## Analisis keseragaman kolektor surya pelat datar glazed dan unglazed
Rustam Efendi 1 , Leopold Oscar Nelwan 2 , Dyah Wulandani 2
1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sulawesi Tenggara Jl. Kapten Pierre Tendean, No. 109 A, Baruga, Kendari, Sulawesi Tenggara 93121
2 Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor Jalan Lingkar Akademik, Kampus IPB Dramaga, Babakan, Dramaga, Kabupaten Bogor, Jawa Barat 16002
Email korespondensi: rustamefendi032@gmail.com

## Abstrak
Kolektor surya, sebagai alat konversi energi surya menjadi energi panas, menjadi fokus kajian ini. Dua jenis kolektor surya yang digunakan, yaitu pelat datar glazed (KSPDG) dan pelat datar unglazed (KSPDU), diuji untuk mengevaluasi keseragaman kinerja. Kajian ini dilakukan dengan menggunakan setup pengujian yang mencakup tangki,  pompa  air,  termokopel,  flowmeter,  anemometer,  dan  pyranometer.  Pengujian  keseragaman  dilakukan dengan menganalisis suhu inlet, suhu outlet, suhu lingkungan, dan iradiasi surya selama 8 jam pengujian. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kedua jenis kolektor surya menunjukkan kecenderungan yang sama dalam kinerja, dengan kenaikan suhu air yang selaras dengan peningkatan iradiasi surya. Analisis statistik menunjukkan tingkat keseragaman yang serupa antara KSPDU I dan KSPDU II, serta antara KSPDG I, KSPDG II, dan KSPDG III.
Kata kunci : analisis statistik, iradiasi surya, pompa air, tangki.

## Abstract
Solar collectors, as a means of converting solar energy into thermal energy, are the focus of this study. Two types of solar collectors used, namely glazed flat plates (KSPDG) and unglazed flat plates (KSPDU), are tested to evaluate uniformity of performance. The study was conducted using a testing setup that included a tank, water pump, thermocouple, flowmeter, anemometer, and pyranometer. Uniformity testing is performed by analyzing inlet temperature, outlet temperature, ambient temperature, and solar irradiation during 8 hours of testing. Test results show that both types of solar collectors show similar trends in performance, with increases in water temperature aligned with increased solar irradiation. Statistical analysis shows a similar level of uniformity between KSPDU I and KSPDU II, as well as between KSPDG I, KSPDG II, and KSPDG III.
Keywords: statistical analysis, solar irradiation, water pumps, tanks.

## 1. Pendahuluan
Kolektor  surya  merupakan  suatu  alat  yang  dapat mengonversi  energi  surya menjadi energi panas  [1]. Adapun  bagian-bagian  kolektor  surya  adalah  pelat absorber ,  penutup  transparan,  pipa  fluida,  kotak kolektor,  dan  insulasi.  Prinsip  kerja  kolektor  surya adalah iradiasi surya melewati penutup transparan dan menimpa  pelat absorber .  Pelat absorber menyerap energi panas dan ditransfer menuju pipa yang berisi fluida  kerja  (air),  selanjutnya  diteruskan  menuju tangki  penyimpanan  termal  atau  digunakan  untuk berbagai  keperluan.  Oleh  karena  itu,  kolektor  surya merupakan  alat  yang  dapat  dimanfaatkan  untuk kegiatan  proses  penanganan  pascapanen,  dalam  hal ini  pengeringan gabah. Kolektor surya saat ini yang umumnya  digunakan  untuk  pemanas  air  adalah Kolektor Surya tipe Pelat Datar Glazed (KSPDG) dan yang  jarang  digunakan  adalah  Kolektor  Surya  Pelat Datar Unglazed (KSPDU) [2]. Penggunaan KSPDG yang  terintegrasi  dengan heat  exchanger (radiator) untuk  memanaskan  air  dapat  dimanfaatkan  untuk kebutuhan  proses  pengeringan  gabah,  dalam  proses charging (pemanenan energi panas) dan discharging (penggunaan  energi  panas)  KSPDG  dengan  iradiasi rata-rata sebesar 591 W/m 2 , suhu lingkungan rata-rata
sebesar  35,6°C  mampu  menghasilkan  udara  panas maksimum  sebesar  44,2°C  [3].  Sementara  itu, KSPDU sangat  mudah  kehilangan  panas,  karena panas yang terserap oleh absorber tidak terperangkap, sehingga  panas  yang  berada  di  atas  permukaan absorber tertiup oleh udara lingkungan [4]. Meskipun demikian,  hal  tersebut  dapat  diminimalkan  dengan mempertimbangkan  kecepatan  angin  pada  suatu lingkungan dan sudut kemiringan dari kolektor surya [5].  Hal  serupa  juga  dinyatakan  bahwa  KSPDU memungkinkan  digunakan  untuk  pemanasan  ruang bangunan  di  Irak  selama  musim  dingin,  karena maksimun suhu outlet yang dihasilkan sebesar 34°C dan  18°C  pada  suhu  lingkungan  sebesar  17°C  dan 12°C di cuaca cerah dan cuaca mendung [6].
Para  peneliti  mendapatkan  KSPDG  dan  KSPDU untuk  pemanas  air,  dari  segi  efisiensi  panas  yang dihasilkan  KSPDG lebih  baik  dibandingkan  dengan KSPDU [7,8].  KSPDG  untuk  pemanasan  air  murni dan SiO 2 /air dengan kondisi pengujian quasi-steady- state telah  diteliti  sebelumnya,  kemiringan  kolektor sebesar  45°  [9].  Pengujian  berlangsung  dari  pukul 08:00-17:00  WIB  di  musim  semi.  Efisiensi maksimum  dengan  menggunakan  SiO 2 /air  sebanyak
59%  dan  air  sebesar  57%  (laju  aliran  sebesar  1,4 liter/menit).
KSPDG  memiliki  keunggulan  yakni  kemampuan memerangkap energi panas dan mereduksi kehilangan panas konveksi dari angin, akan tetapi memiliki sifat refleksi [10,11]. Sedangkan KSPDU menyerap panas dari radiasi mahatari secara langsung, namun sangat mudah  kehilangan  panas  karena  di  atas  permukaan absorber terjadi konveksi bebas [2]. Beberapa kajian kolektor  surya  pelat  datar  juga  telah  dilakukan  oleh peneliti sebelumnya [12-15]. Tujuan kajian ini adalah menguji  keseragaman  kolektor  surya  pelat  datar glazed dan unglazed.

## 2. Metode
Gambar  1  berikut  menunjukkan  pengaturan  untuk pengujian keseragaman KSPDU.
KSPDU KSPDU Stop valve Pump Tank (8) (8) anemometer pyranometer (1) (2) (3) (4) (5) (6) (6) (7) (7)
(9) (9) (10) (10) (11) (12)
Gambar 1. Setup pengujian keseragaman KSPDU.
Setup pengujian terdiri atas (Gambar 1 dan 2), tangki berkapasitas 20 liter (1), stop valve berfungsi sebagai pengatur debit air (2), pompa air (3), by pass berfungsi sebagai  saluran  pembalik  sisa  air  yang  tidak diteruskan ke kolektor (4), gate valve pengatur debit menuju by  pass (5), gate  valve mengatur  debit  air menuju flowmeter (6), termokopel mengukur suhu air inlet kolektor (7), flow meter mengukur laju aliran air air  (8),  unit  KSPDU  dan  KSPDG  (9),  termokopel mengukur  suhu outlet kolektor  (10),  anemometer mengukur kecepatan angin di atas kolektor (11), dan pyranometer mengukur iradiasi surya (12)
KSPDG KSPDG Stop valve Pump Tank (6) (6) KSPDG (6) By pass Valve by pass (8) (8) (8)
anemometer pyranometer
(1) (2) (3) (4) (5) (7) (7) (7) (9) (9) (9) (10) (10) (10) (12) (11)
Gambar 2. Setup pengujian keseragaman KSPDG.
Pengujian  keseragaman  KSPDU  dilakukan  dengan melakukan pengaturan awal instalasi  paralel dengan dua  buah  KSPDU  terintegrasi  dengan  satu  buah pompa  dan  satu  buah  tangki  berkapasitas  20  liter. Pompa dinyalakan untuk memompa air menuju inlet kolektor, debit air diatur menggunakan gate valve dan by  pass .  Pengujian  ini  berlangsung  selama  8  jam yakni, dari pukul 08:00-16:00 WIB. Sistem sirkulasi yang digunakan pada pengujian ini adalah resirkulasi. Setup pengujian  KSPDU  dan  KSPDG  dapat  dilihat pada  Gambar  1  dan  2.  Sedangkan  pengujian keseragaman  KSPDG,  pada  dasarnya  sama  dengan pengujian kolektor KSPDU. Adapun yang membedakan ialah jumlah kolektor yang diuji yakni tiga  buah  kolektor  KSPDG  serta  penambahan  satu buah flow meter dan satu buah gate valve.
KSPDG dan KSPDU diuji pada kondisi cuaca cerah dan  sudut  kemiringan  6 o .  Parameter  yang  diukur meliputi  suhu inlet ,  suhu outlet, suhu  lingkungan, iradiasi surya, diukur  setiap detik dan laju aliran air diatur sejak pengujian dimulai.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Pengujian  ini  bertujuan  untuk  melihat  keseragaman KSPDG  maupun  KSPDU.  Pengujian  keseragaman dilakukan tiga kali pengulangan. Gambar 3-Gambar 5 memperlihatkan  pola  perubahan  suhu outlet ( Tfo ) , lingkungan, pelat absorber, dan iradiasi pada KSPDU dengan  tiga  kali  pengulangan.  Dari  hasil  pengujian menunjukkan bahwa keseragaman KSPDU memiliki kecenderungan yang sama (Tabel 1). Kenaikan suhu air akan selalu beriringan dengan iradiasi surya yang didapatkan,  begitu  pula  sebaliknya  suhu  air  akan mulai  menurun  bila  iradiasi  mengalami  penurunan. Pengujian  keseragaman  kolektor  KSPDU  I  dan KSPDU  II  memperlihatkan  bahwa  kinerja  kedua kolektor  dengan  laju  aliran  yang  sama  tidak  jauh berbeda.  Hal  ini  dapat  dinyatakan  bahwa  kedua kolektor tersebut memiliki keseragaman yang sama.
Analisis  keseragaman  juga  dilakukan  dengan menggunakan  uji  statistik  menggunakan software SPSS versi 25 dengan nilai inpu t suhu outlet masing- masing kolektor per 30 menit. Tabel 2 menunjukkan bahwa Pengujian I dan II memiliki p value ( significant ) Test  of  Normality >  0,05.  Dalam  hal  ini  dinyatakan sebaran normal dan dilanjutkan dengan Independent- Samples T Test . Sedangkan Pengujian III hasil p value < 0,05 (tidak normal), sehingga diuji lebih lanjut dengan menggunakan analisis Kruskal-Wallis . Dari hasil uji tersebut  menunjukkan  bahwa p value > 0,05  (selang kepercayaan  95%)  atau  dengan  kata  lain  KSPDU  I dan  KSPDU  II  memiliki  tingkat  keseragaman  yang sama (Tabel 3).
Gambar 6-Gambar 8 memperlihatkan pola perubahan suhu outlet, lingkungan, pelat absorber, dan iradiasi pada KSPDG dengan tiga kali pengulangan. Dari hasil pengujian tersebut menunjukkan bahwa keseragaman KSPDG  memiliki  kecenderungan  yang  sama.
Peningkatan  suhu  air  akan  selalu  beriringan  dengan peningkatan  iradiasi,  semakin  tinggi  iradiasi,  maka suhu  air  akan  mengalami  peningkatan.  Begitu  pula sebaliknya,  suhu  air  akan  menurun  bila  iradiasi menurun.
Pengujian  keseragaman  KSPDG  memperlihatkan bahwa  kinerja  dengan  laju  aliran  yang  sama  tidak berbeda  secara  signifikan  (Tabel  4).  Hal  ini  dapat dinyatakan  bahwa  KSPDG  tersebut  memiliki keseragaman yang sama.
Berdasarkan Tabel 5, Test of Normality atau sebaran normal, pada Pengujian I tidak normal karena p value < 0,05  (selang  kepercayaan  95%),  sehingga  uji  lanjut menggunakan Kruskal-Wallis Test . Pengujian II dan III menggunakan uji ANOVA karena hasil p value ( sig ) Test of Normality > 0,05 (selang kepercayaan 95%). Hasil  ketiga  pengujian  tersebut  memperlihatkan bahwa uji ANOVA dan Kruskal-Wallis Test memiliki p value >  0,05  (selang  kepercayaan  95%)  atau  tidak berbeda nyata (Tabel 6).
Tabel 1. Hasil pengujian keseragaman kolektor KSPDU.
Pengujian Suhu awal ( °C ) Iradiasi rata-rata ( W/m² ) Tfo KSPDU rata-rata ( °C ) I II I 30,47 537,7 57,88 57,7 II 26,52 511,02 54,94 54,8 III 27,28 534,8 56,72 56,6
Tabel 2. Hasil test of normality . Pengujian Kolektor surya p value ( significant ) I KSPDU I 0,207 KSPDU II 0,204 II KSPDU I 0,082 KSPDU II 0,084 III KSPDU I 0,008 KSPDU II 0,008
p value > 0,05, maka data tersebar normal begitu pun dengan kebalikannya.
Tabel 3. Hasil independent samples t test dan kruskal-wallis .
Pengujian Kolektor Surya p value ( sig ) Uji I KSPDU I 0,987 Indepent-Samples T KSPDU II II KSPDU I 0,990 Indepent-Samples T KSPDU II III KSPDU I 0,979 Kruskal-Wallis KSPDU II
p value > 0,05, maka dikatakan tidak beda nyata demikian juga dengan kebalikannya.
Tabel 4. Hasil pengujian keserangaman kolektor KSPDG.
Pengujian Suhu awal ( °C ) Tfo KSPDG rata-rata ( °C ) Iradiasi rata-rata ( W/m² ) I II III I 27,86 70,50 70,33 69,81 545,94 II 27,84 64,40 64,39 64,17 457,46 III 30,68 61,64 61,74 61,28 421,44
Tabel 5. Hasil test of normality.
Pengujian Kolektor surya p value ( sig ) I KSPDG I 0,028 KSPDG II 0,027 KSPDG III 0,026 II KSPDG I 0,138 KSPDG II 0,15 KSPDG III 0,149 III KSPDG I 0,339 KSPDG II 0,342 KSPDG III 0,342
p value > 0,05, maka dikatakan tidak beda nyata begitu pun dengan kebalikannya.
Gambar 3. Pengujian I, pola perubahan suhu outlet , lingkungan, iradiasi, dan pelat absorber KSPDU.
Gambar 4. Pengujian II, pola perubahan suhu outlet , lingkungan, iradiasi, dan pelat absorber KSPDU.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 10 20 30 40 50 60 70 80 8: 00 9: 00 10 :0 0 11 :0 0 12 :0 0 13 :0 0 14 :0 0 15 :0 0 16 :0 0 Ir ad ia si ( W /m ²) S uh u (° C ) Waktu (Jam) Outlet KSPDU II Outlet KSPDU I Lingkungan Pelat absorber Iradiasi 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 10 20 30 40 50 60 70 80 8:0 0 9:0 0 10 :0 0 11 :0 0 12 :0 0 13 :0 0 14 :0 0 15 :0 0 16 :0 0 Ir ad ia si ( W /m ²)
Su hu ( °C ) Waktu (Jam) Outlet KSPDU II Outlet KSPDU I Lingkungan Pelat absorber
Iradiasi
Gambar 5. Pengujian III, pola perubahan suhu outlet , lingkungan, iradiasi, dan pelat absorber KSPDU.
Tabel 6. Hasil ANOVA dan kruskal-wallis test .
Pengujian Kolektor Surya p value ( sig ) Uji I KSPDG I 0,805 Kruskal-Wallis KSPDG II KSPDG III II KSPDG I 0,999 ANOVA KSPDG II KSPDG III III KSPDG I 0,994 ANOVA KSPDG II KSPDG III
p value > 0,05, maka dikatakan tidak beda nyata begitu pun dengan kebalikannya.
Gambar 6. Pengujian I, pola perubahan suhu outlet, lingkungan, iradiasi, dan pelat absorber KSPDG.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 10 20 30 40 50 60 70 80 8:0 0 9:0 0 10 :0 0 11 :0 0 12 :0 0 13 :0 0 14 :0 0 15 :0 0 16 :0 0 Ir ad ia si ( W /m ²) Su hu ( °C ) Waktu (Jam) Outlet KSPDU II Outlet KSPDU I Lingkungan Pelat absorber Iradiasi
0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 8: 00 9: 00 10 :0 0 11 :0 0 12 :0 0 13 :0 0 14 :0 0 15 :0 0 16 :0 0 Ir ad ia si ( W m ²) Su hu ( °C ) Waktu (WIB) Outlet KSPDG III Outlet KSPDG II Outlet KSPDG I Lingkungan Pelat absorber
Iradiasi
Gambar 7 . Pengujian II, pola perubahan suhu outlet, lingkungan, iradiasi, dan pelat absorber KSPDG.
Gambar 8. Pengujian III, pola perubahan suhu outlet, lingkungan, iradiasi, dan pelat absorber KSPDG.

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  pengujian  keseragaman  kolektor surya  pelat  datar glazed (KSPDG)  dan  pelat  datar unglazed (KSPDU),  dapat  diambil  simpulan  bahwa pengujian  keseragaman  KSPDU  dilakukan  dengan melakukan pengaturan awal  instalasi paralel dengan dua  buah  KSPDU,  terintegrasi  dengan  satu  buah pompa dan satu buah tangki berkapasitas 20 liter.
Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  keseragaman KSPDU memiliki kecenderungan yang sama dari tiga kali pengulangan. Kenaikan suhu air selalu beriringan dengan iradiasi surya yang didapatkan, demikian juga sebaliknya.  Analisis  keseragaman  menggunakan  uji statistik menunjukkan bahwa KSPDU I dan KSPDU II memiliki tingkat keseragaman yang sama.
Pengujian  keseragaman  KSPDG  dilakukan  dengan tiga  buah  kolektor  KSPDG  serta  penambahan  satu buah flow meter dan satu buah gate valve .
Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  keseragaman KSPDG memiliki kecenderungan yang sama dari tiga kali  pengulangan.  Peningkatan  suhu  air  selalu beriringan  dengan  peningkatan  iradiasi  surya, demikian juga sebaliknya.
Analisis  keseragaman  menggunakan  uji  statistik menunjukkan  bahwa  KSPDG  I,  KSPDG  II,  dan KSPDG III memiliki tingkat keseragaman yang sama. Simpulan  dari  kajian  ini  adalah  telah  didapatkan keseragaman kinerja kolektor surya pelat datar glazed dan unglazed yang  dibuktikan  dengan  analisis statistik,  dinyatakan  tidak  terjadi  perbedaan  nyata dalam  hal  ini  pengujian  secara  bersamaan  untuk kolektor  surya  pelat  datar glazed maupun  kolektor surya pelat datar unglazed .

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan  terima  kasih  kami  sampaikan  kepada Direktorat  Riset  dan  Pengabdian  Masyarakat Direktorat Jenderal Penguatan Riset dan Pengembangan  Kementerian  Riset,  Teknologi  dan
0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 8: 00 9: 00 10 :0 0 11 :0 0 12 :0 0 13 :0 0 14 :0 0 15 :0 0 16 :0 0 Ir ad ia si ( W /m ²) S uh u (° C ) Waktu (WIB) Outlet KSPDG III Outlet KSPDG II Outlet KSPDG I Lingkungan Pelat absorber Iradiasi 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 8:0 0 9:0 0 10 :0 0 11 :0 0
12 :0 0 13 :0 0 14 :0 0 15 :0 0 16 :0 0 Ir ad ia si ( W /m ²) S uh u (C ) Waktu (Jam) Outlet KSPDG III Outlet KSPDG II Outlet KSPDG I Lingkungan Pelat absorber
Iradiasi
Pendidikan  Tinggi  yang  telah memberikan pembiayaan  dengan  Surat  Perjanjian  Penugasan Pelaksanaan  Program  Penelitian  Nomor:  011/ SP2H/LT/DRPM/IV/2017 tanggal 20 April 2017, dan Addendum Kontrak Nomor: 011/SP2H/LT/ DRPM/VIII/2017 tanggal 21 Agustus 2017.

## Daftar Pustaka
[1] Duffie JA, Beckman WA. Solar Engineering Of Thermal  Processes.  4  ed.  New  York  J  Wiley; 1980. Medium: X; Size: Pages: 772 p.
[2] Kalogirou  SA.  Solar  Energy  Engineering: Processes  and  Systems.  2  ed:  Academic  Press; 2009.
[3] Khalil  FI,  Nelwan  LO,  Subrata  IDM.  Desain Sistem Kendali untuk Pengering Gabah dengan Kolektor  Surya  dan  Penyimpan  Panas.  JTEP. 2016;4(1).
[4] Kutscher  CF,  Christensen  CB,  Barker  GM. Unglazed  transpired  solar  collectors:  Heat  loss theory. J Sol Energ. 1993;115(3):182-8.
[5] Kumar  S,  Mullick  SC.  Wind  heat  transfer coefficient  in  solar  collectors  in  outdoor conditions. Sol Energy. 2010;84(6):956-63.
[6] Al-damook  A,  Khalil  WH.  Experimental evaluation of an unglazed solar air collector for building  space  heating  in  Iraq.  Renew  Energ. 2017;112:498-509.
[7] Iceri  DM,  Oliveira  SDR,  Scalon  VL,  editors. Comparative  analysis  for  glazed  and  unglazed collector  for  used  in  solar  domestic  hot watersystems.  22nd  International  Congress  of Mechanical Engineering (COBEM 2013); 2013 November 3-7; Brazile: ABCM; 2013.
[8] Garg R, Kumar A, Kapoor N. An experimental thermal performance analysis & comparison of a direct expansion solar assisted heat pump water heater with unglazed and single glazed collector. I J R M E T. 2014;4(2):7-10.
[9] Noghrehabadi  A,  Hajidavalloo  E,  Moravej  M. Experimental  investigation  of  efficiency  of square flat-plate solar collector using SiO2/water nanofluid. Case Studies in Thermal Engineering. 2016;8:378-86.
[10] Reda  F.  Solar  Thermal  Collectors.    Solar Assisted  Ground  Source  Heat  Pump  Solutions: Effective  Energy  Flows  Climate  Management. Cham: Springer International Publishing; 2017. p. 9-15.
[11] Quaschning V. Understanding renewable energy systems Earthscan2005.
[12] Efendi R. Performansi kolektor surya pelat datar unglazed pemanas  air.  Jurnal  Teknik  Mesin Indonesia. 2022;17(1):1-4.
[13] Efendi  R,  Nelwan  LO,  Wulandani  D.  Analisis Teknis Kolektor Surya Tipe Pelat Datar Glazed dan Unglazed pada Berbagai Laju Aliran Debit dan  Suhu  Inlet.  Jurnal  Keteknikan  Pertanian. 2019;7(1):113-20.
[14] Nelwan  L, Wulandani  D, Subrata I, Effendi R, editors. Steady state simulation on combination of glazed and unglazed flat plate solar collectors for air heating. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science; 2020: IOP Publishing.
[15] Hayat  A,  Putra  AEE,  Amaliyah  N,  Umar  MN. Produksi  bioetanol  melalui  sistem  distilasi  nira dari  pohon  nipah  dengan  pemanfaatan  energi panas  kolektor  surya.  Jurnal  Teknik  Mesin Indonesia. 2017;12(1):20-4.