Rancang Bangun Water Cooling System dan Monitoring Output Pada Panel Surya Berbasis Internet of Things (IoT)
������������������������������
Design
and Build Water Cooling System and Output Monitoring on Solar Panels Based on
the Internet of Things (IoT)
Erlan Herlambang
Universitas Tanjungpura, Indonesia
Email: [email protected]
*Correspondence: Erlan Herlambang
|
DOI: 10.59141/comserva.v4i6.2493 |
ABSTRAK Energi listrik dihasilkan dari berbagai sumber
energi baik konversial ataupun terbarukan. Salah satu sumber energi
terbarukan untuk menghasilkan energi listrik yaitu sinar matahari, panel
surya adalah representasi dari sumber energi terbarukan yang mengandalkan
matahari sebagai sumber energi untuk menghasilkan listrik. Dengan merancang
water cooling system dengan tujuan untuk memaksimalkan efisiensi output panel
surya berbasis Internet of things (IoT).metode penelitian ini melibatkan
beberapa sensor yaitu INA219, BH1750, dan thermocouple K dimana untuk
mendeteksi keluaran dari panel surya serta mengukur suhu pada panel surya
dengan menggunakan smartphone diakses oleh aplikasi Blynk. Penelitian
dilakukan di pontianak dengan rata-rata intensitas cahaya matahari sebesar
654,88 W/m2 sehingga didapatkan hasil keluaran panel surya tanpa water
cooling system dengan rata-rata daya 32,16 W, dan suhu 48,29˚C dengan
efisiensi 7,2% . Sedangkan hasil keluaran panel surya menggunakan water
cooling system didapatkan rata-rata daya 40,63 W, dan suhu 40,23˚C
dengan efisiensi 9,1%. Jika dibandingan kedua panel maka dapat disimpulkan
efisiensi panel surya menggunakan water cooling system lebih besar. Kata kunci: Water Cooling System, Efisiensi, Blynk. |
|
|
ABSTRACT Electrical energy is generated from various energy sources, both
conventional and renewable. One of the renewable energy sources to produce
electrical energy is sunlight, solar panels are a representation of renewable
energy sources that rely on the sun as an energy source to generate
electricity. By designing a water-cooling system with the aim of maximising the output efficiency of solar panels based on
the Internet of things (IoT). This research method involves several sensors,
namely INA219, BH1750, and K thermocouple which detect the output of solar
panels and measure the temperature on solar panels using a smartphone
accessed by the Blynk application. The research was conducted in pontianak with an average sunlight intensity of 654.88
W/m2 so that the output results of solar panels without a water-cooling
system were obtained with an average power of 32.16 W, and a temperature of
48.29˚C with an efficiency of 7.2%. While the output of solar panels
using a water-cooling system obtained an average power of 40.63 W, and a
temperature of 40.23˚C with an efficiency of 9.1%. When compared between
the two panels, it can be concluded that the efficiency of solar panels using
a water-cooling system is greater. Keywords: Water Cooling System, Efficiency, Blynk. |
PENDAHULUAN
Penggunaan energi listrik terus berkembang seiring waktu, dengan penerapan
listrik dalam berbagai sektor, seperti industri, transportasi, dan rumah
tangga. Energi listrik telah membantu memajukan peradaban manusia dengan
memberikan akses ke berbagai kemudahan dan efisiensi (Zou et al., 2016). Energi listrik dihasilkan dari
berbagai sumber energi� baik konversial ataupun terbarukan (Ellabban et al., 2014). Salah satu sumber energi terbarukan
untuk menghasilkan energi listrik yaitu sinar matahari, panel surya� adalah representasi dari sumber energi
terbarukan yang mengandalkan matahari sebagai sumber energi untuk menghasilkan
listrik (De Vries et al., 2007). Namun Pemanfaatan energi matahari
sebagai sumber energi di Indonesia belum dilakukan secara maksimal. Indonesia
merupakan wilayah yang paling banyak mendapatkan sinar matahari sebagai sumber
energi potensial dengan rata-rata 4,5 kWh/m2 energi radiasi matahari setiap
hari (Afriandi, 2017) .
Panel surya digunakan untuk menghasilkan energi listrik dari sinar matahari
dengan cara menerima dan mengubah energi surya menjadi energi listrik yang
dapat digunakan (Khan & Arsalan,
2016). Namun,
ketika panel surya terkena sinar matahari, suhu panel surya dapat meningkat
secara signifikan. Suhu�� atau�� temperatur��
udara�� yang�� tinggi��
dapat mempengaruhi� kinerja� panel�
surya (Mekhilef et al., 2012).�
Suhu optimal operasi panel surya sendiri�
adalah 25�C. Setiap� kenaikan� temperatur 1�C dari (25�C) akan berkurang
sekitar 0,4 % pada total�� daya�� yang��
mampu�� dihasilkan�� atau��
akan melemah 2 kali lipat untuk kenaikan temperatur per 10�C.� Kenaikan suhu lingkungan dapat mengurangi
daya output hingga -0,7113 W/�C.�
Peningkatan� temperatur� udara�
juga dapat mengurangi� tegangan
output� panel� surya�
hingga 0,22V/�C (Afriandi, 2017).
Oleh karena itu, penting untuk menjaga suhu panel surya agar tetap dalam
kisaran yang optimal (Siecker et al., 2017). Salah satu metode yang umum digunakan
adalah menggunakan sistem pendinginan dengan air (water
cooling) (Nguyen et al., 2007). Sistem pendinginan ini melibatkan
sirkulasi air melalui panel surya untuk menyerap panas yang dihasilkan dan
menjaga suhu panel surya tetap rendah.
Manfaat Sistem pendinginan dengan air pada panel surya yaitu meningkatkan
efisiensi keluaran panel surya (Atmaca & Yigit,
2003). Dengan
menjaga suhu panel surya tetap rendah, agar panel surya dapat menghasilkan daya
yang lebih tinggi. Sisem pendinginan yang efektif dapat memperpanjang pakai
panel surya dengan mengurangi tekanan termal pada komponen-komponen elektronik
di dalamnya, sehigga dapat mengurangi risiko kerusakan kinerja panel surya (Chandel & Agarwal,
2017).
Monitoring panel surya dapat memantau keluaran atau output dari beberapa
parameter dari panel surya berupa tegangan, dan arus panel (Forero et al., 2006). Serta sangat penting untuk
mengidentifikasi perubahan suhu yang tidak normal atau potensi masalah pada
panel surya (Lin & Claridge,
2015).
Monitoring panel surya dapat dilakukan dengan menggunakan sensor-sensor yang
digunakan dan ditempatkan di beberapa titik strategis pada panel surya (Mallor et al., 2017). Parameter sensor yang terkumpul dapat
dianalisis dan dipantau secara real-time untuk mendeteksi perubahan suhu yang
signifikan atau keadaan yang mengkhawatirkan sehingga pemeliharaan yang tepat
waktu dapat dilakukan, seperti membersihkan panel surya atau melakukan
perbaikan jika ada masalah yang terdeteksi (Glasgow et al., 2004).
Berdasarkan permasalahan di atas, peneliti hendak membuat sistem yang
memanfaatkan sensor suhu, arus, tegangan serta intensitas cahaya untuk
mengetahui pengaruhnya terhadap output panel surya. Tujuan dari penelitian ini
adalah untuk mengetahui cara membuat water cooling system dan monitoring output
pada panel surya menggunakan IoT berbasis Blynk, sehingga dapat membandingkan
sistem pendingin panel surya dengan yang tanpa sistem pendingin panel surya.
METODE
Metode penelitian ini
meliputi beberapa tahapan, yaitu: (1) studi literatur dengan mengumpulkan dan
mempelajari teori penunjang dari berbagai sumber baik offline
maupun online terkait penelitian ini, (2) pengujian
alat untuk memastikan sensor dan program berfungsi sesuai kebutuhan penelitian,
(3) perancangan dan pemrograman alat, yaitu merancang dan membuat alat serta
memprogramnya sesuai penelitian, yakni sistem pendingin air dan monitoring output pada panel
surya berbasis Internet of Things
(IoT), (4) perakitan alat yang telah dikalibrasi
sesuai rancangan penelitian, (5) kalibrasi alat untuk menyelaraskan parameter
tiap sensor seperti tegangan, arus, intensitas cahaya, dan suhu dengan alat
manual, (6) pengambilan data meliputi pengukuran keluaran panel surya
(tegangan, arus, daya, intensitas cahaya, suhu panel) dan pengiriman informasi
melalui aplikasi Blynk, serta (7) pembahasan dan
analisis data untuk menjawab rumusan masalah yang diangkat dalam penelitian
ini.
Gambar 1. Diagram Alir
Penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perancangan alat water
cooling system dan monitoring output panel surya� berbasis internet of things (IoT) perlu
dilakukan pengujian dengan maksud untuk mengetahui kinerja, keakuratan,
keefisienan dan keandalan dari alat yang telah dirancang (Al-Ali et al., 2019). Proses pengujian dilakukan untuk membandingkan hasil
dari alat yang telah dirancang dan menggunakan alat manual seperti voltmeter,
ampermeter, solarmeter, thermometer gun dan alat lainnya dalam melakukan
pengambilan data terhadap variabel yang diukur.
Hasil Penelitian Alat
Pada Perancangan alat
water cooling system dan monitoring output panel surya� berbasis internet of things menggunakan 2
panel surya 100WP dengan spesifikasi yang sama, satu panel surya menggunakan
water cooling system (WCS) dan panel surya lainnya tanpa water cooling system
digunakan untuk perbandingan.
Gambar 2. Water Cooling System
(WCS)
Gambar 2 memperlihatkan
water cooling system (WCS) pada tampak depan ada 2 panel surya menghadap matahari, panel surya sebelah kanan dilengkapi
dengan WCS dan sebelah kiri
tanpa WCS. Panel WCS terdapat
2 pipa yang terletak pada bagian
atas dan bawah panel, pipa bagian
atas terdapat 20 lubang kecil dengan jarak antar lubang 2 cm, lubang berfungsi sebagai keluarnya aliran air diatas permukaan panel surya. Pipa bagian bawah berfungsi
sebagai talang air yang jatuh dari permukaan
panel surya. Air tersebut dialirkan ke bak
penampungan untuk digunakan kembali. Proses pengaliran air kepermukaan panel surya dilakukan secara otomatis dengan menggunakan perangkat elektronik hasil rancangan seperti diperlihatkan pada gambar 4.2.
Pada sistem elektronik WCS terdapat berbagai modul elektronik seperti 2 modul INA219, 2 modul MAX6675, 1 modul relay, 1 modul BH1750, NodeMCU ESP32, dan
2 resistor 12 Ω untuk mendapatkan
nilai arus.
Gambar 3. Sistem Elektronik Water
Cooling System (WCS)
Pembahasan hasil
penelitian merupakan bentuk kecendekiawanan peneliti. Untuk itu penulis
diharapkan dapat mengungkapkan secara rinci dan mendalam hal-hal yang menjadi
temuan dalam penelitiannya. Dalam bagian ini, penulis harus merujuk pada
hasil-hasil penelitian sebelumnya yang telah terbit dalam jurnal ilmiah
(terutama jurnal internasional bereputasi). Penulis juga disarankan untuk
merujuk hasil-hasil penelitian yang telah diterbitkan dalam Jurnal Cerdika: Jurnal Ilmiah Indonesia.
Berikut adalah beberapa
contoh penulisan rujukan dalam tubuh artikel. Penulisan dapat seperti ini, atau
juga ada dua penulis maka ditulis seperti ini. Jika terdapat 4 atau lebih
penulis, maka ditulis seperti ini. Lalu, dapat juga ditulis nama di luar tanda
kurung, seperti Leonard (2013), menyesuaikan dengan pernyataan yang ditulis.
Penulisan rujukan TIDAK PERLU mencantumkan halaman dari sumber rujukan yang
dikutip. Perlu dicatat bahwa semua penyebutan nama adalah mengikuti nama
belakang dari setiap penulis yang dikutip.
Bagian pembahasan diharapkan dapat memberikan sumbangan
dan warna baru bagi pengembangan ilmu pengetahuan, khususnya di bidang sesuai
artikel yang ditulis. Untuk itu, penulis diharapkan dapat benar-benar
memberikan perhatian khusus untuk memastikan bahwa pembahasan yang dituliskan
merupakan bagian penting dari keseluruhan isi artikel, yang dapat meningkatkan
kualitas keilmuan.
KESIMPULAN
Berdasarkan perancangan sistem dan pengujian,
perhitungan, serta analisis terhadap output panel surya menggunakan water
cooling system, dapat disimpulkan bahwa: (1) sistem yang dirancang dapat
memonitor keluaran panel surya, seperti tegangan (V), arus (A), daya (P), suhu
(˚C), dan intensitas cahaya (lux), serta mampu mengontrol pompa dual mode;
(2) pengujian sensor pada water cooling system menunjukkan ketepatan pengukuran
lebih dari 95%; (3) kode perintah pada pompa manual berfungsi sesuai instruksi,
dan pompa otomatis bekerja sesuai set point yang ditetapkan; (4) rata-rata
waktu respon pompa otomatis pada set point 42˚C adalah 2,816 detik dan
2,714 detik pada 38˚C, sementara waktu respon pompa manual untuk perintah
ON adalah 2,060 detik dan OFF adalah 1,991 detik; (5) daya rata-rata output
panel surya dengan water cooling system meningkat sebesar 7,87 W dibandingkan
panel tanpa water cooling system; dan (6) suhu rata-rata panel dengan water
cooling system adalah 40,23˚C, sementara panel tanpa cooling mencapai
48,29˚C, dengan intensitas cahaya rata-rata 654,88 W/m�.
DAFTAR PUSTAKA
Afriandi,
A. (2017). Implementasi Water Cooling System Untuk Menurunkan Temperature
Losses Pada Panel Surya. Tanjungpura University.
Al-Ali, A. R., Al Nabulsi, A., Mukhopadhyay, S., Awal, M. S.,
Fernandes, S., & Ailabouni, K. (2019). IoT-solar
energy powered smart farm irrigation system. Journal of Electronic Science
and Technology, 17(4), 100017.
Atmaca,
I., & Yigit, A. (2003). Simulation of solar-powered absorption cooling
system. Renewable Energy, 28(8), 1277�1293.
Chandel,
S. S., & Agarwal, T. (2017). Review of cooling techniques using phase
change materials for enhancing efficiency of photovoltaic power systems. Renewable
and Sustainable Energy Reviews, 73, 1342�1351.
De
Vries, B. J. M., Van Vuuren, D. P., & Hoogwijk, M. M. (2007). Renewable
energy sources: Their global potential for the first-half of the 21st century
at a global level: An integrated approach. Energy Policy, 35(4),
2590�2610.
Ellabban,
O., Abu-Rub, H., & Blaabjerg, F. (2014). Renewable energy resources:
Current status, future prospects and their enabling technology. Renewable
and Sustainable Energy Reviews, 39, 748�764.
Forero,
N., Hern�ndez, J., & Gordillo, G. (2006). Development of a monitoring
system for a PV solar plant. Energy Conversion and Management, 47(15�16),
2329�2336.
Glasgow,
H. B., Burkholder, J. M., Reed, R. E., Lewitus, A. J., & Kleinman, J. E.
(2004). Real-time remote monitoring of water quality: a review of current
applications, and advancements in sensor, telemetry, and computing
technologies. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 300(1�2),
409�448.
Khan,
J., & Arsalan, M. H. (2016). Solar power technologies for sustainable
electricity generation�A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews,
55, 414�425.
Lin,
G., & Claridge, D. E. (2015). A temperature-based approach to detect
abnormal building energy consumption. Energy and Buildings, 93,
110�118.
Mallor,
F., Le�n, T., De Boeck, L., Van Gulck, S., Meulders, M., & Van der
Meerssche, B. (2017). A method for detecting malfunctions in PV solar panels
based on electricity production monitoring. Solar Energy, 153,
51�63.
Mekhilef,
S., Saidur, R., & Kamalisarvestani, M. (2012). Effect of dust, humidity and
air velocity on efficiency of photovoltaic cells. Renewable and Sustainable
Energy Reviews, 16(5), 2920�2925.
Nguyen,
C. T., Roy, G., Gauthier, C., & Galanis, N. (2007). Heat transfer
enhancement using Al2O3�water nanofluid for an electronic liquid cooling
system. Applied Thermal Engineering, 27(8�9), 1501�1506.
Siecker,
J., Kusakana, K., & Numbi,� et B. P.
(2017). A review of solar photovoltaic systems cooling technologies. Renewable
and Sustainable Energy Reviews, 79, 192�203.
Zou,
C., Zhao, Q., Zhang, G., & Xiong, B. (2016). Energy revolution: From a
fossil energy era to a new energy era. Natural Gas Industry B, 3(1),
1�11.
|
|
|
