## PENINGKATAN PERFORMA PANEL SURYA DENGAN SISTEM PENDINGIN UNTUK MEREDUKSI PANAS PERMUKAAN

## Eqwar Saputra
Fakultas Teknik dan Sains, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Purwokerto Email: eqwarsaputra@ump.ac.id

## Dwi Purwanto
Fakultas Teknik dan Sains, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Purwokerto Email: dwipurwanto@ump.ac.id
Sulthan Rofi’ur Rahim Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Purwokerto Email: sulthon@gmail.com
Alwi Isya Bakhtiar Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Purwokerto Email: Alwiisya@gmail.com

## ABSTRAK
Tujuan  penelitian  ini  adalah mengevaluasi  kinerja panel  surya  dengan  metode  pendinginan. Penelitian  diawali  dengan rancang bangun  peralatan  sistem  panel  surya  dengan  sistem  pendingin dan  tidak  menggunakan  sistem  pendingin.  Metode  pendinginan  menggunakan  air  yang  dialirkan pada permukaan panel surya. Beberapa alat dan bahan yang digunakan diantaranya panel surya 2 buah kapasitas 115 WP, data logger, dan perangkat panel. Beberapa sensor yang digunakan untuk merekam  data  adalah  sensor  arus  dan  tegangan  PZEM17,  dan  sensor  temperatur  DS18B20  yang digunakan sebanyak dua buah. Data logger shield untuk mencatat hasil perekaman sensor kedalam SD card dan ditampilkan pada LCD 16x2. Data yang diambil berupa temperatur, tegangan dan daya keluaran panel surya. Pengambilan data seperti pengukuran temperatur tegangan dan daya keluaran panel  surya  dilakukan  pada  rentang  jam  09.00  –  15.00  wib  selama  3  hari.  Hasil  penelitian menunjukkan bahwa sistem pendingin pada panel surya mampu menjaga kinerja panel surya. Hal ini terlihat bahwa panel surya dengan pendingin mengalami peningkatan tegangan dan daya rata- rata masing-masing sebesar 5.5 % dan 6% dibandingkan dengan tanpa pendingin. Penerapan sistem pendinginan  otomatis  mampu  menguntungkan  secara  ekonomi  karena  daya  keluaran  yang dihasilkan lebih unggul dibandingkan dengan instalasi normal.
Kata kunci: Daya, kinerja, panel surya, pendinginan, tegangan, temperatur

## ABSTRACT
The goal of the study was to evaluate the performance of solar panels by cooling methods. The research began with the design of solar panel system equipment with a cooling system and did not use a cooling system. The cooling method uses water that is flowed on the surface of the solar panels. Some of the tools and materials used include 2 solar panels with a capacity of 115 WP, data loggers, and panel devices. Some of the sensors used to record data are the PZEM17 current and voltage
sensor, and the DS18B20 temperature sensor used as many as two pieces. Data logger shield to record the results of  sensor recording into the SD card and displayed on a 16x2 LCD. The data taken in the form of temperature, voltage and power output of solar panels. Data collection such as voltage temperature measurement and solar panel output power is carried out from 09.00  - 15.00 wib for 3 days (27, 28 and 29 October 2021). The results showed that the cooling system on solar panels is able to maintain the performance of solar panels. It is seen that the results showed that solar panels with cooling experienced an average increase in voltage and power by 5.5% and 6% respectively compared to without refrigeration. The application of an automatic cooling system can be economically advantageous because the output power produced is superior compared to normal installations.
Keywords: Power, performance, solar panels, cooling, voltage, temperature

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan energi alternatif di seluruh dunia mengalami peningkatan. Salah satunya energi surya,  karena  sifatnya  yang  terbarukan  dan  bersih  membuat  banyak  pemerintah  dan  perorangan terdorong untuk mengadopsi teknologi ini [1]. Sistem energi surya dapat diterapkan diseluruh dunia, mengingat menghasilkan listrik dan tidak membutuhkan perawatan atau menimbulkan kebisingan. Sumber energi surya menghasilkan emisi karbon yang rendah, tidak ketergantungan dengan sumber bahan bakar fosil dan pengembangannya sangat masif dikembangkan diberbagai negara [2].
Pengembangan  teknologi  panel  surya  dilakukan  untuk  meningkatkan  efisiensi  kinerjanya secara signifikan. Dalam penelitian laboratorium efisiensi beberapa panel surya telah mencapai lebih dari 40% [3].  Namun, secara ekonomi efisiensi masih jauh lebih rendah dari itu. Pengujian efisiensi pada skala laboratorium solar panel monokristalin sekitar 24%, efisiensi praktiknya hanya 11-17% [4]. Tenaga listrik panel surya menurun secara substansial setiap kali suhu sel surya tinggi. Hampir 5-20% sinar matahari yang memasuki permukaan sel surya diubah menjadi tenaga listrik [5]. Salah satu cara yang perlu dilakukan adalah menjaga temperatur lingkungan selalu terjaga lebih rendah pada  kondisi  panas  matahari.  Hal  ini  diperlukan  supaya  suhu  permukaan  panel  surya  tidak meningkat seiring dengan tingginya radiasi.
Beberapa  penelitian  menunjukkan  bahwa  peningkatan  suhu  pada  solar  cell  sekitar  1 o C menurunkan  efisiensi  sebesar  0.45%    [6],  [7].  Dalam  mengurangi  suhu  kerja  panel  surya,  dapat dilakukan  dengan  menggunakan  aliran  udara untuk  mendinginkan  suhu  panel  surya  dan hasilnya mengalami peningkatan efisiensi sebesar 12% [8]. Selain itu, menggunakan teknologi semprotan air dengan kecepatan tinggi untuk mendinginkan panel surya mengalami kenaikan 60% dan 17% listrik yang dikeluarkan [9], [10]. Kemudian, penggunaan pelat datar sebagai saluran pendingin juga telah digunakan untuk memberikan pendinginan, menunjukkan bahwa terjadi peningkatan efisiensi energi sebesar 15% [11].
Teknologi lain untuk mengeksplorasi kinerja panel surya dengan menggunakan penambahan cairan nano (nanofluid) pada saluran pipa pendingin, yang dapat menurunkan suhu panel surya lebih dari  10 o C  dengan  peningkatan  efisiensi  sebesar  59%  [12].  Kapasitas  pendinginan  nanofluida bergantung pada bahan nanopartikelnya, fluida dasar, bentuk partikel, ukuran, konduktivitas termal dari partikel dan fluida dasar [13]. Pada penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan kinerja panel surya dengan mereduksi panas yang terjadi pada permukaan panel akibat paparan sinar matahari. Pendinginan pada panel perlu untuk dilakukan supaya tidak terjadi kerugian dalam  menghasilkan energi listrik. Penelitian ini penulis ingin mengevaluasi kinerja panel surya dengan menggunakan pendingin dan tidak menggunakan pendingin dengan menggunakan sistem otomatis.

## 2. METODE PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk pendinginan otomatis pada sistem panel surya untuk mengurangi panas dan meningkatkan efisiensi enegri listrik yang dihasilkan. Sistem ini dilengkapi dengan sistem kontrol arduino untuk memonitoring sensor temperatur, arus dan tegangan. Suhu pada permukaan panel surya diatur kurang dari 40 o C. Apabila suhu pada permukaan panel lebih dari 40 o C maka sistem pendinginan akan bekerja.
Pengambilan  data  seperti  pengukuran  temperatur,  arus  dan  tegangan  keluaran  sel  surya dilakukan dari jam 09.00 – 15.00 wib selama 3 hari (27, 28 dan 29 oktober 2021), menggunakan data  logger.  Panel  surya  yang  digunakan  berdasarkan  tabel  1.  Adapun  beberapa  sensor  yang digunakan untuk merekam data adalah sensor arus dan tegangan PZEM17, dan sensor temperatur DS18B20 yang digunakan sebanyak dua buah. Data logger shield untuk mencatat hasil perekaman sensor  kedalam  SD  card  dan  ditampilkan  pada  LCD  16x2.  Skematik  peralatan  penelitian  yang diterapkan  seperti  ditunjukkan  pada  gambar  2.  Pengambilan  data  dilakukan  di  kota  Surakarta, Indonesia pada koordinat  110 45` 15"  - 110 45` 35" Bujur Timur dan 70` 36"  - 70` 56" Lintang Selatan. Pendinginan panel surya diletakkan pada permukaan panel dengan menggunakan pipa yang dialiri air dengan kapasitas 4.0 lpm.
Tabel 1. Spesifikasi panel surya No Spesifikasi Keterangan 1 Model M-115 2 Pmax 115WP 3 Vmp 18.8 V 4 Imp 6.12 A 5 Isc 6.48 A 6 Dimensi 1020x670x30 mm
Gambar 1. Panel surya sistem pendingin
Gambar 2. Perangkat penelitian
Semua data terekam pada SD card melalui datalogger shield kemudian dianalisis data bentuk tabel dan grafik. Kedua hasil pengambilan data akan dibandingkan antara menggunakan pendingin dan tidak menggunakan. Skema data logger seperti pada gambar 3.
Gambar 3. Skema penelitian
Selanjutnya  air  yang  mengalir  pada  permukaan  panel  seperti  tertera  pada  gambar  1  akan menyerap  panas  dari  panel  surya,  kemudian  ditransfer  atau  dilepas  dengan  cepat  ke  lingkungan.
Sistem pendinginan menggunakan kontrol data logger dengan pengaturan suhu diatas 40 o C pompa akan menyala.
Gambar 4. Skema pengambilan datalogger
Pada penelitian ini menggunakan dua buah panel surya yaitu panel surya dibuat tanpa pendingin (TP)  sebagai  referensi,  panel  surya  satunya  dirancang  menggunakan  sistem  pendinginan  (DP) dengan bantuan pipa yang dialirkan pada permukaan panel. Kedua data dibandingkan dengan sistem PV dengan operasi dan kondisi yang sama. Skema penelitian tertera pada gambar 1.
Pada  prinsipnya  panel  surya  akan  menghasilkan  daya  listrik  yang  tinggi  saat  daya  input  yang diberikan besar. Daya listrik yang tinggi didapatkan dari nilai arus dan tegangan pada panel surya. Selain efisiensi, parameter lainnya adalah faktor pengisi (fill factor, FF) yang merupakan nilai rasio teganagn dan arus pada keadaaan daya maksimal dan tegangan open circuit (Voc) dan arus circuit (Ioc). Sehingga daya yang dihasilkan dari panel surya belum tentu dapaty digunakan untuk beban spenuhnya. Nilai FF sebesar 0.7 sampai 0.85 [14].

## 𝐹𝐹 = 𝑉𝑚𝑝𝑝 𝑥 𝐼𝑚𝑝𝑝
(𝑉𝑜𝑐 𝑥 𝐼𝑠𝑐)
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑜𝑐 𝑥 𝐼𝑠𝑐 𝑥 𝐹𝐹

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 5. Temperatur panel surya
Gambar  5  menjelaskan  tentang  nilai  perbandingan  temperatur  dengan  pendingin,  tanpa pendingin dan lingkungan. Temperatur rata-rata tanpa pendingin yang didapatkan sebesar 54.5 o C. Sedangkan dengan pendingin temperatur rata-rata sebesar 40 o C. Temperatur lingkungan rata-rata sebesar 33 o C. Metode yang diusulkan mampu mereduksi panas yang terdapat pada permukaan panel surya.  Ketidakteraturan  nilai  yang  dihasilkan  terjadi  karena  pendinginan  yang  dilakukan  tidak merata pada seluruh permukaan panel surya. ada beberapa celah yang masih tidak teraliri air.
Gambar 6. Tegangan keluaran panel surya
Gambar 6 merepresentasikan bahwa tegangan yang dihasilkan oleh panel yang menggunakan pendingin  memiliki  tegangan  yang  lebih  besar  dari  pada  yang  tanpa  pendingin.  Dalam  hal  ini tegangan sudah merepresentasikan daya. Tegangan rata-rata yang dihasilkan dari panel surya tanpa
0 10 20 30 40 50 60 70 T em p er atu r (C ) Waktu (menit) TP DP Tamb 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 09:30 09:45 10:00 10:15 10:30 10:45 11:00 11:15 11:30 11:45 12:00 12:15 12:30 12:45 13:00 13:15 13:30 13:45 14:00 14:15 14:30 14:45 15:00 Te gan gan (V ) Waktu (Menit) TP DP
pendingin sebesar 14.1 V. Penggunaan pendingin menghasilkan tegangan rata-rata sebesar 14.9 V. Hal ini terlihat bahwa dari hasil penelitian menunjukkan panel surya dengan pendingin mengalami peningkatan  tegangan  rata-rata  sebesar  5.5  %  dibandingkan  dengan  tanpa  pendingin. Ketidakteraturan nilai yang dihasilkan terjadi karena pendinginan yang dilakukan tidak merata pada seluruh permukaan panel surya. ada beberapa celah yang masih tidak teraliri air.
Gambar 7. Daya keluaran panel
Gambar 7 menjelaskan tentang pengukuran daya keluaran rata-rata yang dihasilkan panel surya. Aplikasi pendingin air mampu menyerap dan mengurangi panas  berlebihan pada modul sehingga kinerja  panel  bisa  maksimal.  Selain  itu,  peningkatan  daya  keluaran  dapat  terjadi  seiring  dengan meningkatnya radiasi matahari[2]. Daya rata-rata yang dihasilkan dari panel surya tanpa pendingin sebesar 29.7 W. Sedangkan dengan penggunaan pendingin menghasilkan daya rata-rata sebesar 31.5 W.  Hal  ini  terlihat  bahwa  dari  hasil  penelitian  menunjukkan  panel  surya  dengan  pendingin mengalami  peningkatan  daya  rata-rata  sebesar  6%  dibandingkan  dengan  tanpa  pendingin.  Panel surya yang didinginkan dengan suhu permukaan yang lebih rendah akan mempengaruhi daya yang dihasilkan [10].

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  sistem  pendingin  pada  panel  surya  mampu menjaga kinerja panel surya. Hal ini terlihat bahwa dari hasil penelitian menunjukkan panel surya dengan pendingin mengalami peningkatan tegangan rata-rata sebesar 5.5 % dibandingkan dengan tanpa pendingin. Selain itu, panel surya dengan pendingin mengalami peningkatan daya rata-rata sebesar 6% dibandingkan dengan tanpa pendingin.

## 5. UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  menyampaikan  terimakasih  kepada  Majelis  Pendidikan  Tinggi  Penelitian  dan Pengembangan  Pimpinan  Pusat  Muhammadiyah,  yang  telah  membiayai  penelitian  ini  dalam program hibah RisetMU skema penelitian dasar.
20 25 30 35 40 Day a (W att) Waktu (Menit) TP DP
6. REFERENSI
[1] A.  H.  A.  Al-Waeli et  al. ,  “Comparison  study  of  indoor/outdoor  experiments  of  a photovoltaic thermal PV/T system containing SiC nanofluid as a coolant,” Energy , vol. 151, pp. 33–44, 2018, doi: 10.1016/j.energy.2018.03.040.
[2] H. A. Hussien, A. H. Numan, and A. R. Abdulmunem, “Improving of the photovoltaic / thermal  system  performance using  water  cooling  technique,” IOP  Conf.  Ser.  Mater.  Sci. Eng. , vol. 78, no. 1, 2015, doi: 10.1088/1757-899X/78/1/012020.
[3] I. Ceylan, A. E. Gürel, H. Demircan, and B. Aksu, “Cooling of a photovoltaic module with temperature controlled solar collector,” Energy Build. , vol. 72, no. 2014, pp. 96–101, 2014, doi: 10.1016/j.enbuild.2013.12.058.
[4] J.  Wong,  R.  Sridharan,  and  V.  Shanmugam,  “Quantifying  Edge  and  Peripheral Recombination Losses in Industrial Silicon Solar Cells,” IEEE Trans. Electron Devices , vol. 62, no. 11, pp. 3750–3755, 2015, doi: 10.1109/TED.2015.2480089.
[5] P. Dwivedi, K. Sudhakar, A. Soni, E. Solomin, and I. Kirpichnikova, “Advanced cooling techniques of P.V. modules: A state of art,” Case Stud. Therm. Eng. , vol. 21, no. June, p. 100674, 2020, doi: 10.1016/j.csite.2020.100674.
[6] L.  Zhu,  A.  P.  Raman,  and  S.  Fan,  “Radiative  cooling  of  solar  absorbers  using  a  visibly transparent photonic crystal thermal blackbody,” Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. , vol. 112, no. 40, pp. 12282–12287, 2015, doi: 10.1073/pnas.1509453112.
[7] H. Dehra, “An investigation on energy performance assessment of a photovoltaic solar wall under buoyancy-induced and fan-assisted ventilation system,” Appl. Energy , vol. 191, pp. 55–74, 2017, doi: 10.1016/j.apenergy.2017.01.038.
[8] A.  Kasaeian,  Y.  Khanjari,  S.  Golzari,  O.  Mahian,  and  S.  Wongwises,  “Effects  of  forced convection on the performance of a photovoltaic thermal system: An experimental study,”
Exp. Therm. Fluid Sci. ,
vol.
85,
pp. 13–21, 2017, doi: 10.1016/j.expthermflusci.2017.02.012.
[9] H.  M.  S.  Bahaidarah,  “Experimental  performance  evaluation  and  modeling  of  jet impingement cooling for thermal management of photovoltaics,” Sol. Energy , vol. 135, pp. 605–617, 2016, doi: 10.1016/j.solener.2016.06.015.
[10] S.  Nižetić,  D.  Čoko,  A.  Yadav,  and  F.  Grubišić-Čabo,  “Water  spray  cooling  technique applied on a photovoltaic panel: The performance response,” Energy Convers. Manag. , vol. 108, pp. 287–296, 2016, doi: 10.1016/j.enconman.2015.10.079.
[11] H.  Jouhara et  al. ,  “The  performance  of  a  novel  flat  heat  pipe  based  thermal  and  PV/T (photovoltaic  and  thermal  systems)  solar  collector  that  can  be  used  as an  energy-active building  envelope  material,” Energy , vol. 108,  pp. 148–154, 2016, doi: 10.1016/j.energy.2015.07.063.
[12] Y. Du, “Advanced thermal management of a solar cell by a nano-coated heat pipe plate: A thermal  assessment,” Energy  Convers.  Manag. ,  vol.  134,  pp.  70–76,  2017,  doi: 10.1016/j.enconman.2016.11.059.
[13] A. K. Suresh, S. Khurana, G. Nandan, G. Dwivedi, and S. Kumar, “Role on nanofluids in cooling solar photovoltaic cell to enhance overall efficiency,” Mater. Today Proc. , vol. 5, no. 9, pp. 20614–20620, 2018, doi: 10.1016/j.matpr.2018.06.442.
[14] A.  Warsito,  E.  Adriono,  My.  Nugroho,  and  B.  Winardi,  “Dipo  Pv  Cooler,  Penggunaan Sistem Pendingin Temperatur Heatsink Fan Pada Panel Sel Surya (Photovoltaic) Sebagai Peningkatan Kerja Energi Listrik Baru Terbarukan,” Transient , vol. 2, no. 3, pp. 499–503, 2013.