ISSN(p): 2338-8323  | ISSN(e): 2459-9638
Sistem Pendinginan Panel Surya dengan Metode Penyemprotan Air dan Pengontrolan Suhu Air menggunakan Peltier

## EKA PURWA LAKSANA, OKTIVIYANTO SANJAYA, SUJONO, SUWASTI
BROTO, NIFTY FATH
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Budi Luhur, Indonesia Email: eka.purwalaksana@budiluhur.ac.id
Received 4 Maret 2022 | Revised 9 April 2022 | Accepted 18 April 2022

## ABSTRAK
Salah  satu  faktor  yang  dapat  mempengaruhi  efisiensi  panel  surya  adalah  suhu pada  modul  panel  surya.  Efisiensi  panel  surya  akan  menurun  seiring  dengan naiknya  suhu  panel  surya.  Oleh  karena  itu,  dibutuhkan  suatu  mekanisme pendinginan pada sistem panel surya untuk dapat meningkatkan efisiensi panel surya.  Pada  penelitian  ini,  dirancang  sebuah  sistem  pendinginan  panel  surya dengan  metode  penyemprotan  air  dan  pengontrolan  suhu  air.  Jika  suhu  telah mencapai 40 o C, pompa yang terdapat pada bak penampungan air akan bekerja mengalirkan air ke permukaan panel surya. Dengan demikian, suhu pada panel surya dapat dikontrol agar sesuai dengan set point yang diinginkan yakni di bawah 40 o C.  Sistem  pengontrolan  suhu  air  dengan  peltier  dan  fan  dilakukan  untuk mengontrol suhu air di dalam bak penampungan air agar tetap berada pada suhu maksimal  39 o C.  Sistem  pendinginan  panel  surya  pada  penelitian  ini  mampu meningkatkan daya keluaran panel surya sebesar 30,19%.
Kata kunci : panel surya, pendingin, semprotan air, peltier

## ABSTRACT
The solar panels efficiency can be affected by the the temperature of the solar panel module. It will decrease as the temperature of the solar panels increases. Therefore, a cooling mechanism in the solar panel system is needed to increase the efficiency of the solar panels. In this study, a solar panel cooling system was designed with the method of spraying water and controlling water temperature. If the temperature has reached 40 o C, the pump in the water reservoir will work to circulate water to the surface of the solar panel. Thus, the temperature on the solar panel can be controlled to match the desired set point, which is below 40 o C. The water temperature control system with peltier and fan is carried out to control the  temperature  of  the  water  in  the  water  reservoir  so  that  it  remains  at  the maximum temperature of 39 o C. The solar panel cooling system in this study was able to increase the solar panel output power by 30.19% when using the cooling system.
Keywords : solar panels, cooling, water spray, peltier
Sistem Pendinginan Panel Surya dengan Metode Penyemprotan Air dan Pengontrolan Suhu Air menggunakan Peltier

## 1. PENDAHULUAN
Indonesia  sebagai  negara  yang  berada  di  garis  khatulistiwa  mendapat  sinar  matahari sepanjang tahun sehingga berpotensi memperoleh energi surya yang cukup besar. Teknologi photovoltaic (PV) atau yang dikenal dengan panel surya mampu mengonversi energi surya menjadi  energi  listrik.  Potensi  energi  surya  di  Indonesia  sangat  besar  yakni  4,8  KWh/m 2 (Kementerian Energi Dan Sumber Daya Mineral, 2012) . Ketika panel surya beroperasi, hanya  sekitar  15%  dari  radiasi  matahari  yang  dikonversi  menjadi  energi  listrik,  sedangkan sisanya dikonversi menjadi panas (Teo, dkk, 2012) .
Beberapa faktor mempengaruhi efisiensi panel surya, salah satunya adalah suhu pada modul panel  surya (Chikate  &  Sadawarte,  2015) .  Penelitian  pada (Pourakbar  &  Deldadeh, 2014) menyelidiki  pengaruh  panas  pada  panel  surya  berdasarkan  sifat  listrik  dari  silikon monokristalin dan polikristalin. Hasil yang diperoleh dari penelitian tersebut adalah efisiensi pada  panel  surya  menurun  disebabkan  oleh  kenaikan  suhu  lingkungan.  Oleh  karena  itu, dibutuhkan suatu mekanisme pendinginan pada sistem panel surya untuk dapat meningkatkan efisiensi panel surya.
Berbagai macam mekanisme pendinginan pada sistem panel surya telah dilakukan. Penelitian pada (Grubisić-Čabo, dkk, 2016) mengkaji beberapa penelitian mengenai sistem pendingin panel  surya  dengan  berbagai  metode.  Metode  pendinginan  dapat  diklasifikasikan  menjadi metode aktif yakni pendinginan yang membutuhkan energi untuk bekerja dan metode pasif yakni pendinginan yang tidak membutuhkan energi untuk bekerja. Beberapa media yang dapat digunakan sebagai pendingin yakni udara dan air (Shukla, dkk, 2017) . Alat yang digunakan dapat berupa pipa peniup udara dan pipa penyemprot air.
Pendinginan pasif  dengan udara memberikan  efisiensi yang lebih rendah  jika dibandingkan pendinginan  dengan  air (Farhana,  2012) .  Efek  pendinginan  paling  signifikan  terjadi  saat pendinginan  aktif  menggunakan  air (Smith,  dkk,  2014) .  Penelitian  pada (Nižetić,  dkk, 2018) memberikan  kesimpulan  bahwa  pendinginan  dengan  media  air  merupakan  metode pendinginan dengan efisiensi paling tinggi sehingga dapat  meningkatkan  unjuk kerja panel surya mencapai 10% hingga 20%.
Sistem  pendinginan  panel  surya  pada (Moharram,  dkk,  2013) menggunakan  pipa penyemprot air dengan lokasi penelitian di Egypt yang memiliki iklim panas dan lingkungan yang  tandus.  Dengan  metode  pipa  penyemprot  air,  maka  energi  yang  dibutuhkan  untuk mendinginkan  panel  PV  dapat  diminimalisasi.  Sistem  pendinginan  dengan  media  air  juga dilakukan  pada (Smith, dkk,  2014)  (Tabaei  &  Ameri,  2015) ,  dan (Zilli,  dkk,  2018) . Penelitian tentang sistem pendingin menggunakan udara pada (Teo, dkk, 2012) dilakukan dengan media pipa untuk melewatkan udara yang dipasang di bawah modul sel surya. Metode pendinginan  dengan  udara  juga  dilakukan  pada (Popovici,  dkk,  2016) dan (Farshchimonfared,  dkk,  2015) .  Sistem  pendingan  hibrid  juga  dapat  dilakukan  dengan menggabungkan  dua  media,  seperti  pada  penelitian (Hussein,  dkk,  2017) yang menggunakan  media  air  dan nanofluid  sehingga  dapat  meningkatkan  efisiensi  panel  surya sebesar 7,8%.
Pada penelitian ini, dirancang sebuah sistem pendinginan panel surya menggunakan metode penyemprotan air. Sistem dirancang dengan metode mengalirkan air pada permukaan panel surya saat suhu pada panel surya telah mencapai suhu 40°C. Sistem pendingin ini mampu menurunkan suhu pada panel surya dan meningkatkan daya keluaran panel surya. Air yang dialirkan pada permukaan panel surya akan ditampung pada bak penampungan. Suhu pada
bak  penampungan  dikontrol  agar  dapat  bernilai  kurang  dari  39 o C  menggunakan  pendingin berupa peltier dan fan.

## 2. PERANCANGAN SISTEM

## 2.1 Diagram Blok Sistem
Sistem  pendinginan  panel  surya  dirancang  menggunakan  metode  penyemprotan  air  pada panel  surya  dan  pengontrolan  suhu  air  pada  bak  penampungan  dengan  peltier.  Sistem pendinginan  terdiri  dari  beberapa  komponen  yakni  dua  unit  panel  surya  masing-masing berkapasitas 200 Wp, modul Arduino UNO, dua unit sensor arus, dua unit sensor tegangan, dua unit sensor suhu, RTC modul, LCD, dua unit peltier, dua unit fan, dan pompa DC. Skema rancangan  sistem  pendinginan  panel  surya  dengan  pendingin  ditunjukkan  pada  Gambar  1, sedangkan skema rancangan tanpa menggunakan pendingin ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 1. Diagram Blok Sistem Panel Surya dengan Pendingin
Gambar 2. Diagram Blok Sistem Panel Surya Tanpa Pendingin

## 2.2 Prinsip Kerja Sistem
Berdasarkan  Gambar  3,  prinsip  kerja  sistem  adalah  sebagai  berikut.  Sensor  DHT22  adalah sensor suhu yang digunakan untuk memonitoring suhu pada permukaan panel surya. Hasil pembacaan suhu oleh sensor diproses oleh Arduino UNO yang berfungsi sebagai pengendali pompa air DC otomatis. Sistem pendingin dengan penyemprotan air akan aktif mengalirkan air  pada  permukaan  panel  surya  apabila  suhu  panel  surya  telah  mencapai  40 o C.  Air  yang menyentuh bidang panel surya akan kembali masuk ke dalam bak penampungan.
Arduino  UNO  dan  sensor  MAX6675  adalah  komponen  yang  digunakan  sebagai  pengendali peltier dan fan secara otomatis untuk mengontrol suhu air pada bak penampungan. Suhu pada air di bak penampungan dikontrol agar tidak mencapai lebih dari 39 o C. Apabila suhu air pada bak penampungan lebih dari 39 o C atau sama dengan 39 o C, maka pompa DC akan bekerja. Akan tetapi, apabila set poin suhu tersebut belum terpenuhi maka pompa DC menjadi tidak aktif. Diagram kontrol suhu pada bak penampungan terlihat pada Gambar 4.

## Gambar 3. Diagram Kontrol Suhu Panel Surya
Gambar 4. Diagram Kontrol Suhu Air pada Bak Penampungan

## 2.3 Rancangan Sistem Mekanik
Perancangan  panel  surya  dibuat  menggunakan  siku  berlubang  yang  disesuaikan  dengan ukuran panel surya. Selang tube yang berfungsi sebagai media untuk mengalirkan air dari bak penampunan ke bagian atas panel surya dipasang pada bagian bawah panel surya. Tabel 1 menjabarkan  material  sistem  mekanik  yang  digunakan.  Rancangan  penampang  sel  surya dapat dilihat pada Gambar 5. Desain Panel Surya dengan Sistem Pendingin.
Tabel 1. Material Sistem Mekanik No Material Kuantitas 1 Siku Berlubang 15 Meter 2 Baut JF 6mm x 20mm + Ring Plat + Mur 6 100 Set 3 Selang Tube 12mm x 8mm Transparant 4 Meter 4 Fritting cabang 3 2 Unit 5 Fritting cabang 2 12 Unit 6 Kabel Ties 100mm 1 Pack 7 Kaca Acrylic 2mm ukuran 100cm x 100cm 1 Lembar

## Gambar 5. Desain Panel Surya dengan Sistem Pendingin

## 2.4 Rancangan Sistem Elektronik
Perancangan sistem elektronik terdiri dari konfigurasi rangkaian panel surya, installasi rangkaian kontroler, dan otomatisasi pengumpulan dan perekaman data dari sensor menggunakan data logger. Wiring diagram sistem terlihat pada
Gambar 6.

## Gambar 6. Wiring Diagram Sistem

## 3. HASIL DAN ANALISIS
Beberapa pengujian dilakukan pada panel surya yang telah dirancang, yakni pengujian sensor tegangan,  sensor  arus,  sensor  suhu,  serta  tegangan  dan  arus  keluaran  panel  surya  saat sebelum  menggunakan  pendingin  dan  setelah  menggunakan  pendingin.  Rangkaian  panel surya dengan menggunakan pendingin dan tanpa menggunakan pendingin dapat dilihat pada
Gambar 7. Rangkaian Panel Surya dengan menggunakan Pendingin (Kiri) dan Rangkaian Panel Surya Tanpa Pendingin (Kanan)
Gambar 7. Rangkaian Panel Surya dengan menggunakan Pendingin (Kiri) dan Rangkaian Panel Surya Tanpa Pendingin (Kanan)

## 3.1 Pengujian Sensor Tegangan, Sensor Arus, Sensor Suhu Panel Surya
Pengujian sensor tegangan dilakukan pada bagian output dari panel surya sebelum menuju solar  charge  controller.  Data  pembacaan  sensor  tegangan  kemudian  dibandingkan  dengan hasil pembacaan dari multimeter untuk mengetahui besaran error. Salah satu hasil pembacaan tegangan output  dan  arus  output  pada  LCD  terlihat  pada Gambar  8 .  Tabel  2  adalah  hasil pengujian sensor tegangan dan arus output serta suhu.
(a)
(b)
Gambar 8. (a) Hasil Pembacaan Tegangan dan Arus Output (b) Suhu Panel Surya
Tabel 2. Hasil Pengujian Sensor Tegangan, Arus, dan Suhu
Tegangan Arus Suhu Pengukuran multimeter (V) Pengujian sensor (V) Error (%) Pengukuran multimeter (A) Pengujian sensor (A) Error (%) Pengukuran thermogun ( o C) Pengujian sensor ( o C) Error (%) 23,90 23,27 2,63 0,45 0,44 2,22 49,10 48,90 0,40 15,04 14,80 1,59 0,16 0,15 6,25 42,40 42,00 0,94 14,92 14,56 2,41 0,24 0,22 8,33 40,10 39,50 1,49 15,04 14,76 1,81 0,15 0,14 6,66 37,20 36,90 0,80 14,97 14,62 2,34 0,32 0,30 6,25 41,70 41,50 0,47

## 3.2  Pengujian  dan  Analisis  Tegangan Output  Panel  Surya  Tanpa  Pendingin  dan dengan Pendingin
Pengujian sistem panel surya tanpa pendingin dan menggunakan pendingin dilakukan selama enam hari, dimulai dari tanggal 22 Juni 2020 hingga 27 Juni 2020 pada pukul 10.00 hingga pukul 14.30 WIB. Beberapa parameter yang diuji adalah suhu panel surya, tegangan output, arus output,  dan  daya  output  dari  masing-masing  panel  surya.  Proses  perekaman  data
dilakukan secara otomatis oleh sistem datalogger ke dalam microSD setiap enam detik. Kondisi cuaca pada setiap pengujian terlihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Kondisi Cuaca Saat Pengujian
Tanggal pengujian Kondisi Cuaca 22 Juni 2020 Sangat cerah 23 Juni 2020 Hujan dengan intensitas ringan, matahari tertutup awan 24 Juni 2020 Cerah berawan 25 Juni 2020 Cerah berawan 26 Juni 2020 Cerah berawan 27 Juni 2020 Cerah berawan
Pada  pengujian  tegangan output  tanggal  22  Juni  2020,  diperoleh  hasil  tegangan  rata-rata panel  surya  tanpa  pendingin  sebesar  14,63  V  sedangkan  tegangan  rata-rata  panel  surya dengan pendingin adalah 25,15 V. Pengujian tegangan output pada tanggal 23 Juni 2020 pada panel surya tanpa pendingin dan dengan pendingin memiliki hasil yang sama yakni 11,09 V.
Pada  pengujian tegangan output  tanggal  24 Juni 2020, tegangan  output  pada panel surya dengan pendingin lebih besar 6,44 V dibandingkan dengan tegangan output panel surya tanpa pendingin.  Tegangan output  rata-rata  panel  surya  tanpa  pendingin  pada  tanggal  25  Juni sebesar 17,54 V sedangkan tegangan output panel surya dengan pendingin adalah 24,54 V. Pada pengujian tegangan output tanggal 26 Juni 2020, diperoleh hasil tegangan output rata- rata  14,92  V  pada  panel  surya  tanpa  pendingin  dan  18,00  V  pada  panel  surya  dengan pendingin.
Bedasarkan pengujian terakhir pada 27 Juni 2020 diperoleh tegangan output rata-rata panel surya tanpa pendingin sebesar 17,84 V dan tegangan output rata-rata panel surya dengan pendingin sebesar 24,74 V. Dari hasil pengujian secara keseluruhan, seperti yang terlihat pada Gambar 10 dan Gambar 10 serta hasil pengujian rata-rata pada Gambar 11, dapat dibuktikan bahwa  sistem  pendinginan  panel  surya  yang  dirancang  mampu  memaksimalkan  tegangan keluaran pada panel surya.
Gambar 9. Hasil Pengujian Tegangan Output Panel Surya dengan Pendingin dan Tanpa Pendingin (22 Juni dan 23 Juni)
Gambar 10. Hasil Pengujian Tegangan Output Panel Surya dengan Pendingin dan Tanpa Pendingin (23 Juni – 27 Juni)
Gambar 11. Grafik Perbandingan Tegangan Keluaran Rata-Rata Panel Surya Selama Enam Hari
3.3 Pengujian dan Analisis Arus Output Panel Surya Tanpa Pendingin dan dengan Pendingin
Pengujian arus panel surya dilakukan dengan mengukur arus menggunakan sensor arus yang dipasang  pada  sisi output  panel  surya  sebelum  menuju  ke  solar  charge  controller.  Pada pengujian arus output tanggal 22 Juni 2020 hingga 27 Juni 2020, diperoleh hasil arus output rata-rata yang sama baik tanpa pendingin maupun dengan pendingin yakni sebesar 0,42 A. Hasil pengujian arus panel surya dapat dilihat pada Gambar 12 dan Gambar 13.
Gambar 12. Hasil Pengujian Arus Output Panel Purya dengan Pendingin dan Tanpa Pendingin
Gambar 13. Grafik Perbandingan Arus Keluaran Rata-Rata Panel Surya Selama Enam Hari

## 3.4 Pengujian Daya Panel Surya Tanpa Pendingin dan dengan Pendingin
Pengujian dan analisis daya pada panel surya dilakukan dengan persamaan perkalian antara tegangan  dikalikan  dengan  arus.  Tabel  hasil  pengukuran  daya  keluaran  panel  surya menggunakan pendingin dan panel surya yang tidak menggunakan pendingin pada tanggal 22 Juni - 27 Juni 2020 terlihat pada Tabel 4.

## Tabel 4. Daya Rata-Rata Panel Surya Selama Enam Hari
Tanggal Daya Pv Tanpa Pendingin Daya Pv Dengan Pendingin Kenaikan daya (%) 22 JUNI 2020 7,62 Watt 10,69 Watt 40,29% 23 JUNI 2020 4,71 Watt 4,71 Watt 0% 24 JUNI 2020 7,75 Watt 10,49 Watt 35,35% 25 JUNI 2020 7,32 Watt 10,43 Watt 42,49% 26 JUNI 2020 6,34 Watt 7,65 Watt 20,66% 27 JUNI 2020 7,39 Watt 10,52 Watt 42,35%
Tabel 4. Daya Rata-Rata Panel Surya Selama Enam Hari. Berdasarkan hasil pengujian, terlihat bahwa  sistem  pendinginan  panel  surya  mampu  memaksimalkan  daya  keluaran  pada  panel surya.

## 4. KESIMPULAN
Proses pendinginan panel surya dengan metode penyemprotan air dan pengontrolan suhu air menggunakan peltier sangat efektif digunakan untuk menjaga suhu panel surya sesuai dengan set poin suhu yang diinginkan yakni 40 o C. Pada penelitian ini, terdapat kenaikan daya rata- rata sebesar 30,19% pada saat menggunakan sistem pendingin.

## DAFTAR RUJUKAN
Cabo, F. G., Nizetic, S., & Marco, T. G. (2016). Photovoltaic Panels: A Review of The Cooling Techniques: EBSCOhost. Transactions of FAMENA, 40(1), 63-74.
Chikate, B. V, & Sadawarte, Y. A. (2015). The Factors Affecting the Performance of Solar Cell.
International Journal of Computer Applications, 1–5. http://research.ijcaonline.org/icquest2015/number1/icquest2776.pdf
Farhana, Z. (2012). Experimental Investigation of Photovoltaic Modules Cooling System. IEEE
Symposium on Computers & Informatics.
Farshchimonfared, M., Bilbao, J. I., & Sproul, A. B. (2015). Channel depth, air mass flow rate and  air  distribution  duct  diameter  optimization  of  photovoltaic  thermal  (PV/T)  air collectors  linked  to  residential  buildings. Renewable  Energy,  76,  27–35. https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.10.044
Hussein, H. A., Numan, A. H., & Abdulrahman, R. A. (2017). Improving the Hybrid Photovoltaic /  Thermal  System  Performance  Using  Water-Cooling  Technique  and  Zn-H  2  O Nanofluid. 2017(3).
Kementerian  Energi  dan Sumber Daya  Mineral. (2012). Matahari  Untuk PLTS Di  Indonesia.
https://www.esdm.go.id/id/media-center/arsip-berita/matahari-untuk-plts-di- indonesia#:~:text=Potensi energi surya di Indonesia,adalah sebesar 0.87 GW atau
Moharram,  K.  A.,  Abd-Elhady,  M.  S.,  Kandil,  H.  A.,  &  El-Sherif,  H.  (2013).  Enhancing  the performance of photovoltaic panels by water cooling. Ain Shams Engineering Journal,
4(4), 869–877. https://doi.org/10.1016/j.asej.2013.03.005
Nižetić,  S.,  Giama, E.,  &  Papadopoulos,  A.  M. (2018).  Comprehensive analysis and general economic-environmental evaluation of cooling techniques for photovoltaic panels, Part II:  Active  cooling  techniques. Energy  Conversion  and  Management,  155,  301–323. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.10.071
Popovici,  C.  G.,  Hudişteanu,  S.  V.,  Mateescu,  T.  D.,  &  Cherecheş,  N.  C.  (2016).  Efficiency
Improvement of Photovoltaic Panels by Using Air Cooled Heat Sinks. Energy Procedia,
85, 425–432. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.12.223
Pourakbar, A., & Deldadeh, B. (2014). Thermal Effects Investigation on Electrical Properties of Silicon  Solar  Cells  Treated  by  Laser  Irradiation. International  Journal  of  Renewable Energy Development, 3, 184–187. https://doi.org/10.14710/ijred.3.3.184-187
Shukla, A., Kant, K., Sharma, A., & Biwole, P. H. (2017). Cooling methodologies of photovoltaic module for enhancing electrical efficiency: A review. Solar Energy Materials and Solar Cells, 160, 275–286. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2016.10.047
Smith, M. K., Selbak, H., Wamser, C. C., Day, N. U., Krieske, M., Sailor, D. J., & Rosenstiel, T.
N.  (2014).  Water  cooling  method  to  improve  the  performance  of  field-mounted, insulated,  and  concentrating  photovoltaic  modules. Journal  of  Solar  Energy
Sistem Pendinginan Panel Surya dengan Metode Penyemprotan Air dan Pengontrolan Suhu Air menggunakan Peltier
Engineering, Transactions of the ASME, 136(3), 5–8.
https://doi.org/10.1115/1.4026466
Tabaei, H., & Ameri, M. (2015). Improving the effectiveness of a photovoltaic water pumping system by using booster reflector and cooling array surface by a film of water. Iranian Journal of Science and Technology - Transactions of Mechanical Engineering, 39(M1),
51–60.
Teo, H. G., Lee, P. S., & Hawlader, M. N. A. (2012). An active cooling system for photovoltaic
modules. Applied Energy, 90(1), 309–315.
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.01.017
Zilli, B. M., Lenz, A. M., de Souza, S. N. M., Secco, D., Nogueira, C. E. C., Junior, O. H. A.,
Nadaleti, W. C., Siqueira, J. A. C., & Gurgacz, F. (2018). Performance and effect of water-cooling  on  a  microgeneration  system  of  photovoltaic  solar  energy  in  Paraná
Brazil. Journal of Cleaner Production, 192, 477–485. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.04.241