K = konduktifitas termal dari 2 material
[WattK] I
= arus yang mengalir [Ampere]
T
h
= temperatur permukaan panas [K]
T
c
= temperatur permukaan dingin [K]
a. Luas permukaan elemen
Luas permukaan elemen dapat dihitung dengan persamaan berikut: � =
π .�
2
4
………….....………………………...………………..….. 2.12 Keterangan:
A = luas permukaan elemen [cm
2
] d = diameter dari elemen
[cm]
b. Tahanan material
Tahanan total dari 2 material dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
� = 2 ��
� �
+
2 �
�
�................................................................................ 2.13
Keterangan: R = tahanan total dari 2 material
[ohm] L = panjang elemen
[cm] A = luas penampang elemen
[cm
2
] ρ = tahanan listrik
[Ohm cm] r = hubungan tahanan listrik
[Ohm cm
2
]
c. Konduktifitas termal
Besarnya konduktifitas termal dari 2 material dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
� = 2�
� �
……..………...…………………………………………... 2.14 Keterangan:
K = konduktivitas termal dari elemen [WattK] k = koefisien termal dari elemen
[Wattcm.K] A = ukuran elemen
[cm
2
] L = panjang elemen
[cm]
d. Arus optimum
Arus optimum yang mengalir pada termoelektrik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
�
���
=
2. �.�
1 −
� ���1+�.�
�
− 1�
…….………......…………...……………...….. 2.15 Keterangan:
I
opt
= arus optimum [Ampere]
α = kekuatan termoelektrik [VK]
R = tahanan jenis [Ohm]
T
1
= temperatur permukaan panas [K] T
= temperatur permukaan dingin [K] Z = figure of merit
[K
-1
] T
m
= temperatur rata-rata [K]
Temperatur rata-rata dihitung dengan menggunakan rumus: �
�
=
�
1
+ �
2
……..………...………………………….……..……….. 2.16
2.2 Energi Surya
2.2.1Sejarah Energi Surya
Energi surya adalah sumber energi tertua yang pernah digunakan. Pemakaian energi surya pertama yang dikenal adalah dalam pengeringan
makanan pengawet. Pada abad ke-18, tungku pembakaran energi surya telah digunakan dalam melelehkan besi, tembaga, dan logam lainnya yang
digunakan untuk dikonstruksi menjadi besi halus, lensa kacamata ataupun cermin. Tungku tersebut digunakan di seluruh Eropa dan Timur Tengah
[19]
.
Satu dari penggunaan pertama yang terbesar adalah tungku surya yang dibangun oleh ahli kimia terkenal dari Prancis, Lavoisier, di sekitar
tahun 1774, mengkonstruksi lensa kuat untuk mengkonsentrasi radiasi surya. Tungku ini dapat mencapai panas yang luar biasa dengan suhu
1750
o
C. Tungku tersebut menggunakan sebuah lensa dengan panjang 1,32 m ditambah lensa sekunder dengan panjang 0,2 m untuk mendapatkan
temperatur tersebut.
Gambar 2.5Solar Furnace
[6]
Pada abad ke-19, percobaan dilakukan untuk mengkonversi energi surya ke bentuk lain didasarkan pada generasi uap tekanan rendah untuk
mengoperasikan mesin-mesin uap. August Monchot merintis bidang ini dengan mengkonstruksi dan mengoperasikan beberapa mesin uap tenaga
surya diantara tahun 1864 dan 1878 di Eropa dan Afrika Utara.
2.2.2 Pengertian Energi Surya
Energi surya adalah energi yang berasal dari sinar dan panas dari matahari. Energi ini dapat dimanfaatkan dengan menggunakan
serangkaian teknologi seperti pemanas surya, fotovoltaik surya, listrik panas surya, arsitektur surya, dan fotosintesis buatan
[17]
.
Total energi surya yang diserap oleh atmosfer, lautan, dan daratan Bumi sekitar 3.850.000 eksajouleEJ per tahun. Pada tahun 2002, jumlah
energi ini dalam waktu satu jam lebih besar dibandingkan jumlah energi yang digunakan dunia selama satu tahun. Fotosintesis menyerap sekitar
3.000 EJ per tahun dalam bentuk biomassa.Potensi teknis yang tersedia dari biomassa adalah 100-300 EJ per tahun.
Jumlah energi surya yang mencapai permukaan planet Bumi dalam waktu satu tahun sangatlah besar. Jumlah ini diperkirakan dua kali lebih
banyak dibandingkan dengan semua sumber daya alam Bumi tidak terbarukan yang bisa diperoleh, seperti batubara, minyak bumi, gas alam,
dan uranium. Energi surya dapat dimanfaatkan pada berbagai tingkatan di seluruh dunia, yang utamanya bergantung pada jarak dari khatulistiwa.
2.2.3 Fotovoltaik PV
Sel surya, atau sel fotovoltaik, adalah peralatan yang mengubah cahaya menjadi aliran listrik dengan menggunakan efek fotovoltaik. Sel
fotovoltaik pertama dibuat oleh Charles Fritts pada tahun 1880an. Pada tahun 1931, seorang insinyur Jerman, Dr. Bruno Lange, membuat sel
fotovoltaik menggunakan perak selenida daripadatembaga oksida. Walaupun sel selenium mengubah kurang dari 1 cahaya yang masuk
menjadi listrik, Ernst Werner von Siemens dan James Clerk Maxwell melihat pentingnya penemuan ini
[18]
. Dengan mengikuti kerja Russel Ohl pada tahun 1940an, peneliti
Gerald Pearson, Calvin Fuller, dan Daryl Chapin membuat sel surya silikon pada tahun 1954. Biaya sel surya ini 286 dollar AS per watt dan
mencapai efisiensi 4,5 - 6 .Menjelang tahun 2012, efisiensi yang tersedia melebihi 20 dan efisiensi maksimum fotovoltaik dari penelitian melebihi
40.
Produksi fotovoltaik telah berlipat setiap dua tahun, meningkat rata-rata 48 persen tiap tahun sejak 2002, menjadikannya teknologi energi
dengan pertumbuhan tercepat di dunia. Pada akhir 2007, menurut data
awal, produksi global mencapai 12.400 megawatt. Secara kasar, 90 dari kapasitas generator ini meliputi sistem listrik terikat. Pemasangan seperti
ini dilakukan di atas tanah dan kadang-kadang digabungkan dengan pertanian dan penggarapan atau dibangun di atap atau dinding bangunan,
yang dikenal sebagai Building Integrated Photovoltaic atau BIPV.
Gambar 2.6 Fotovoltaik PV
[18]
2.2.4 Perhitungan Solar Cell
Sel surya menerima penyinaran matahari yang sangat bervariasi dalam satu hari. Hal ini dikarenakan, sinar matahari memiliki intensitas
yang lebih besar pada siang hari dibandingkan dengan pagi hari
[8]
. Contoh ilustrasi perhitungan daya listrik yang dibutuhkan pada
kotak pendingin: 1.
Tentukan daya total yang dibutuhkan kotak pendingin Hitung berapa watt daya yang dibutuhkan sungap bahang, fan,
peltier dan sebagainya serta berapa jam per hari pemakaiannya, sehingga didapatkan perhitungan daya dalam satuan watt jam per hari.
2. Menghitung kebutuhan modul surya
Di Indonesia, umumnya energi surya dapat diserap dan dikonversikan ke dalam energi listrik dalam waktu 5 jam. Perhitungan
kebutuhan modul surya adalah dengan membagi angka kebutuhan daya dengan 5 dan dihasilkan wattpeak.Lalu, wattpeak yang dihasilkan dari
perhitungan dibagi lagi dengan nilai daya pada panel surya.
3. Kebutuhan baterai
Ukuran baterai ditentukan berdasarkan tegangan dalam satuan Volt V dan daya dalam satuan ampere jam Ampere Hour, dimana umumnya
digunakan baterai dengan daya 12 V atau 24 V. 4.
Menghitung kebutuhan solar charge controller Untuk menghitung kebutuhan solar charge controller, perlu
diperhatikan Isc short circuit current dari solar panel. Kemudian, nilainya dikalikan dengan jumlah panel surya, maka didapat hasil nilai
minimal dari solar charge controller.
2.2.5 Alasan Penggunaan Energi Surya pada Kotak Pendingin
Energi surya merupakan energi yang telah tersedia di alam. Mengingat posisi Indonesia yang terletak di garis khatulistiwa, sumber
energi dari matahari akan selalu ada. Dengan kelebihannya, energi surya dapat dipilih menjadi sumber energi kotak pendingin
[12]
: a.
Ramah lingkungan, energi surya tidak menghasilkan polusi yang dapat mencemari lingkungan.
b. Berkelanjutan, sehingga energi surya dapat dimanfaatkan setiap
saat. c.
Mengurangi polusi bunyi, dimana energi surya tidak memiliki bagian yang bergerak.
d. Kotak pendingin tidak membutuhkan daya yang besar sehingga
listrik yang dihasilkan oleh energi surya cukup untuk digunakan.
2.3 Computational Fluid Dynamics CFD
Kasus-kasus dinamika fluida yang membutuhkan penyelesaian bantuan komputer dipelajari dalam bidang ilmu tersendiri yaitu dinamika fluida
komputasi CFD.Dinamika fluida komputasi, biasanya disingkat sebagai CFD Computational Fluid Dynamics, adalah cabang dari mekanika fluida yang
menggunakan metode numerik dan algoritma untuk memecahkan dan
menganalisis masalah yang melibatkan aliran fluida tersebut. Pada analisis ini, komputer digunakan untuk melakukan perhitungan yang diperlukan untuk
mensimulasikan interaksi cairan dan gas dengan permukaan yang didefinisikan oleh kondisi batas, dengan kecepatan tinggi superkomputer, agar hasil analisis
yang lebih baik dapat dicapai
[16]
. Dalam berbagai penelitian yang sedang berlangsung, telah banyak
dihasilkan perangkat lunak yang meningkatkan akurasi dan kecepatan skenario simulasi yang kompleks seperti aliran transonik atau turbulen. Validasi awal
dari perangkat lunak tersebut dilakukan dengan menggunakan terowongan angin dengan validasi akhir datang dalam tes penerbangan. Dewasa ini telah
banyak software engineering yang dibuat untuk analisa CFD seperti ANSYS FLUENT, GAMBIT, dan lainnya.
CFD dapat melakukan analisa terhadap suatu sistem dengan mengurangi biaya eksperimen dan tentunya waktu yang panjang dalam
melakukan eksperimen tersebut. Hal lain yang mendasari penggunaan konsep CFD adalah pemahaman lebih dalam mengenai karakteristik aliran fluida
dengan melihat hasil berupa grafik, vektor, ataupun kontur. Alasan penggunaan Ansys Fluent dalam analisis kotak pendingin
dikarenakan memberikan kemudahan dalam memahami aliran fluida hasil analisa yang didukung dengan grafik, vektor, ataupun kontur sehingga
pengguna dapat dengan cepat memahami hasil analisa yang didapat, sedangkan untuk Gambit lebih mudah digunakan dalam mendukung analisa padaFluent
dengan memberikan kondisi batas serta meshing.
2.4 Aliran Fluida
