ISBN : 978-602-19421-0-9 Prosiding Seminar Nasional Kimia 2013
ANALISIS TERMODINAMIKA SISTEM HIBRIDA PV/T BERDASARKAN MODEL TERMAL
%&
'(
)
! ! *+ (
"# "#
$ $
), )
ABSTRACT In this paper, the analysis of PV/T system with air collector have been done as an attempt to investigate the system performances based on energy and exergy analysis using thermodynamics (thermal) analysis. The experimental data for a typical day of July, 9th 2012 for Bontang City, East Kalimantan are used for calculation of the energy, exergy, energy and exergy efficiencies of the PV and PV/T systems. It is found that varies flow of energy (thermal and electrical) from a minimum of 312 W to maximum of 522 W, the PV exergy varies from a minimum of 18 W to a maximum of 41 W corresponding to the total energy of system and PV/T exergy varies from a maximum of 117 W to a minimum of 52 W, respectively. Meanwhile, the exergy efficiency for the PV/T system varies from a maximum of 18% to a minimum of 12% and exergy efficiency for the PV system varies from a minimum of 3% to a maximum 6%. Keywords : PV system; PV/T system; energy; exergy; experimental data
PENDAHULUAN Ketersediaan sumber energi tak terbaharui (BBM) semakin menipis dan harganya relatif sudah sangat tinggi, sehingga mendorong berbagai pihak untuk mencari inovasi-inovasi baru dalam pengembangan teknologi yang mampu memenuhi kebutuhan energi dan mampu mengurangi masalah yang berkaitan dengan isu lingkungan, salah satu diantaranya sumber energi terbarukan melalui pengembangan teknologi Fotovoltaik (PV). Kinerja modul PV sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan, terutama peningkatan suhu sel yang berkorelasi dengan penurunan efisiensi listriknya. Upaya untuk mereduksi pengaruh ini, diantaranya integrasi kolektor udara yang mampu menyerap panas pada sistem hibrid PV/T (Fotovoltaik-Termal) dengan mengalirkan fluida (udara atau air) dan secara simultan dapat menghasilkan energi listrik dan energi panas secara bersamaan atau menggunakan kombinasi kedua fluida tersebut dengan memodifikasi aliran udara (proses konveksi bebas atau paksa) dan merancang pipa untuk mengalirkan udara atau air yang terkoneksi dengan modul PV untuk proses pendinginan (Ibrahim, et.al, 2011). Beberapa studi yang telah dilakukan terkait modifikasi PV/T, diantaranya Tripanagnostopoulos, et.al (2002) yang melakukan pengujian eksperimental terhadap PV/T-liquid collector dan PV/T-kolektor udara untuk modul a-Si (amorfus-Si) dan c-Si (crystalline-Si) yang menunjukan bahwa reduksi suhu menghasilkan peningkatan efisiensi total (termal dan listrik) sampai 55% untuk c-Si dan 60% untuk a-Si (untuk PV/T-liquid collector), serta 38% untuk c-Si dan 45% untuk a-Si (PV/T-kolektor udara). Zondag, et.al (2003) melakukan pengujian dan evaluasi terhadap modifikasi sembilan buah prototipe PV/T hasilnya menunjukan bahwa reduksi terhadap suhu sel PV menghasilkan peningkatan efisiensi diatas 50%. Penelitian yang dilakukan oleh Infield, et.al (2004) menunjukan bahwa reduksi suhu PV dilakukan dengan mengalirkan udara diantara saluran antara dua lapisan kaca penutup untuk proses pemanasan, selain itu Coventry (2005) melakukan studi terhadap sistem PV/T dengan mengintegrasikan pengkonsentrasi cahaya yang menunjukan bahwa efisiensi termal dan listrik masing-masing sekitar 58% dan 11%. Pengembangan model analisis PV/T yang divalidasi dengan data eksperimental dilakukan oleh Joshi and Tiwari (2007) melakukan analisis terhadap sistem PV/T kolektor udara yang terkoneksi secara seri berdasarkan tinjauan efisiensi energi dan eksergi menunjukan bahwa efisiensi total sistem mengalami penurunan terhadap panjang modul akibat proses rugi-rugi sistem. Analisis Model Termal didasarkan pada hasil penelitian yang dilakukan oleh Joshi dan Tiwari (2007) ; Sarhaddi, et.al (2010) ; Agrawal dan Tiwari (2011), dimana persamaan keseimbangan energi sistem PV/T solar kolektor dinyatakan berdasarkan beberapa asumsi, diantaranya : system dianggap dalam keadaan kuasi-tunak (quasisteady state), transmitivitas lapisan EVA hampir 100%, variasi suhu terhadap ketebalan lapisan diabaikan, aliran udara pada saluran seragam, dan kemiringan sistem PV/T solar kolektor rata-rata sekitar 350.
247
ISBN : 978-602-19421-0-9 Prosiding Seminar Nasional Kimia 2013
Gambar 1 Skema system PV/T solar kolektor dan skema pola aliran udara di bawah lapisan tedlar (Sumber : Joshi and Tiwari, 2007). Persamaan keseimbangan energi sistem PV/T kolektor diturunkan dengan mengacu pada skema yang ditunjukan Gambar 1 Dimana persamaan keseimbangan energi untuk modul PV :
τ [α c I (t )β c + (1 − β c )α T I (t )]bdx = [U t (Tc − Ta ) + U T (Tc − Tbs )]bdx + η c I (t )β c bdx ...................................(1) Persamaan (1) menunjukan bahwa laju energi matahari yang sampai pada permukaan modul setelah proses transmisi dan yang diserap oleh tedlar setelah prose transmisi dari lapisa EVA sama dengan laju panas yang hilang ke lingkungan oleh lapisan penutup kaca ke lingkungan dan oleh lapisan tedlar ke bagian permukaan belakang modul, serta laju aliran energi listrik yang dihasilkan oleh modul PV. Keseimbangan energi pada tedlar pada bagian belakang permukaan modul dinyatakan dengan :
U T (Tc − Tbs )bdx = hT (Tbs − Tudara )bdx ............................................................................................................(2) Persamaan keseimbangan energi untuk aliran udara dibawah tedlar (saluran udara) dinyatkan dengan :
hT (Tbs − Tudara )bdx = ma C a
dTudara
dx
dx + U b (Tudara − Tamb )bdx ................................................................(3)
Pernyataan untuk suhu aliran udara pada bagian bawah tedlar diperoleh melalui proses integrasi persamaan (3) dengan syarat awal Tudara = Tudara _ masuk di x = 0 :
Tudara =
h p1 h p 2 (ατ )eff I (t ) UL
1 − exp −
bU L x ma C a
+ Ta 1 − exp −
bU L x ma C a
+ Tud _ masuk exp −
bU L x .(4) ma C a
Suhu aliran udara keluar (outlet) yang mengalir dibawah tedlar dinyatakan dengan :
Tudara _ keluar = Tudara
h p1 h p 2 (ατ )eff I (t ) x=L
UL
+ I (t ) 1 − exp −
bU L L ma C a
+ Tud _ masuk exp −
bU L L (5) ma C a
Laju aliran panas yang bermanfaat yang diperoleh dari sistem PV/T kolektor udara dinyatakan dengan persamaan :
qu = ma C a (Tudara _ keluar − Tudara _ masuk ) =
ma C a bU L { h p1h p 2 (ατ )eff I (t ) − U L (Tudara _ masuk − Tamb )} 1 − exp − L UL ma C a
..........................................(6)
248
ISBN : 978-602-19421-0-9 Prosiding Seminar Nasional Kimia 2013
U L = U t _ udara + U b ; h p1 = U T (U t + U T ) (faktor penalti akibat kaca penutup modul PV dan h p 2 = hT (U tT + hT ) (faktor penalti akibat lapisan tedlar pada bagian bawah modul, serta pernyataan faktor Dengan
perkalian absorptansi-transmitansi efektif:
(ατ )eff
= τ {α c β c + α T (1 − β c ) − η c β c }I (t ).......... .......... .......... .......... .......... .( 7 )
Laju eksergi dari sistem PV/T kolektor udara dinyatakan dengan :
qeksergi = qu 1 −
(T0 + 273) 293 + ∆T
..........................................................................................................................(8)
Laju energi termal sistem dinyatakan dalam bentuk persamaan :
η (1 − β∆T )I (t )bL qen _ ter = 0 ............................................................................................................................(9) 0.38 dengan
β = 0.0045 / 0 C .
Efisiensi sistem PV/T kolektor udara dinyatakan dalam hubungan :
η en _ total =
[
T q i =1 en _ ter + qu T I (t )bL i =1
[
]
] = η 0 (1 − β∆T ) + η 0.38
ter .............................................................................(10)
Sedangkan efisiensi eksergi sistem PV/T kolektor udara dinyatakan dalam hubungan :
η eks _ total = η 0 (1 − β∆T ) + η ter 1 −
(T0 + 273) 293 + ∆T
.......................................................................................(11)
Energi dan eksergi termal bulanan yang dihasilkan sistem PV/T dinyatakan dalam hubungan : n Qu = ni qui ..................................................................................................................................................(12) i =1 dengan ni menyatakan lama pengamatan dalam satu bulan. Dalam tulisan ini dilakukan kajian tentang peningkatan efisiensi keluaran sistem PV/T dengan melakukan integrasi kolektor udara dengan merancang saluran untuk mengalirkan udara pada bagian belakang modul PV yang bertindak sebagai pendingin melalui proses konveksi paksa (forced convection) menggunakan kipas angin DC. Perancangan prototipe sistem PV/T dilakukan menggunakan dua buah modul PV 50 W (konfigurasi seri) dengan landasan struktur bahan kayu, plat penyerap panas, kipas angin DC, kontroler dan baterai. Proses pengambilan data mulai pukul 08.00 – 17.00 dengan mengunakan variasi rata-rata tiap jam, meliputi : intensitas matahari yang sampai pada permukaan PV (6 posisi berbeda), suhu permukaan PV, suhu bagian belakang PV, dan kelajuan angin berdasarkan input tegangan dari power supply untuk mendapatkan laju pendinginan yang terkait dengan perubahan efisiensi keluaran sistem PV/T. Analisis sistem PV/T didasarkan pada tinjauan Analisis Termodinamika (Termal) berdasarkan efisiensi energi dan eksergi yang divalidasi dengan data hasil pengamatan kinerja sistem PV/T.
METODOLOGI PENELITIAN Rancangan sistem PV/T terdiri dua buah modul PV Monokristalin Shinyoku (2 x 50 W) yang dihubungkan secara seri yang diintegrasi dengan kolektor udara berupa saluran yang dilengkapi dengan plat logam untuk menyerap udara panas yang bergerak di bagian bawah modul PV. Landasan modul PV digunakan struktur kayu yang membentuk suatu saluran udara (tedlar) yang dilengkapi dengan isolasi sistem untuk menghindari kebocoran panas antar sambungan material tersebut. Prototipe sistem PV/T yang terintegrasi dengan kolektor udara selanjutnya ditempatkan pada rangka penopang dengan kemiringan sekitar 300 dengan orientasi ke arah utara. Skema rancangan prototipe PV/T kolektor udara ditunjukan pada Gambar. 2. Intensitas radiasi matahari diukur menggunakan Solar Power Meter TM206, sensor suhu digunakan Termometer Termokopel digital Lutron TM-903A four channels untuk mengukur suhu modul PV, suhu bagian belakang modul PV,
249
ISBN : 978-602-19421-0-9 Prosiding Seminar Nasional Kimia 2013 suhu udara masuk (inlet) dan suhu udara keluar (outlet) dari kolektor udara. Pengukuran suhu lingkungan digunakan termometer raksa yang diletakan pada bagian atas modul PV. Sirkulasi udara yang dilewatkan pada saluran di bawah modul PV dilakukan dengan menggunakan dua buah kipas angin DC (24 W) yang dioperasikan menggunakan baterai dengan kapasitas 50 Ah, 12 V dan diletakan pada bagian saluran masuk udara dan kelajuan aliran udara diukur menggunakan Anemometer Digital Lutron AM-4200 yang diletakan pada bagian bawah saluran keluar. Pengukuran keluaran listrik digunakan Digital Clamp Meter, diantaranya arus keluaran modul PV (ISC), tegangan keluaran modul PV (VOC), arus yang tersimpan pada baterai (Im), dan tegangan baterai (Vm).
Gambar 2. Skema sistem PV/T kolektor udara dan bagian-bagiannya.
Gambar 3. Skema monitoring dan pengambilan data sistem PV/T kolektor udara Skema monitoring dan pengambilan data sistem PV/T kolektor udara mengacu pada skema yang dilakukan oleh Ibrahim, et.al (2011), seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Proses monitoring dan pengambilan data sistem PV/T kolektor udara dilakukan mulai jam 09.00 – 15.00 waktu setempat di Wilayah Samarinda (0°21'81"–1°09'16" LS dan
250
ISBN : 978-602-19421-0-9 Prosiding Seminar Nasional Kimia 2013 116°15'16"–117°24'16" BT) dan Bontang (0001’ - 0012’ LU dan 117023’ - 117038’ BT), dengan mengunakan variasi rata-rata tiap jam (hourly variation), meliputi : intensitas matahari yang sampai pada permukaan PV dengan mengambil 10 posisi berbeda pada permukaan modul PV yang dilakukan untuk mendapatkan keakurasian dalam pengukuran akibat ketidakpastian alat ukur yang digunakan (Joshi, et.al, 2011), suhu permukaan PV, suhu bagian belakang PV, suhu udara masuk dan suhu udara keluar, serta kelajuan angin pada bagian atas modul PV dengan 6 posisi berbeda dan kelajuan angin bagian bawah modul. Dengan mengacu pada Agrawal and Tiwari (2011), analitis statistik untuk membandingkan hasil simulasi dan eksperimental, maka digunakan analisis koefisien korelasi (r) dan deviasi persen akar kuadrat (e) berdasarkan persamaan :
r= N
(
N ( X i Yi ) − ( X i )( Yi ) X i2
)− (
2
Xi )
N
(
2
)
Yi − ( Yi )
2
..........................................................................................(13)
dan
e=
(
ei )2 ...................................................................................................................................................(14) N
dengan :
ei =
X i − Yi ………………………………………………………………………………………………………(15) Xi
HASIL DAN PEMBAHASAN Proses perancangan dan implementasi sistem PV/T terintegrasi udara dilakukan di Laboratorium Energi Alternatif FMIPA Universitas Mulawarman, dimana spesifikasi sistem yang digunakan ditunjukkan pada Tabel 1. Sistem PV/T yang diimplementasikan dalam kegiatan penelitian, selain diintegrasikan dengan kolektor udara juga telah diinstalisasi sebagai sumber energi listrik yang kompatibel dan mudah digunakan secara langsung tanpa proses perakitan yang rumit, seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Tabel 1 Deskripsi spesifikasi sistem PV/T terintegrasi kolektor udara Spesifikasi Bahan 1. Modul PV Dua Buah Modul PV @ 50 WP Produksi Shinyoku Luas Total 0,902 m2 2. Rangka Dasar Kayu 3. Penyangga Utama Besi 4. Penyerap Panas Alumunium foil (PV) dan plat logam alumunium pada ruang pemanas (heating space) 5. Sistem Pendingin Tiga Buah Kipas Angin DC @ 12 W, 12V 6. Sistem Penyimpanan Baterai 100 Ah, 12 V (sekaligus digunakan untuk sumber energi listrik untuk kipas angin 7. Sistem Instrumentasi Charge controller, Inverter DC/AC 1 kW, MCB, Power Meter, Meter Dasar (Volt dan Ampere Meter) 8. Sistem Sensor Solar power Meter, Anemomenter, Termometer termokopel
251
ISBN : 978-602-19421-0-9 Prosiding Seminar Nasional Kimia 2013
Gambar 4 Implementasi sistem PV/T terintegrasi kolektor udara Prinsip kerja sistem PV/T didasarkan pada proses pendinginan sel PV yang diletakkan pada suatu ruang pemanas (heating space) yang berfungsi untuk menampung panas yang diserap dan didinginkan menggunakan kipas angin DC. Untuk penerapan lebih lanjut dari panas buangan yang dihasilkan oleh sistem PV/T dapat digunakan dalam proses pengawetan produk hasil pertanian yang dialirkan dengan proses konveksi paksa untuk menguapkan kandungan air produk tersebut dalam suatu ruangan pemanas, selanjutnya uap air yang diuapkan tersebut akan dibuang ke lingkungan. Sistem PV/T dapat digunakan sebagai sistem cogeneration yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik, juga memanfaatkan panas buangan untuk digunakan dalam proses lainnya. Hasil pengujian dan monitoring sistem PV/T ditunjukkan pada Tabel 2 dan 3, dimana parameter yang mempengaruhi kinerja sistem PV/T, meliputi faktor keluaran listrik (ISC, VOC, IBaterai, VBaterai) dan lingkungan (suhu lingkungan, radiasi matahari, kelajuan waktu) yang dicatat untuk interval waktu 15 menit dan dirata-ratakan dalam setiap satu jam pengamatan. Tabel 2 Data pengamatan intensitas matahari dan suhu pada pengujian dan monitoring PV/T pada Tanggal 9 Juli 2012 di TPA Bontang Lestari Kota Bontang Intensitas Matahari (W/m2) Suhu Intensitas Waktu (Jam) Rata-rata 1 2 3 4 5 6 Tling (K) Tsel (K) 9:00
581
569
626
607
660
657
616,7
302
327
10:00
604
726
748
729
744
718
711,5
304
329
11:00
877
882
860
865
852
846
863,7
305
337
12:00
952
975
1006
1013
1028
1031
1000,8
307
341
13:00
890
905
920
899
925
904
907,2
308
341
14:00
650
656
767
689
669
661
682,0
309
335
15:00
428
426
473
477
412
406
437,0
308
327
Tabel 3 Data pengamatan keluaran listrik PV/T dan baterai, serta kelajuan aliran udara pada dari saluran pemanas (dan suhu pada pengujian dan monitoring PV/T pada Tanggal 9 Juli 2012 di TPA Bontang Lestari Kota Bontang Fotovoltaik Baterai Kelajuan Aliran Udara Waktu (Jam) VOC (V) ISC (A) Vm (V) Im (A) v (m/s) 9:00
19
4,0
13,0
3,8
1,9
10:00
19,1
5,6
13,5
4,0
2,0
11:00
19,2
4,8
13,4
4,4
2,0
12:00
19,1
6,0
13,3
5,6
2,0
13:00
19,2
5,8
13,7
5,8
2,0
14:00
19,1
4,2
13,2
3,3
2,1
15:00
18,7
3,8
12,8
3,0
2,2
252
ISBN : 978-602-19421-0-9 Prosiding Seminar Nasional Kimia 2013 Tinjauan analisis Termodinamika untuk sistem PV didasarkan pada dua faktor utama, yaitu sifat listrik dan sifat termal. Pada saat konversi energi matahari menjadi energi listrik terjadi, maka sebagian energi tersebut akan berubah menjadi panas (termal) yang akan hilang ke lingkungan. Aliran energi listrik (luaran energi) dan eksergi luaran sistem PV yang dihasilkan oleh sistem PV dinyatakan dalam hubungan (Joshi, et.al, 2009):
E n out = E n elektrik + E n termal = V OC I SC + Q .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ..(16 ) Ex out = E x elektrik + E x termal + E x destruksi = Exelektrik
+ I '......... .......... .......... .......... .....( 17 )
dimana I’ pada persamaan (17) menunjukkan konsumsi sistem eksergi (berharga nol untuk proses reversibel dan lebih besar dari nol untuk proses irreversibel) dinyatakan dalam hubungan :
I′ =
Ex destruksi = E x d , elektrik + E x d , termal .......... .......... .......... .......... .......... ..( 18 )
Untuk menghitung eksergi listrik sistem PV, Exelektrik diasumsikan bahwa kandungan eksergi yang sampai pada permukaan PV seluruhnya digunakan untuk menghasilkan eksergi listrik maksimum (VOCISC) yang dihitung menggunakan persamaan :
Exelektrik = Enelektrik − I ′ = VOC I SC − (VOC I SC − Vm I m ) = Vm I m
......................................................................................................(19)
Eksergi termal sistem PV berupa panas yang hilang dari permukaan PV ke lingkungan, dimana secara termodinamika dinyatakan dalam bentuk :
T Extermal = 1 − ambient Q Tsel ......................................................................................................................(20) dimana
Q menyatakan panas yang hilang yang dinyatakan dalam hubungan :
Q = hca A(Tsel − Tambient ) dengan
..........................................................................................................................(21)
hca = 5,7 + 3,8v hca menyatakan koefisien transfer panas (konvektif atau radiatif), v menyatkan laju aliran
angin, A luas permukaan PV, Tsel menyatakan temperatur sel dan Tambient merupakan temperatur rata-rata lingkungan. Dengan meninjau persamaan (16) – (21) persamaan umum yang menyatakan aliran eksergi sistem PV dan sistem PV/T dinya1takan dengan : • Untuk Sistem PV :
T Ex PV = Vm I m − 1 − ambient hca A(Tsel − Tambient ) Tsel •
Untuk sistem PV/T
T Ex PV / T = Vm I m + 1 − ambient hca A(Tsel − Tambient ) Tsel ................................................................(23) Efisiensi energi sistem PV dinyatakan sebagai rasio antara keluaran energi sistem (energi listrik dan termal) terhadap energi masuk (energi matahari) yang sampai pada permukaan PV, dinyatakan dalam bentuk hubungan :
η energi =
Enoutput
V I +Q = OC SC ST A Eninput ...........................................................................................................(24)
Untuk solar sel efisiensi konversi dinyatakan sebagai kemampuan sel untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik, sehingga efisiensi konversinya dinyatakan dalam bentuk :
253
ISBN : 978-602-19421-0-9 Prosiding Seminar Nasional Kimia 2013
η pc =
FFVOC I SC ST A .....................................................................................................................................(25)
dengan FF menyatakan “fill factor” :
FF =
Vm I m VOC I SC ..............................................................................................................................................(26)
Sedangkan efisiensi konversi maksimul sel PV dinyatakan dalam bentuk :
η m ,elektrik =
VOC I SC ST A .................................................................................................................................(27)
Evaluasi terhadap efisiensi eksergi sel PV diperlukan informasi tentang eksergi total yang masuk (irradiansi matahari) yang nilainya ditentukan berdasarkan persamaan :
T Ex solar = 1 − ambient ST A Tmatahari ...................................................................................................................(28) dimana Tsolar = 5777 K, sehingga efisiensi eksergi untuk sistem PV, secara umum dinyatakan dalam bentuk hubungan :
ψ= •
Exoutput Exinput
Exinput −
Exdestruksi
Exinput
=1−
I′ Exinput .............................................................................(29)
Untuk Sistem PV :
ψ PV =
•
=
T Vm I m − 1 − ambient (hca A(Tsel − Tambient )) Tsel T 1 − ambient ST A Tmatahari
...........................................................................(30)
Untuk sistem PV/T
ψ PV / T =
T Vm I m + 1 − ambient (hca A(Tsel − Tambient )) Tsel T 1 − ambient ST A Tmatahari
...................................................................(31)
Dengan mengacu pada data hasil pengujian sistem PV/T pada Tabel 2 dan 3, evaluasi kinerja sistem PV terhadap sistem PV/T dapat dilakukan dengan mengacu pada model Persamaan 16 – 21 dan 22 – 31. Prinsip yang digunakan dalam proses evaluasi didasarkan pada reduksi suhu pada modul PV yang dimanfaatkan oleh sistem PV/T untuk menghasilkan energi termal yang dapat dimanfaatkan. Gambar 5 menunjukkan variasi energi total (listrik + termal), eksergi PV, eksergi PV/T dan radiasi matahari terhadap waktu pengamatan yang dilakukan. Hasil pengamatan Tanggal 9 Juli 2012 menunjukkan variasi radiasi matahari antara 437 – 1000 W, variasi energi total antara 312 – 522 W, variasi eksergi PV antara 18 – 41 W dan variasi eksergi PV/T antara 52 – 117 W. Hasil ini menunjukkan adanya perbedaan yang cukup besar antara energi matahari dengan energi yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan usaha yang dapat dimanfaatkan, sehingga untuk meningkatkan konversi perlu dilakukan upaya-upaya perbaikan terhadap sistem PV/T yang dibuat atau disebut dengan
254
ISBN : 978-602-19421-0-9 978 Prosiding Seminar Nasional Kimia 2013
Satuan Energi (W/m2)
potential improvement (IP) terhadap sistem, misalnya sistem pendingin merupakan merupakan kombinasi dari air dan udara, menambah luas permukaan modul PV, Kombinasi PV-Termoelektrik, PV dan sebagainya. Solar Radiation Total energy (electrical and thermal) PV exergy
1200,0 1000,0 800,0 600,0 400,0 200,0 0,0 8
9
10
11
12 13 Waktu (Jam)
14
15
16
Gambar 5 Variasi radiasi matahari, energi total (listrik (listrik + termal), eksergi PV dan eksergi PV/T terhadap terhada waktu pengamatan Tanggal 9 Juli 2012.
Efficiency (%)
Gambar 6 hasil pengamatan Tanggal 9 Juli 2012 yang memberikan memberikan hasil variasi efisiensi energi sekitar 57 – 79%, variasi efisiensi konversi berkisar antara 7,1 – 9,7%, efisiensi eksergi PV berkisar antara 3 – 6% dan efisiensi eksergi PV/T sekitar 12 – 18%. Untuk meninjau meninjau hubungan keterkaitan antara parameter efisiensi efisien eksergi sistem PV dan sistem PV/T yang mencirikan usaha maksimum yang dapat dapat dimanfaatkan berdasarkan data hasil pengujian, m maka perlu dilakukan analisis % RMS dan koefisien korelasi. Hasil Ha perhitungan terhadap erhadap perbandingan antara sistem PV/T dan sistem PV terhadap sistem PV dihasilkan untuk pengujian pengujian Tanggal 9 Juli 2012 diperoleh ‘e’ = 6,6% dan r = 0,92. Hasil ini menunjukkan terdapat korelasi kuat antara sistem sistem PV dan sistem PV/T yang berkaitan peningka peningkatan efisiensi eksergi sistem PV akibat peningkatan radiasi matahari dan diperoleh diperoleh kenyataan bahwa efisiensi energi selalu le lebih besar dari efisiensi eksergi, baik untuk sistem PV maupun PV/T. PV/T
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 8,00
Energy efficiency
PV/T exergy efficiency
PV exergy efficiency
PV/T exergy efficiency
9,00
10,00
11,00
12,00
13,00
PV conversion efficiency
14,00
15,00
16,00
Time (hour) Gambar 6 Variasi efisiensi energi total, efisiensi konversi PV, efisiensi eksergi PV, dan efisiensi eksergi PV/T PV/ terhadap waktu pengamatan Tanggal 9 Juli 2012
KESIMPULAN Hasil pengujian kinerja sistem PV dan PV/T yang bekerja bekerja menggunakan proses konveksi paksa dan validasi data lapangan terhadap model Termodinamik menunjukkan adanya adanya korelasi kuat antara proses reduksi suhu terha terhadap peningkatan efisiensi konversi berdasarkan efisiensi energi dan eksergi.Hasil simulasi menunjukkan menunju hasil komparasi
255
ISBN : 978-602-19421-0-9 Prosiding Seminar Nasional Kimia 2013 antara sistem PV dan PV/T bahwa dengan nilai deviasi % RMS (e) dan koefisien korelasi linear (r) yang divalidasi dengan data lapangan memberikan hasil e = 6,60 %, r = 0,92.
UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih disampaikan kepada Direktorat Penelitian dan Pengabdian Pada Masyarakat (DP2M) DIKTI yang telah mendanai Penelitian Hibah Bersaing dengan Nomor Kontrak : 423/H17.13/PG/2012,Tanggal 02 Mei 2012.
DAFTAR PUSTAKA Agrawal, S., Tiwari, G N. 2011. Performance Evaluation of Hybrid Modified Micro-channel Solar Cell Thermal Tile : an Experimental Validation. International Journal of Engineering, Science and Technology Vol.3 No.1, pp 244 – 254. Coventry, S J. 2005. Performance of a Concentrating Photovoltaic/Thermal Solar Collector. Solar Energy 78: 211 – 222. Dincer, I and Rosen, Marc, 2005. Thermodynamic Aspects of Renewables and Sustainable Development. Renewable and Sustainable Energy Reviews 9: 169–189. Infield, D, Mei, L and Eicker, U. 2004. Thermal Performance Estimation of Ventilated PV Facades. Solar Energy, 76(1-3): 93-98. Ibrahim, A., Jin, G. Li., Daghigh, R., Saleh, M., Othman, M. Y., Ruslan, M. H., Sopian, K. 2009. Hybrid Photovoltaic Thermal (PV/T) Air and Water Based Solar Collectors Suitable for Building Integrated Applications. Am. J. Environ.Sci., 5(5) : 618 – 624. Joshi, A S., Dincer, I. and Reddy, B.V. 2009. Thermodynamic Assessment of Photovoltaic Systems. Solar Energy, 83(8): 1139-1149. Joshi, A J. and Tiwari, A. 2007. Energy and Exergy Analysis of a Hybrid Photovoltaic-Thermal (PV/T) Air Collector. Renewable Energy 322223 – 2241. Joshi, A J., Dincer, I., Reddy, Bale V. 2011. Analysis of Energy and Exergy Efficiencies for Hybrid PV/T Systems. Int Journal of Low-Carbon Technologies, 6 : 64 – 69. Sarhaddi, F., Farahat, S., Ajam, H., Behzadmehr, A. 2010. Exergetic Performance Evaluation of a Solar Photovoltaic (PV) Array. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 4(3) : 502-519, 2010. Tripanagnostopoulos, Y N., Souliotis, T M., Yianoulis, P. 2002. Hybrid Photovoltaic/Thermal Solar System. Solar Energy 72 : 217 – 234. Zondag, H A., de Vries, D W., van Helden, W G J., van Jolingen, R J C. 2003. The Yield of Different Combined PVThermal Collector Designs. Solar Energy 74: 253 – 269.
256
