Muhammad Naufal Wahyu Athallah
STE-ITB
Mukti Hasanain
STEI-ITB
Burhanuddin Halimi, S.T., M.T., Ph. D
STEI-ITB
Abstrak
Dengan meningkatnya tren energi terbarukan di Indonesia, penggunaan panel/modul surya pada PLTS atap semakin meluas. Meski modul surya memanfaatkan sinar matahari, terdapat masalah ketika suhu panel meningkat yang menyebabkan penurunan efisiensi. Salah satu solusi yang telah banyak diterapkan adalah metode pendinginan pasif menggunakan heat sink di bagian belakang panel untuk memperluas area kontak dengan udara untuk menurunkan suhu panel. Penelitian ini diawali dengan membandingkan tiga orientasi heat sink – lurus, melingkar, dan zig-zag – dengan menggunakan software Ansys. Hasil simulasi menunjukkan orientasi lurus menjadi yang terbaik berdasarkan kriteria bobot total dan biaya awal. Heat sink ini kemudian dikombinasikan dengan metode pendinginan pasif lainnya, yaitu PCM (Phase Change Material). Hasil simulasi metode gabungan menunjukkan penurunan suhu yang lebih signifikan dengan suhu rata-rata sel PV sebesar 47,94°C, menjadikannya alternatif solusi untuk meningkatkan kinerja pendingan pasif panel surya.
Kata kunci: solar PV, pendinginan pasif, heat sink, phase change material
Latar Belakang
Efisiensi modul surya pada umumnya berada pada rentang nilai 15-20%. Ketika sel photovoltaic mengalami kenaikan temperatur, maka terjadi penurunan tegangan open-circuit yang berimbas pada penurunan daya keluaran sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 1.
Efisiensi modul surya pada umumnya berada pada rentang nilai 15-20%. Ketika sel photovoltaic mengalami kenaikan temperatur, maka terjadi penurunan tegangan open-circuit yang berimbas pada penurunan daya keluaran sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 1.
Penggunaan pendinginan pasif dinilai memiliki keuntungan karena tidak memerlukan energi tambahan untuk memperoleh efek pendinginan dan cukup sederhana untuk mendapatkan kompensasi daya keluaran panel yang berkurang pada kasus lahan yang terbatas.
Pada penelitian ini, dipilih metode pendinginan dengan heat sink yang bekerja dengan memperluas permukaan yang terkespos oleh angin dan PCM dengan menggunakan material yang mampu menyimpan dan melepas energi dalam bentuk panas pada temperatur tertentu.
Metodologi
Bagian awal penelitian ini adalah membandingkan orientasi heat sink lurus, melingkar, dan zig-zag dengan panel PV berkapasitas 100 Wp sebagai referensi.
Dilakukan penentuan orientasi heat sink terbaik berdasarkan efek pendinginan, bobot tambahan, dan biaya investasi.
Setelah mendapatkan yang terbaik, bagian kedua dari penelitian ini adalah membandingkannya dengan metode yang digabungkan dengan PCM. Panel yang digunakan berkapasitas 50 Wp dengan dimensi heat sink merujuk pada yang terdapat di pasaran. PCM ditempatkan pada wadah yang ditempel di bagian belakang panel.
Penilaian dilakukan berdasarkan kriteria yang sama untuk menentukan kemampuan metode gabungan sebagai solusi pendinginan pasif pada solar PV.
Simulasi yang dilakukan berada pada kondisi steady-state. Iradiasi diberikan ke bagian depan panel dengan asumsi tidak ada kemiringan dengan nilai bervariasi dari 1000 W/m² hingga 600 W/m². Representasi angin dilakukan dengan koefisien konveksi sebesar 10 W/m²°C yang ekivalen dengan kecepatan angin sebesar 5 m/s. Nilai-nilai referensi daya, efisiensi, dan koefisiensi temperatur terhadap daya untuk masing-masing panel pada STC (Standard Test Condition) seperti pada tabel di bawah.
Perhitungan daya keluaran dan efisiensi dapat dilakukan dengan persamaan berikut.
Hasil dan Diskusi
Sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 5 dan 6, desain A memiliki efektivitas terendah. Namun, desain A memiliki bobot teringan dan biaya investasi paling rendah karena tingkat market availability yang lebih baik. Dengan efektivitas yang lebih tinggi dan tidak terdapat perbedaan signifikan dari kriteria bobot dan biaya investasi, maka metode gabungan menjadi solusi pendinginan terbaik.
Kesimpulan
Berdasarkan pertimbangan beberapa kriteria, heat sink orientasi lurus menjadi orientasi terbaik. Hasil simulasi metode gabungan menunjukan efektivitas yang lebih baik dengan perbedaan yang tidak signifikan dari segi bobot dan biaya investasi sehingga dapat menjadi solusi terbaik pendinginan pasif modul surya.
Publikasi
M. N. W. Athallah and B. Halimi, “ Computational Analysis of Combined Heat Sink and Phase Change Material as a Passive Cooling Method for Solar Photovoltaic ,” The 6th International Conference on Power Engineering and Renewable Energy (ICPERE), Indonesia, November 2024
Indonesian 
English