Analisis Pengaruh Variasi Laju Aliran Air pada Sistem Pendinginan Modul Fotovoltaik dengan Simulasi CFD (Computational Fluid Dynamics)

Syafril Agustion Tomayahu; M. Sya'banur  Rozaq; Rahmat  Romadhon; Justin  Pradipta; Irsyad N.  Haq; Edi Leksono

doi:10.5614/joki.2024.16.2.9

Penulis

Syafril Agustion Tomayahu Laboratorium Manajemen Energi, Program Studi Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung, Indonesia
M. Sya'banur Rozaq Laboratorium Manajemen Energi, Program Studi Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung, Indonesia
Rahmat Romadhon Kelompok Keahlian Rekayasa kinerja Lingkungan Binaan, Program Studi Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung, Indonesia
Justin Pradipta (1)Laboratorium Manajemen Energi, Program Studi Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung, Indonesia, (2) Kelompok Keahlian Teknik Fisika, Program Studi Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung, Indonesia
Irsyad N. Haq (1) Laboratorium Manajemen Energi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung, Indonesia; (2) Kelompok Keahlian Fisika Teknik, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung, Indonesia
Edi Leksono (1) Laboratorium Manajemen Energi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung, Indonesia; (2) Kelompok Keahlian Fisika Teknik, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung, Indonesia

Kata Kunci:

Modul fotovoltaik, variasi laju aliran, simulasi CFD

Abstrak

Pengembangan energi terbarukan merupakan salah satu strategi utama mengurangi emisi gas rumah kaca dan mencapai tujuan global untuk membatasi pemanasan global di atas suhu pra-industrial. Studi ini menganalisis pengaruh variasi laju aliran air pendinginan modul fotovoltaik polikristalin tipe MS100-36 melalui simulasi ANSYS Fluent 2024 R1 Student. Simulasi ini dijalankan dari pukul 08:00 hingga 17:00, dengan fokus pengaruh suhu air masuk terhadap distribusi suhu modul fotovoltaik. Hasil simulasi menunjukkan kondisi tunak termal pada iradiasi 463 W/m² dengan koefisien alami 5 W/m².K terjadi proses distribusi suhu modul fotovoltaik, pada kondisi fluent pengaruh suhu air masuk ke permukaan modul fotovoltaik untuk rentang suhu air adalah 20°C hingga 30°C dengan interval 5°C dengan kecepatan air masuk 0,05, 0,1, dan 0,2 kg/s. Gambar kontur menunjukan bahwa peningkatan laju aliran air dapat meningkatkan efek pendinginan modul PV. Suhu air masuk yang lebih tinggi mentransfer lebih sedikit panas, mengakibatkan suhu modul fotovoltaik yang lebih tinggi. Laju aliran air 0.2 kg/s dan suhu air masuk 20°C menghasilkan distribusi suhu yang lebih rendah dan merata pada modul fotovoltaik. Dengan demikian, peningkatan laju aliran air dan penurunan suhu air masuk terbukti efektif dalam meningkatkan kinerja pendinginan modul fotovoltaik.

Referensi

F. L. Agus Cahyono Adi, “Handbook of energy and economic statistics of Indonesia,” Ministry of Energy and Mineral Resources Republic of Indonesia, 2022.

A. C. Lazaroiu, M. Gmal Osman, C. V. Strejoiu, and G. Lazaroiu, “A Comprehensive Overview of Photovoltaic Technologies and Their Efficiency for Climate Neutrality,” Dec. 01, 2023, Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/su152316297.

I. Renewable Energy Agency, World Energy Transitions Outlook 2022: 1.5°C Pathway - Executive Summary. 2022. [Online]. Available: www.irena.org

A. D. Sakti et al., “Multi-Criteria Assessment for City-Wide Rooftop Solar PV Deployment: A Case Study of Bandung, Indonesia,” Remote Sens (Basel), vol. 14, no. 12, Jun. 2022, doi: 10.3390/rs14122796.

E. Tarigan, “The Effect of Dust on Solar PV System Energy Output under Urban Climate of Surabaya, Indonesia,” in Journal of Physics: Conference Series, Institute of Physics Publishing, Nov. 2019. doi: 10.1088/1742-6596/1373/1/012025.

T. Rahajoeningroem and I. Jatnika, “Sistem Pendingin Otomatis Panel Surya Untuk Peningkatan Daya Output Berbasis Mikrokontroler Solar Panel Automatic Cooling System to Increase the Output Power Based on The Microcontroller,” TELEKONTRAN, vol. 10, no. 1, 2022, doi: 10.34010/telekontran.v10i1.4712.

G. R. Cahyono, P. R. Ansyah, and N. Q. Awaly, “Pendinginan panel surya menggunakan kotak pendingin dan sirip pendingin,” Angkasa: Jurnal Ilmiah Bidang Teknologi, vol. 13, no. 1, May 2021, doi: 10.28989/angkasa.v13i1.947.

R. Lazzarin, “Heat pumps and solar energy: A review with some insights in the future,” Aug. 01, 2020, Elsevier Ltd. doi: 10.1016/j.ijrefrig.2020.03.031.

S. Almoatham, A. Chiasson, R. Mulford, and M. Moreno-Pena, “Development of experimentally-validated models for nocturnal cooling of thermal systems with photovoltaic thermal (PVT) modules,” Solar Energy, vol. 268, p. 112279, Jan. 2024, doi: 10.1016/j.solener.2023.112279.

M. M. Rahman, M. Hasanuzzaman, and N. A. Rahim, “Effects of various parameters on PV-module power and efficiency,” Energy Convers Manag, vol. 103, pp. 348–358, Jul. 2015, doi: 10.1016/j.enconman.2015.06.067.

W. Woon Lee Meng Lee Lian Seng, “Solar PV Cell Cooling with cool water circulation system Design of closed-loop cool water re-circulatory system,” 2021. [Online]. Available: www.globalscientificjournal.com

Y. M. Irwan et al., “Comparison of solar panel cooling system by using dc brushless fan and dc water,” in Journal of Physics: Conference Series, Institute of Physics Publishing, Jun. 2015. doi: 10.1088/1742-6596/622/1/012001.

Z. Syafiqah, N. A. M. Amin, Y. M. Irwan, M. Z. Shobry, and M. S. A. Majid, “Analysis of photovoltaic with water pump cooling by using ANSYS,” in Journal of Physics: Conference Series, Institute of Physics Publishing, Oct. 2017. doi: 10.1088/1742-6596/908/1/012083.

M. Huot, L. Kumar, J. Selvaraj, M. Hasanuzzaman, and N. A. Rahim, “Performance Investigation of Tempered Glass-Based Monocrystalline and Polycrystalline Solar Photovoltaic Panels,” International Journal of Photoenergy, vol. 2021, 2021, doi: 10.1155/2021/2335805.

B. Sutanto, Y. S. Indartono, A. T. Wijayanta, and H. Iacovides, “Enhancing the performance of floating photovoltaic system by using thermosiphon cooling method: Numerical and experimental analyses,” International Journal of Thermal Sciences, vol. 180, Oct. 2022, doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2022.107727.

L. Liu, Q. Wang, H. Lin, H. Li, Q. Sun, and R. Wennersten, “Power generation efficiency and prospects of floating photovoltaic systems,” in Energy Procedia, Elsevier Ltd, 2017, pp. 1136–1142. doi: 10.1016/j.egypro.2017.03.483.

B. Sutanto et al., “Design and analysis of passively cooled floating photovoltaic systems,” Appl Therm Eng, vol. 236, Jan. 2024, doi: 10.1016/j.applthermaleng.2023.121801.

N. M. Adam, O. H. Attia, A. O. Al-Sulttani, H. A. Mahmood, A. As’arry, and K. A. M. Rezali, “Numerical analysis for solar panel subjected with an external force to overcome adhesive force in desert areas,” CFD Letters, vol. 12, no. 9, pp. 60–75, 2020, doi: 10.37934/cfdl.12.9.6075.

T. L. Bergman, A. S. Lavine, F. P. Incropera , D. P. Dewitt, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 7th edition. Wiley, 2011.