50 yang dapat disrap olh bumi. Dngan dmikian, pngmbangan pmbangkit listrik tnaga surya trus dikmbangkan sbagai sumbr tnaga listrik yang murah, bbas polusi. a.2 Tujuan Pnlitian a. Untuk mngtahui pngaruh pndinginan sl surya trhadap daya dan fisinsi sl surya. b. Untuk mngtahui karaktristik arus dan tgangan pada sl surya brpndingin dan tanpa pndingin a.3 Batasan Masalah a. Kmiringan panl surya 15 b. Tidak mnganalisis kstimbangan panas pada sl surya. c. Jnis sl surya yang digunakan adalah sl surya monocrystalin kapasitas 50 WP ( pak) B. TNJAUAN PUSTAKA Sl surya adalah suatu lmn aktif yang mngubah cahaya matahari mnjadi nrgi listrik. Sl surya pada umumnya mmiliki ktbalan minimum 0,3 mm, yang trbuat dari irisan bahan smi konduktor dngan kutub positif dan kutub ngatif. Prinsip dasar pmbuatan sl surya adalah mmanfaatkan fk surya yaitu suatu fk yang dapat mngubah langsung cahaya matahari mnjadi nrgi listrik. Brbagai pnlitian yang prnah dilakukan untuk mningkatkan fisinsi trkait dngan analisis sistm sl surya baik itu brdasarkan tinjauan dalam mningkatkan
32 TEKNOLOG OLUME 19 NO. 1 OKTOBE 2018 kinrja yang dinyatakan dngan kluaran nrgi sistm sl surya, dan nrgi panas. Hasbi (2014), tlah mlakukan pnlitian dngan mmbandingkan panl fotovoltaik yang brpndingin dngan yang tidak brpndingin, fluida krja yang di pakai adalah air. Hasil mnunjukan bahwa dngan pnggunaan air pndingin di bawah panl dapat mningkatkan fisinsi sl surya hingga 9,551. Daya maksimum yang diprolh sbsar 17,368 W, untuk fisinsi maksimum nilai trbsarnya 9,55, dngan intnsitas matahari sbsar (E) 1010 W/m 2. Moharram KA, dkk, (2013), tlah mlakukan pnlitian tntang pningkatan kinrja panl surya pada pndinginan tnaga surya dngan mnggunakan air, dngan cara pnymprotan air sskali pada prmukaan panl surya. Sistm pndingin di oprasikan slama 5 mnit dngan tingkat pndinginan untuk sl surya adalah 2 C/min, dari knaikan suhu modul dapat mnybabkan trjadinya pnurunan fisinsi trhadap P scara prlahan, suhu solar cll mningkat mulai dari 10 C, 35 C sampai 45 C dapat mngurangi fisinsi solar cll dari 12 mnjadi 10,5. Halik A (2015), Mlakukan pnlitian dngan pnggunaan mdia aliran air pndingin bntuk srpntin untuk sl surya dapat mnurunkan tmpratur prmukaan sl surya dari 62,6 C mnjadi 59 C pada dbit air pndingin 100 ml/mnit, dngan intnsitas radiasi matahari sbsar 952,1 W/m 2, shingga mningkatkan daya kluaran sl surya dari 25,65 W mnjadi 27,00 W, Pningkatan fisinsi ( ) dari sl surya 10,01 atau mningkat sbsar 2,31 pada saat dbit 200 ml/mnit. Sdangkan fisinsi pada sl fotovoltaik tanpa mnggunakan mdia pndingin air sbsar 7,70. 2.1 Arus hubung singkat (Short circuit currnt, sc) Arus hubung singkat (Short circuit currnt (sc) adalah arus yang mlalui sl surya saat tgangan pada sl surya sama dngan nol (oc=0). 2.2 angkaian tgangan trbuka (opn circuit voltag, oc ) angkaian tgangan trbuka (opn circuit voltag) adalah tgangan maksimum dari sl surya dan ini trjadi pada saat arus sl surya sama dngan nol (sc=0). 2.3 Paramtr pada kurva arus () dan tgangan () Satwiko S dkk, (2011), hasil pnlitiannya mngungkapkan bahwa kurva karaktristik arus dan tgangan sl surya dapat brubah apabila bsaran intnsitas cahaya matahari mngnai prmukaan modul surya juga brubah, maka smakin bsar pula daya dan fisinsi yang di hasilkan. Untuk mngtahui karaktristik arus dan tgangan pada sl surya dngan kondisi bban atau rsistnsi yang brbda-bda, maka dapat digunakan suatu kurva diprlihatkan pada Gambar 1. Gambar 1. Kurva karaktristik arus dan tgangan. Hansn, dkk, (2001), mnjlaskan pula bahwa paramtr untuk mnntukan nilai output pada sl surya mliputi: a. Arus hubung singkat atau short circuit currnt (sc) adalah arus kluaran maksimum yang di prolh dari sl surya pada kondisi tidak ada rsistansi (), = 0. b. Tgangan hubung trbuka atau opn circuit voltag ( oc ) adalah kapasitas tgangan maksimum
ifaldo Pido, Syukri Himran dan Mahmuddin, Analisa Pngaruh Pndinginan Sl Surya trhadap Daya Kluaran dan Efisinsi 33 yang dapat dicapai pada saat tidak adanya arus. c. Daya maksimum (Pmax) brada pada titik A (max, max) yang diprlihatkan pada Gambar 1. d. Faktor pngisian atau Fill Factor (FF) mrupakan harga yang mndkati konstanta suatu sl surya trtntu. Jika nilai FF lbih tinggi dari 0.7, maka sl surya trsbut lbih baik. 2.4 Faktor pngisi Faktor pngisi adalah ukuran kualitas dari sl surya dapat diktahui dngan mmbandingkan daya maksimum toritis dan daya output pada tgangan rangkaian trbuka dan hubungan pndk. Faktor pngisi yaitu paramtr yang mnyatakan sbrapa bsar sc oc dari daya maksimum m m yang dihasilkan sl surya.... (1) Dngan: FF = Faktor pngisi m = Tgangan maksimum (olt) m = Arus maksimum () oc= Tgangan rangkaian trbuka (olt) sc = Arus hubung singkat () 2.5 Daya maksimum Daya maksimum (Pm) diprolh dari prkalian antara arus dan tgangan, pada stiap titik A kurva - pada Gambar 1. Scara grafik daya maksimum pada sl surya brada pada puncak yang mmiliki luas trbsar. Titik puncak trsbut dapat disbut maximum powr point (MPP). Daya maksimum dari sl surya dapat dihitung dngan Prsamaan (2):...(2) Dngan : Pm = Daya maksimum kluaran (W) m= Tgangan maksimum (olt) m = Arus maksimum () 2.6 Daya masuk Daya masuk (Pin) diprolh dari prkalian antara intnsitas radiasi matahari yang ditrima dngan luas ara sl surya mnggunakan Prsamaan (3). Pin = r A... (3) Dngan: Pin =Daya input akibat radiasi matahari (W) r = ntnsitas radiasi matahari (W/m 2 ) A = Luas ara prmukaan sl surya (m 2 ) 2.7 Daya kluaran Daya kluaran () pada sl surya yaitu prkalian tgangan rangkaian trbuka (oc) dngan arus hubung singkat (sc) dan faktor pngisi (FF) yang dihasilkan olh sl surya dapat dihitung dngan Prsamaan (4). = oc sc FF...(4) Dngan: = Daya kluaran (W) oc = Tgangan rangkaian trbuka (olt) sc = Arus hubung singkat () FF = Faktor pngisi 2.8 Efisinsi sl surya Efisinsi sl surya (η) adalah prbandingan daya kluaran dngan daya intnsitas matahari dapat dihitung dngan Prsamaan (5)....(5) Dngan: = Efisinsi sl surya () Pin = Daya intnsitas matahari () Pmax = Daya maksimum kluaran (). METODOLOG PENELTAN 3.1 Tmpat pnlitian Pnlitian dilakukan di Laboratorium Pusat dan ist Jurusan Tknik Msin Fakultas Tknik Univrsitas Muslim ndonsia Makassar.
34 TEKNOLOG OLUME 19 NO. 1 OKTOBE 2018 3.2 nstalasi pnlitian Sprangkat alat dan bahan pnlitian yang digunakan trdiri dari : a. Alat 1. Sl surya (monocrystalin 50 WP) 2. Solar powr mtr 3. Multimtr 4. Flow mtr 5. Thrmocoupl 6. Pompa air 7. Stopwatch b. Bahan 1. Flksiglass dngan ukuran panjang 60 cm, lbar 54 cm dan tbal 5 mm 2. Pipa pvc ½ inc 3. Lm silikon 4. Pipa almunium 5. Almunium foil 6. Switch rotary 7. sistor kramik 3.3 Prosdur Pnlitian 1. Mmasang instrumn alat ukur pada instalasi pngujian sprti trmokopl untuk mngukur suhu, solar powr mtr mngukur intnsitas cahaya matahari dan multimtr untuk mngukur voltas dan arus listrik. 2. Mnmpatkan sl surya (rangkaian alat pnlitian) pada lokasi yang tlah ditntukan (arah matahari). 3. Mngalirkan air pndingin dngan pompa dngan dbit sbsar 150 ml/s, 100 ml/s, 67 ml/s dan 50 ml/s. 4. Mngukur intnsitas matahari, arus dan tgangan. 5. Stlah data pngukuran cukup dan bnar, maka pompa dan smua alat ukur di non aktifkan. Gambar 2. Skma instalasi pnlitian Gambar 3. angkaian alat ukur pnlitian (a) (b) Gambar 4. Sl surya yang akan di uji (a) Sl surya tanpa pndingin dan (b) Sl surya brpndingin.. HASL DAN PEMBAHASAN a. Hasil Prhitungan Hasil pngukuran arus dan tgangan, prhitungan daya srta fisinsi sl surya pada ntnsitas matahari 1190,7 W/m 2 dapat dilihat pada Tabl brikut:
ifaldo Pido, Syukri Himran dan Mahmuddin, Analisa Pngaruh Pndinginan Sl Surya trhadap Daya Kluaran dan Efisinsi 35 Tabl 1. Hasil prhitungan daya dan fisisni srta pngukuran arus () dan tgangan () dngan brpndingin dngan dbit air 150 ml/s pada tanggal 11 Sptmbr 2018. olt sc 0,00 2,54 0,00 0,00 7,5 16,9 2,16 36,51 8,11 15,7 19,8 1,21 23,96 5,32 30,7 20,6 0,65 13,39 2,98 52,7 21,0 0,39 8,19 1,82 oc 21,7 0,00 0,00 0,00 Tabl 2. Hasil prhitungan daya dan fisinsi srta pngukuran arus () dan tgangan () dngan brpndingin dngan dbit air 100 ml/s pada tanggal 28 Agustus 2018. olt sc 0,00 2,52 0,00 0,00 7,5 16,4 2,14 35,10 7,80 15,7 19,5 1,19 23,21 5,16 30,7 20,4 0,63 12,85 2,86 52,7 20,8 0,38 7,91 1,76 oc 21,4 0,00 0,00 0,00 Tabl 3. Hasil prhitungan daya dan fisisni srta pngukuran arus () dan tgangan () dngan brpndingin dngan dbit air 67 ml/s pada tanggal 09 Sptmbr 2018. olt sc 0,00 2,55 0,00 0,00 7,5 16,9 2,18 36,84 8,19 15,7 19,6 1,21 23,72 5,27 30,7 20,5 0,65 13,33 2,96 52,7 21,0 0,39 8,19 1,82 oc 21,6 0,00 0,00 0,00 Tabl 4. Hasil prhitungan daya dan fisinsi srta pngukuran arus () dan tgangan () dngan brpndingin dngan dbit air 50 ml/s pada tanggal 10 Sptmbr 2018. olt sc 0,00 2,42 0,00 0,00 7,5 16,6 2,12 35,19 7,82 15,7 19,3 1,2 23,16 5,15 30,7 20,4 0,65 13,26 2,95 52,7 20,8 0,39 8,11 1,80 oc 21,5 0,00 0,00 0,00 Tabl 5. Hasil prhitungan daya dan fisinsi srta pngukuran arus () dan tgangan () tanpa brpndingin pada intnsitas matahari 1190,7 W/m 2. olt sc 0,00 2,65 0,00 0,00 7,5 16,0 2,13 34,0 7,57 15,7 18,4 1,18 21,71 4,83 30,7 19,2 0,63 12,10 2,69 52,7 19,5 0,38 7,41 1,65 oc 19,9 0,00 0,00 0,00 b. Pmbahasan 1. Karaktristik arus dan tgangan (-) trhadap prubahan intnsitas matahari tanpa brpndingin. Karaktristik arus dan tgangan dngan prubahan intnsitas matahari sbsar 441 W/m 2 sampai 1190,7 W/m 2 diprlihatkan pada Gambar 1. Bila intnsitas matahari yang smakin tinggi dapat mnghasilkan laju nrgi panas yang ditrima sl surya prsatuan waktu trhadap luas pnampangnya juga tinggi, shingga arus dan tgangan pada sl surya trsbut akan mningkat.
36 TEKNOLOG OLUME 19 NO. 1 OKTOBE 2018 tinggi saat short circuit currnt dan opn circuit voltag mlmah. Gambar 1. Kurva karaktristik Arus () tgangan () dngan prubahan intnsitas matahari (E) tanpa brpndingin. Untuk mndapatkan karaktristik sl surya, maka diprlukan bbrapa rsistor dngan nilai tahanan yang brbda-bda pada rangkaian yang brfungsi sbagai bban untuk mmprolh titik-titik pada koordinat - yang diprlihatkan pada Gambar 1. Slain itu, pningkatan nilai tahanan akan mngakibatkan pnurunan arus dan knaikan tgangan trjadi scara brtahap sampai mncapai nilai titik maksimum. Pada intnsitas matahari 1190,7 W/m 2 dngan short circuit currnt diprolh arus trtinggi sbsar 2,65 pada oc =0, sdangkan pada opn circuit voltag diprolh tgangan trtinggi sbsar 19,9 olt pada sc=0. Sdangkan arus trndah 0,54 dan tgangan 19,9 olt pada intrsitas matahari 441 W/m 2. 2. Karaktristik arus dan tgangan (-) trhadap prubahan intnsitas matahari dngan brpndingin pada dbit aliran 150 ml/s. Pada Gambar 2, diprlihatkan kurva arus dan tgangan pada intnsitas matahari brubah-ubah mulai 441 W/m 2 sampai 1190,7 W/m 2. Pada intnsitas matahari smakin bsar, maka arus (sc) dan tgangan (oc) yang dihasilkan smakin Gambar 2. Kurva karaktristik arus () tgangan () dngan variasi intnsitas matahari (E) dngan brpndingin 150 ml/s. 3. Karaktristik arus, tgangan dan Daya pada intnsitas matahari 441 W/m 2 brpndingin dan tanpa brpndingin. Kurva arus dan tgangan yang diprlihatkan pada Gambar 3, mnunjukkan bahwa kurva arus dan tgangan pada sl surya brpndingin brada di atas kurva arus dan tgangan pada sl surya tanpa brpndingin. Hal trsbut dimungkinkan dapat trjadi karna pada sl surya brpndingin dapat mnurunkan tmpratur prmukaan sl surya yang mngakibatkan arus dan tgangan mningkat. Pada kondisi trsbut, nrgi trmal yang ditrimanya sbagian bsar dikonvrsi mnjadi daya kluaran. Sdangkan sl surya dngan tanpa brpndingin, nrgi trmal yang ditrimanya dapat mnaikkan tmpratur prmukaan sl surya, mngakibatkan arus dan tgangan turun dan daya kluaran mnjadi rndah. Tgangan pada opn circuit voltag, oc dan arus pada shot circuit currnt, sc untuk sl
ifaldo Pido, Syukri Himran dan Mahmuddin, Analisa Pngaruh Pndinginan Sl Surya trhadap Daya Kluaran dan Efisinsi 37 surya brpndingin lbih tinggi, bila dibandingkan dngan sl surya tanpa brpndingin pada intnsitas matahari yang sama. Gambar 3. Kurva karaktristik arus () tgangan () dan daya dngan sl surya brpndingin dan tidak brpndingin pada intnsitas matahari (E) 441 W/m 2. Kurva pada Gambar 3, mnggambarkan pula bahwa daya maksimum yang dihasilkan sl surya brpndingin pada intnsitas matahari 441 W/m 2 sbsar 7,3 W dan fisinsi 1,62, sdangkan sl surya tanpa brpndingin 6,8 W dan fisinsi 1,54. Tgangan pada opn circuit voltag, oc = 20,8 olt dan arus pada shot circuit currnt, sc = 0,6, sdangkan sl surya tanpa brpndingin, oc = 19,9 olt dan sc = 0,5. Hasil pnlitian ini sjalan dngan hasil pnlitian yang tlah dilakukan olh Hasbi (2014) mnunjukan bahwa dngan pnggunaan air pndingin di bawah panl dapat mningkatkan fisinsi sl surya hingga 9,551. Daya maksimum yang diprolh sbsar 17,368 W, dngan intnsitas matahari sbsar (E) 1010 W/m 2. Sdangkan Malik (2015) mnyatakan bahwa pningkatan fisinsi ( ) dari sl surya 10,01 atau mningkat sbsar 2,31 pada saat dbit 200 ml/mnit. Sdangkan fisinsi pada sl fotovoltaik tanpa mnggunakan mdia pndingin air sbsar 7,70. Hal yang sama diungkapkan olh Moharram KA, dkk, (2013).. KESMPULAN DAN SAAN a. Ksimpulan Brdasarkan hasil prhitungan dan pmbahasan dapat disimpulkan bahwa: 1. Untuk sl surya brpndingin dapat mnghasilkan daya dan fisinsi lbih bsar bila dibandingkan dngan sl surya tanpa brpndingin. 2. Smakin bsar dbit air pndingin yang mngalir pada bagian bawah sl surya, maka daya dan fisinsi yang dihasilkan lbih bsar. b. Saran 1. Pngukuran intnsitas cahaya matahari, tmpratur, arus dan tgangan sbaiknya mnggunakan akuisisi data atau data loggr untuk mndapatkan karaktristik sl surya trhadap prubahan waktu. 2. Sbaiknya mlakukan prhitungan dan analisis kstimbangan kalor pada sl surya. DAFTA PUSTAKA Abd Elhady, M. S., Fouad, M, & Khalil, T., 2016, mproving th fficincy of photovoltaic (P) panls by oil coating. Enrgy Convrsion and Managmnt, Journal Elsvir. Himran S., 2005, "Enrgi Surya" Univrsitas Hasanuddin, Makassar, Book. Moharram KA, M.S. Abd-Elhady, H.A. Kandil, H. El-Shrif, 2013, Enhancing th prformanc of photovoltaic panls by watr cooling Ain shams nginring journal (ASEZ). Sukhatm, J K Nayak, 2008, Solar Enrgy principls of thrmal
38 TEKNOLOG OLUME 19 NO. 1 OKTOBE 2018 collction and story, Book, Nw Dlhi. Halik A., 2015, Uji prstasi sl fotovoltaik brpndingin air untuk sistm hibrid kolktor surya pmanas air. Hasbi., 2014, Analisis Pningkatan Efisinsi Sl Fotovoltaik Dngan Pnggunaan Aliran Air Pndingin Pada Bagian Bawah Panl.