Keterangan: W = Daya
[W] I = Arus
[A] R = Hambatan
[ohm] α = Koefisien Seebeck
[VK] T
h
= Temperatur sisi panas [K]
T
c
= Temperatur sisi dingin [K]
f. Coefisien of Performance COP
Coefisien of performance COP dari sistem pendingin termoelektrik
merupakan perbandingan antara panas yang diserap oleh batas daerah dingin dengan power input. COP termoelektrik dapat dicari dengan menggunakan
persamaan sebagai berikut
[4][6][9][11][14][15][17][19][21]
: …………………………………………………………………. 2.16
2.2 Energi Surya
2.2.1. Pengertian Energi Surya
Energi surya adalah energi yang berupa 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
[9][25]
. Total energi surya yang diserap oleh atmosfer, lautan, dan daratan Bumi
sekitar 3.850.000 eksajoule EJ 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
[9][25]
.
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 yang tidak terbarukan yang bisa diperoleh digabungkan, 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
[9][25]
.
2.2.2 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 1880-an. Pada tahun 1931, seorang insinyur Jerman, Dr. Bruno Lange, membuat sel fotovoltaik menggunakan perak
selenida ketimbang tembaga oksida. Walaupun sel selenium purwa rupa ini mengubah kurang dari 1 cahaya yang masuk menjadi listrik, Ernst Werner von
Siemens dan James Clerk Maxwell melihat pentingnya penemuan ini
[25]
. Dengan mengikuti kerja Russel Ohl pada tahun 1940-an, 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 penelitian melebihi 40
[25]
.
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, dikenal sebagai Building Integrated Photovoltaic atau BIPV
[25]
. Fotovoltaik PV adalah sektor teknologi dan penelitian yang
berhubungan dengan aplikasi panel surya untuk energi dengan mengubah sinar Matahari menjadi listrik. Karena permintaan yang terus meningkat terhadap
sumber energi bersih, pembuatan panel surya dan kumpulan fotovoltaik telah meluas secara dramatis dalam beberapa tahun belakangan ini.
Pemakaian fotovoltaik cocok digunakan pada daerah iklim tropis dan subtropis dikarenakan penyinaran matahari yang ada sepanjang tahun. Negara
Indonesia sebagai daerah tropis dan dekat berada di batas khatulistiwa memiliki potensi energi matahari yang banyak sehingga pemakaian fotovoltaik sangat
cocok diterapkan pada negara Indonesia. Panel fotovoltaik disebut juga panel surya terdiri dari beberapa sel
fotovoltaik yang terbuat dari suatu jenis silikon. Setiap sel mampu menghasilkan muatan listrik kecil jika terkena sinar matahari.Untuk itu dalam penggunaannya,
panel – panel disusun saling berhubungan untuk menghasilkan energi yang lebih
banyak dan daya listrik yang besar
[25]
. Ada 3 jenis sel fotovoltaik, yaitu
[25]
: 1. Sel Monocystalline
Monocrystalline adalah sel
– sel fotovoltaik yang paling efisien tetapi juga yang paling mahal. Sel
–sel ini terdiri dari satuan kristal hasil potongan dari silicon ingot.
2. Sel Polycrystalline Polycrystalline
adalah sel - sel fotovoltaik yang terdiri dari sejumlah kristal kecil sehingga memiliki efisiensi yang sedikit lebih rendah dari sel
Monocrystalline. 3. Sel Amorphous
Sel Amorphous adalah sel yang memiliki efisien yang paling rendah dan murah.Sel ini dibuat dengan menyebarkan silicon di atas material alternative
seperti stainless steel.
Arus yang dihasilkan dari sel surya pada umumnya adalah Direct Current DC
, tetapi dengan menggunakan inverter, arus ini dapat dibuat menjadi Alternating Current AC
. Sel fotovoltaik ditunjukkan pada gambar 2.8.
Gambar 2.8 Fotovoltaik PV
[33]
2.2.3 Cara Kerja Fotovoltaik
Sel surya bekerja menggunakan prinsip kerja hubungan p – n yaitu sisi
antara semikonduktor tipe – p dan tipe – n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan –
ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe - n mempunyai kelebihan elektron muatan negatif
sedangkan semikonduktor tipe - p mempunyai kelebihan proton muatan positif dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan proton tersebut bisa
terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe - p, silikon didoping oleh atom boron,
sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe - n, silikon didoping oleh atom fosfor.
Peran dari sisig p - n ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron dan proton bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan
listrik. Ketika semikonduktor tipe - p dan tipe - n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe - n ke tipe - p sehingga
membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe - n, dan sebaliknya kutub
negatif pada semikonduktor tipe - p. Akibat dari aliran elektron dan proton ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai
susunan sis p - n ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan
sebaliknya proton bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang.
Gambar 2.9 Cara Kerja Fotovoltaic
2.4 Beban Pendinginan
Beban pendinginan yang dimaksud dalam analisis ini adalah beban panas yang berasal dari produk yang didinginkan dan beban panas dari luar yang harus
diatasi oleh sistem untuk mencapai temperatur yang diinginkan. Beban pendinginan dari suatu ruangan akan menentukan kapasitas dari mesin pendingin
yang digunakan. Terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam menghitung beban pendinginan dari suatu ruangan pendingin yaitu, perbedaan
temperatur ruangan yang akan dikondisikan dengan tempertur luar, struktur bahan yang dipakai dalam perancangan, produk yang akan didinginkan,serta hal-hal
lainnya yang mempengaruhi beban pendinginan
[2][5][7][12][13][16][18]
.
2.4.1 Beban Panas dari Luar
Beban panas dari luar berasal dari konduksi udara luar dengan dinding. Besarnya beban panas dari luar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
sebagai berikut
[2][5][7][12][13][16][18]
:
q = A . U . ∆T …………………………………………………. 2.17
Keterangan : q
= Jumlah panas yang dipindahkan Watt
A = Luas Permukaan
m
2
U = Konduktivitas termal
Watt m
2
.
o
C ∆T
= Perbedaan temperatur
o
C Harga koefisien perpindahan panas total U dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan sebagai berikut
[2][5][7][12][13][16][18]
: ……………………………………………. 2.18
Keterangan: U
= Konduktivitas termal [Wattm
2
.
o
C] k1,k2,..kn
= Konduktivitas thermal material [Wattm.
o
C] x
= Tebal material [m]
= Koefisien lapisan udara bagian dalam [Wattm
2
.
o
C] Nilai adalah 1,65 BTUh = 9,27 Wattm
2
.
o
C = Koefisien lapisan udara bagian luar
[Wattcm
2
.
o
C] Nilai adalah 4 BTUh = 22,7 Wattm
2
.
o
C
2.4.2 Beban Panas dari Dalam
Beban panas dari dalam ruangan merupakan beban panas yang harus dibuang dari ruangan tersebut untuk mencapai temperatur yang diinginkan. Beban
panas dari dalam ruangan berasal dari panas produk yang didinginkan. Panas produk adalah beban panas yang harus dibuang untuk mencapai temperatur
produk sesuai dengan yang telah ditentukan. Beban panas dari produk dapat dibagi menjadi 2, yaitu beban panas sensibel dan beban panas laten. Perancangan
ini beban panas produk hanya berasal dari beban panas sensible yaitu panas yang menyebabkan terjadinya kenaikan dan penurunan temperatur tanpa terjadinya
perubahan wujud. Udara didalam ruangan dianggap 27
o
C dan air dikondisikan untuk mencapai temperatur 5
o
C
[1]
. Beban panas sensibel produk dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan sebagai berikut
[2][5][7][12][13][16][18]
: Q = m x c x ∆T
………………………….………………………. 2.19 Keterangan:
Q = Jumlah panas yang dipindahkan
[kJ] m
= Berat produk [kg]
c = Panas spesifik
[kJkg.
o
C] ∆T
= Perbedaan temperatur [
o
C]
2.5 Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor atau heat transfer merupakan ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan temperatur diantara
benda atau material. Energi yang berpindah ini dinamakan kalor atau panas heat. Perpindahan kalor ini tidak hanya menjelaskan bagaimana energi kalor itu
berpindah dari satu benda ke benda lain, tetapi juga dapat meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Adapun modus
perpindahan kalornya dapat terjadi dengan tiga cara yaitu sebagai berikut ini
[1][3][8][10][20]
:
a. Perpindahan kalor secara konduksi
Perpindahan kalor secara konduksi atau hantaran ini terjadi dikarenakan perpindahan energi dari partikel yang memiliki energi lebih tinggi ke partikel
yang energinya lebih rendah dikarenakan adanya interaksi antara kedua partikel. Jadi, jika pada suatu benda terdapat gradien suhu atau temperature gradient, maka
