Website: https://jurnal.ceredindonesia.or.id/index.php/jas Email: jas@ceredindonesia.or.id

## Analisa Nilai Koefisien Prestasi (COP) Lemari Pembeku Yang Dihasilkan Oleh Solar Cell
Sudirman Lubis 1) , Munawar A Siregar 2) , Wawan Septiawan Damanik 3) ,
Irfan Siregar 4) , Edi Sarman Hasibuan 5) , Muhammad Arif 6)
1,2,3,6) Fakultas Teknik, Universitas Muhamnadiyah Sumatera Utara
4,5) Fakultas Teknik, Universitas Amir Hamzah email: sudirmanlubis@umsu.ac.id
Abstrak: Penggunaan mesin pembeku saat ini sudah menjadi kebutuhan masayarakat luas, dikarenakan sangat membantu  manusia  dalam  kehidupan  sehari-hari.  Beban  pendingin  yang  diberikan  sangat  mempengaruhi kinerja mesin Pembeku, baik dari konsumsi energi listrik maupun kemampuan yang akan meningkatkan waktu pemakaian  sistem  yang  lebih  lama.  Semakin  besar  beban  pendingin  akan  meningkatkan  penggunaan  energi listrik  saat  pengoperasian.  Hal  ini  sangat megkhawatirkan  dimasa  kedapanya  dimana  isu  menipisnya  sumber energi  fosil  yang  saat  ini  menjadi  prioritas  penghasil  energi  listrik  semakin  banyak  dan  memenuhi  media. Beberapa  tahun  terakhir,  energi  matahari  diisukan  menajadi  jawaban  dari  masalah  tersebut.  Dimana  energi panas  dari  matahari  dimanfaatkan  untuk  menggerakkan  proton  dan  elektron  pada  suatu  media  penel  surya untuk  menghasilkan  energi  listrik  yang  dapat  dimanfaatkan  untuk  kebutuhaan  masyarakat  banyak.  Hal  ini menjadai daya tarik peneliti untuk membuat sebuah inovasi pemanfaatan energi matahari pada sebuah sistem lemari pembeku. Dilihat dari roadmap penelitian terkait dengan energi matahari dan sistem kompresi uap pada lemari  pemebeku  yang  dilansir  beberapa  tahun  terakhir,  belum  banyak  dilakukan  inovasi  pembaruan  dalam penggunaan sumber energinya. Beban pendingin yang akan digunakan akan disesuaikan dengan kapasitas dari sumber  energi  yang  digunakan  yaitu  berdaya  410  WP.  Dengan  kapasitas  lemari  pembeku  yang  digunakan berdaya  1/4  PK  yang  akan  ditingkatkan  kemapuannya/efisiensi  untuk  dapat  digunakan  dan  menggantikan lemari  pembeku  berenergi  listrik  berbayar.  Hal  ini  diharapkan  berguna  bagi  khalayak  masyarakat  dan menyumbang ilmu pengetahuan dan membantu mewujudkan roadmap universitas dimasa kedepan
Kata kunci : Nilai COP, Waktu Pendinginan , Solar Cell
Website: https://jurnal.ceredindonesia.or.id/index.php/jas Email: jas@ceredindonesia.or.id

## PENDAHULUAN
Kebutuhan  akan  listrik  baik  untuk  kalangan  industri,  perkantoran,  maupun masyarakat  umum  dan  perorangan  sangat  meningkat.  Peningkatan  kebutuhan listrik  ini  mengakibatkan  terjadinya  krisis  energi.  Untuk  itu,  energi  surya  dipilih sebagai  energi  alternatif  untuk  menghasilkan  energi  listrik.  Sebuah  modul  panel surya  bekerja  secara  maksimal  untuk  merubah  energy  surya  menjadi  energi matahari pada suhu sekitar 25 derajat Celcius dengan kapasitas produksi 1 kW/m². Namun ketika beroperasi di lapangan, panel surya biasanya akan menerima panas akibat radiasi matahari sehingga suhu dari panel melebihi nilai suhu optimalnya yang mengakibatkan  kinerja  dan  efisiensi  sel  surya  monocrystalline  dan  polycrystalline turun drastis ketika suhu naik.
Pada saat ini khususnya diperkotaan, mesin pendingin dapat dijumpai pada hampir  setiap  pertokoan,  gedung-gedung  kantor  dan  rumah  tangga.  Mesin pendingin  dapat  berupa  refrigerator,  freezer,  chiller  serta  air  conditioning (pengkondisian udara). Penggunaan mesin pendingin yang paling umum yaitu untuk pengkondisian  ruangan  dan  pengawetan  bahan  makanan  atau  minuman.  Tujuan utama  sistem  pengkondisian  udara  adalah  mempertahankan  keadaan  udara didalam  ruangan  yang  meliputi  pengaturan  temperatur,  kelembaban  relatif, kecepatan    sirkulasi    udara  maupun  kualitas  udara.  Sistem  pengkondisian  udara yang  dipasang  harus    mempunyai    kapasitas  pendinginan  yang  tepat  dan  dapat dikendalikan  dalam  pengoperasiannya.  Kapasitas  peralatan  yang  dapat diperhitungkan  berdasarkan  beban  pendinginan    setiap    saat    yang  senantiasa berubah-ubah.
Beban pendinginan sebenarnya adalah jumlah panas yang dipindahkan oleh sistem  pengkondisian  udara  setiap  waktu.  Beban  pendinginan  terdiri  atas  panas yang  berasal  dari  ruang  dan  tambahan  panas.  Tambahan  panas  adalah  jumlah panas  setiap  saat  yang masuk kedalam ruang melalui kaca secara radiasi maupun melalui  dinding  akibat  perbedaan  temperatur,  pengaruh  penyimpanan  energi  pada struktur  bangunan,  serta  peralatan  –  peralatan  listrik  seperti  lampu  dan  peralatan elektronik lainnya.
Mesin  pendingin  merupakan  salah  satu  mesin  yang  mempunyai  fungsi utama  untuk  mendinginkan  zat  sehingga  temperaturnya  lebih  rendah  dari temperatur  lingkungan.  Komponen  utama  dari  mesin  pendingin  yaitu  kompresor, kondensor, alat ekspansi dan evaporator, serta refrigeran sebagai fluida kerja yang bersirkulasi pada bagian-bagian tersebut (Khairil Anwar, 2010).
:
Gambar 1. Komponen utama dari mesin pendingin dan diagram P-h 1.  Sistem kerja pada mesin pendingin adalah sebagai berikut :
Saat refrigeran mengalir melalui Evaporator, perpindahan panas dari ruangan yang didinginkan menyebabkan Refrigeran menguap. Dengan mengambil Refrigeran dari  Evaporator  sebagai  volume  atur,  dari  keseimbangan  massa  dan  Hukum Termodinamika I di peroleh perpindahan panas sebesar :.
𝑄𝑒 = 𝑚̇(ℎ − ℎ )(𝐾𝑤) … (1)
Refrigeran  meninggalkan  Evaporator  kemudian  masuk  ke  Kompresor. Selanjutnya  Refrigeran  dikompresi  hingga  tekanan  dan  temperatur  nya  bertambah tinggi.  Diasumsikan  tidak  ada  perpindahan  panas  dari  dan  ke  Kompresor.  Dengan menerapkan  keseimbangan  massa  dan  laju  energi  (Hukum  Termodinamika  I)  pada volume atur yang melingkupi Kompresor, didapat Daya Kompresor yaitu :
𝑃 = 𝑚̇(ℎ − ℎ )(𝐾𝑤) … (2)
Kemudian  Refrigeran  mengalir  melalui  kondensor,  dimana  refrigeran mengembun  dan  memberikan  panas  ke  udara  sekitar  yang  lebih  rendah temperaturnya.  Untuk  volume  atur  melingkupi  refrigeran  di  Kondensor,  laju perpindahan panas dari refrigeran adalah
𝑄𝑐 = 𝑚̇(ℎ − ℎ )(𝐾𝑤) … (3)
Akhirnya,  Refrigeran  pada  state  3  masuk  alat  ekspansi  dan  berekspansi  ke tekanan Evaporator. Tekanan Refrigeran turun dalam ekspansi yang ireversibel dan dibarengi  dengan  adanya  kenaikan  entropy  jenis.  Refrigeran  keluar  katup  ekspansi pada  titik  4  yang  berupa  fase  campuran  uap  –  cair.  Kualitas  uap  yan  terkandung pada titik 4 dapat dicari dengan persamaan :
𝑥 = ℎ − ℎ ℎ … (4)
Dimana : ℎ = Enthalphy spesifik cairan jenuh (KJ/Kg)
ℎ = Enthalphy spesifik campuran
ℎ = Enthalphy spesifik uap jenuh (KJ/Kg)
2.  Beban Pendinginan
Beberapa faktor yang perlu diperhatikan pada waktu  melakuan perhitungan beban  pendinginan  dan  penentuan  perlengkapan  sistem  tata  udara  serta  sistem control, antara lain : penggunaan atau fungsi ruang, jenis konstruksi bangunan, pola beban  pengkondisian,  kondisi  dalam  ruangan.  Pada  tahap  perencanaan, perhitungan  beban  pendinginan  yang  tepat  harus  dilakukan  karena  hasil perhitungan  beban  pendinginan  yang  tepat  akan  menjadi  dasar  untuk  pemilihan jenis dan kapasitas peralatan pendinginan. Didalam ruang Pengajaran Umum beban pendinginan ada 2 macam,yaitu : Beban sensibel dan beban laten. Beban sensibel antara  lain  :  beban  kalor  melalui  dinding,  atap,  langit-langit,  lantai,  peralatan  listrik (komputer  dan  lampu)  karena  beban  infiltrasi  ruangan.  Dinding  yang  terbuat  dari bahan triplek dan kaca tidak terdapat beban kalor karena tidak terkena panas radiasi matahari.  Sedangkan  beban  kalor  laten  antara  lain:  penghuni  (orang)  dan  beban kalor  pada  infiltrasi  ruangan.  Sebelumnya  ditentukan  dulu  kondisi  ruangan perancangan  sebelum  melakukan  perhitungan  beban  kalor  dari  ruangan  tersebut. (Edi Purwanto dan Kemas Ridhuan, 2014).
3.  Solar Cell
Panel  surya  adalah  alat  yang  terdiri  dari  sel  surya  yang  mengubah  cahaya menjadi  listrik.  Panel  surya    sering  disebut  sel PhotoVoltaic yang  dapat  diartikan sebagai  “cahaya-listrik”.  Sel  surya  atau  sel PhotoVoltaic untuk    menyerap  energi matahari  dan  menyebabkan  arus  mengalir  antara  dua  lapisan  bermuatan  yang berlawanan.  Sel  surya  perlu  dilindungi  dari  kelembaban  dan  kerusakan  mekanis karena  hal  ini  dapat  merusak  efisiensi  panel  surya  secara  signifikan,  dan menurunkan masa pakai dari yang diharapkan. Panel surya merupakan pembangkit listrik yang mampu mengkonversi penyinaran matahari yang diubah menjadi energi listrik. Energi matahari sesungguhnya  merupakan sumber energi yang menjanjikan mengingat  sifatnya continue serta  jumlahnya  yang  besar  dan  melimpah ketersediaannya.  Matahari  merupakan  sumber  energi  yang  diharapkan  dapat mengatasi atau memecahkan permasalahan kebutuhan energi masa depan setelah berbagai  sumber  energi  konvensional  berkurang  jumlahnya  serta  tidak  ramah terhadap  lingkungan.  Panel  surya  juga  memiliki  kelebihan  menjadi  sumber  energi yang praktis dan ramah lingkungan mengingat tidak membutuhkan transmisi seperti jaringan listrik konvensional, karena dapat dipasang secara modular disetiap lokasi yang membutuhkan.

## Gambar 2. Solar cell

## METODE
Sinar  matahari  menjadi  listrik  dengan  panel  photovoltaik,  kebanyakan menggunakan Poly  Cristallyne  Sillicon sebagai  material  semikonduktor photo  cell mereka. Prinsipnya sama dengan prinsip diode p-n.
Gambar 3. Prinsip Kerja Panel Surya Adapun  langkah  –  langkah  pengujian performance pada  lemari  pembeku terhadap beban pendingin sebagai berikut :
1.  Melakukan pengujian solar cell di tempat terbuka yang mendapat sinar matahari, pengujian dilakukan pada pukul 07:00 wib sampai 15:00 wib
2.  Mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan dari keluaran solar cell
3.  Memasang lemari pembeku dan memastikan terpasang dengan panel surya.
4.  Selanjutnya menjalankan alat uji sampai sistem dan aliran refrigerannya stabil.
5.  Catat temperatur dan waktu yang ditunjukkan oleh alat pengukur temperatur dan stopwatch.
6.  Catat waktu yang dibutuhkan keseluruhan dari suhu 25 0 C sampai suhu 0 0 C
Gambar 4. Sosialisasi ke masyarakat precut sei tuan
Gambar 5. Lemari pembeku menggunakan solar cell

## HASIL
1.  Hasil Tegangan, Arus dan Daya Pada Solar Cell
Pemasangan  sebuah  panel  sel  surya  pada  posisi  kemiringan  40˚,  terhadap sudut datang matahari seperti Gambar di atas. Dari panel sel surya. Pengambilan data posisi/sudut matahari sangat diperlukan. Hal ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar  pergeseran  sudut  matahari  pada  selang  waktu  tertentu.Pengambilan  data  ini dilakukan pukul 08.00 hingga pukul 17.00. Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 1 sebagai berikut : NO WAKTU ARUS TEGANGAN DAYA 1 8:00 6,84 27,3 186,732 2 8:30 7,31 29,2 213,452
3 9:00 7,55 30,2 228,01 4 9:30 7,45 29,8 222,01 5 10:00 7,86 31,5 247,59 6 10:30 8,75 32,3 282,625 7 11:00 8,25 32,9 271,425 8 11:30 8,30 33,2 275,56 9 12:00 8,45 33,8 285,61 10 12:30 9,25 36,1 333,925 11 13:00 8,95 35,8 320,41 12 13:30 8,90 35,6 316,84 13 14:00 8,57 34,3 293,951 14 14:30 8,50 34,0 289 15 15:00 8,37 33,5 280,395 TOTAL 123,3 489,5 4047,535
Tabel  1  merupakan  hasil  dari  pengujian  untuk  mengetahui  perbandingan arus, tegangan dan daya yang dihasilkan oleh panel surya. Hasil dari table 1 diambil dari  hari  pertama  pada tanggal  6  Desember  2020  dan  mulai  dari  pukul  08.00  WIB sampai  dengan  15.00  WIB.  Untuk  melihat  hasil  dari  perbandingan  arus,  tegangan dan daya dapat dilihat pada gambar grafik berikut :
Gambar 6. Grafik hubungan antara waktu dengan tegangan Dari  table  1  data  pengujian  dapat  diperoleh  dan  dapat  membuat  grafik hubungan  antara  waktu  dengan  tegangan  seperti  yang  dijelaskan  pada  gambar  6 Tegangan  tertinggi  yang  di  dapat  yaitu  36,1  V  pada  pukul  12.30  WIB.  Pada  pukul
0 5 10 15 20 25 30 35 40 T eg an ga n Waktu Grafik Hubungan Antara Tegangan Dengan Waktu
13:00  posisi  panel  diubah  menjadi  menghadap  kearah  barat  sampai  pukul  15:00, yang dimana pada pukul 08:00 hingga 12:30 posisi panel menghadap kearah timur. Tegangan  maksimum  yang    di  dapat  mencapai  36,1  V  pada  pukul  12.30  WIB, sedangkan tegangan minimum yang didapat yaitu 27,3 V pada pukul 08:00.
Gambar 7. Grafik hubungan antara arus dengan waktu Dari  gambar  7  menjelaskan  tentang  grafik  dari  hubungan  antara  arus dengan  waktu.  Pengujian  ini  juga  dilakukan  mulai  pukul  08:00  hingga  15:00  dengan pengambilan hasil pengujian setiap 30 menit. Dari gambar 7 terlihat arus naik dengan stabil walapun mengalami penurunan pada pukul 9:30 dan kembali naik pada pukul 10:00 sampai 10:30 WIB. Arus maksimum yang dihasilkan 9,25 Ampere pada pukul 12:30 WIB dan arus minimum yaitu 6,84 Ampere pada pukul 8:00 WIB.
Gambar 8. Grafik antara waktu dengan daya
Dari  gambar  8  memperlihatkan  tentang  grafik  hubungan  antara  waktu dengan daya. Hasil dari daya didapat dari hasil perkalian dari tegangan (V) dengan kuat arus (I) di setiap 30 menit, dimulai dari pukul 08.00 WIB sampai dengan pukul 15.00  WIB.  Seperti  di  jelaskan  pada  gambar  8  sangat  terlihat  jelas  daya  yang  di hasilkan  pada  pukul  08.00  WIB  sampai  09.00  WIB  terjadi  kenaikan  daya  secara konstan  mulai  dari  186,732  watt  sampai  228,01  watt  dan  terjadi  penurunan  pada
0 2 4 6 8 10 A ru s Waktu Grafik Hubungan Antara Arus Dengan Waktu 0 100 200 300 400 D ay a Waktu Grafik Hubungan Antara Daya Dengan Waktu
pukul  09.30  WIB  yaitu  222,01  watt,  namun  pada  pukul  10.00  WIB  mengalami kenaikan kembali menjadi 247,59 watt. Mulai pukul 10.30 WIB daya naik sedikit dan mengalami  penurunan  kembali  sampai  pada  pukul  12.00  WIB  dan  daya  mencapai 285,61  Watt  akan  tetapi  pada  pukul  12:30  WIB  daya  mengalami  kenaikan  yang sangat  tinggi  yaitu  333,925  Watt  Kemudian  mulai  pukul  12.30  WIB  sampai  pukul 15:00 WIB mengalami penurunan daya menjadi 280,395 Watt.

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan bahawasannya nilai COP pada temperatur  25 0 C  sampai  0 0 C  yang  dihasilkan  oleh  aliran  arus  listrik  PLN  adalah  : 2,2286 – 2,4663 – 1,596 – 1,3312 – 1,3064 – 1,3064 – sedangkan nilai COP yang dihasilkan oleh  aliran  arus  lisrik  dari  solar  cell  adalah  :  2,2436  -  2,5033  -  1,405  -  1,4053  -  1,2124  - 1,2124 - dengan waktu yang dibutuhkan lemari pembeku dengan menggunakan aliran listrik Solar Cell untuk mencapai titik beku 00C adalah: 00:6:25 - 00:8:34 - 00:14:26 - 00:21:45 - 00:27:24 - 00:38:15

## DAFTAR PUSTAKA
Barun, A dan Rukmana, E. (2010) Analisis Performance Pada Heat Exchanger Jenis Sheel And  Tube  Tipe  Bem  Dengan  Menggnakan  Perubahan  Laju  Aliran  Massa  Fluida Panas (Mh). Program Studi Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Jakarta. Dzulfikar Dafi, Wisnu Broto. (2016) Optimalisasi Pemanfaatan Energi Listrik Tenaga Surya Skala  Rumah  Tangga .  E-Journal  SNF2016,  Jakarta:  Jurusan  Teknik  Elektro, Universitas Pancasila Jakarta.
Hamid, A dan Erwahyudi, (2017) Perancangan Alat Simulasi Air Conditioner Split Wall ½ Pk  Terhadap  Beban  Panas  Di  Dalam  Ruangan. Batam  :  Program  Studi  Teknik Mesin, Universitas Batam
Handoyo, A dan Lukito, A. (2002) Analisis Pengaruh Pipa Kapiler Yang Dililitkan Pada Line Suction  Terhadap  Performasi  Mesin  Pendingin. Program  Studi  Teknik  Mesin, Universitas Kristen Petra.
Holman, Jack P, (Terj. Jasjfi, E). 1993 “ Perpindahan Panas , Cetakan 3” Jakarta, Erlangga.
Irawan  Aldi  T,  (2019)  “ Analisa  Numerik  Perpindahan  Panas  Pada  ACWH  Dengan  Pipa Kapiler Sebagai Penghantar Panas” Laporan Tugas Akhir. Medan : Program Studi Teknik Mesin, UMSU.
Kuswary,  R.  (2019) Simulasi  Numerik  Kerugian  Energi  Pada  Belokan  Pipa. Laporan Tugas Akhir. Medan : Program Studi Teknik Mesin, UMSU.
Ramadani  R.  (2019)  “ Studi  Experimental  Potensi  Penyerapan  Energi  Matahari  Sistem Fotovoltaik  Di  Wilayah  Pegunungan  Sibolangit” .  Laporan  Tugas  Akhir.  Medan  : Program Studi Teknik Mesin, UMSU.
Rusman. (2015) Pengaruh Variasi Beban Terhadap Efisiensi Solar Cell Dengan Kapasitas 50 WP . Jurnal, Lampung: Jurusan Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Metro.