1. Pendahuluan
Lapisan sel fotovoltaik (PV) berbasis silikon sangat sensitif terhadap akumulasi panas sensibel. Radiasi matahari yang diserap namun tidak diubah menjadi listrik akan tertahan sebagai panas, meningkatkan suhu operasional di atas suhu acuan 25°C dan menurunkan tegangan sirkuit terbuka (Voc). Untuk mencegah degradasi daya kelistrikan ini, sistem ekstensi permukaan (sirip) pasif diterapkan di balik backsheet panel karena keandalannya yang tinggi tanpa memerlukan konsumsi daya eksternal.
Desain sirip lurus sejajar konvensional (parallel fins) memiliki keterbatasan fisis berupa pembentukan lapisan batas termal tebal yang menahan pelepasan panas secara linear. Sebagai solusinya, laporan ini membahas evaluasi distribusi temperatur permukaan dari tiga variasi geometri sirip: lurus sejajar (PAR), fraktal tulang daun (LV), dan hibrida tulang daun penampang T (LVT), guna menemukan konfigurasi terbaik dalam meratakan bidang termal panel PV.
2. Metodologi Pemodelan Termal
Simulasi perpindahan panas konjugat ini diselesaikan dalam kondisi tunak (steady-state) untuk mengisolasi gradien temperatur pada beban radiasi puncak. Hubungan konduksi pada material padat heatsink dan konveksi pada fluida udara diatur oleh persamaan transpor energi kontinu:
Kondisi batas simulasi diatur pada intensitas iradiasi matahari konstan 1000 W/m2, suhu udara lingkungan 288,15 K, dan mengaktifkan pengaruh gaya gravitasi sumbu-Y (-9,81 m/s2) untuk mengakomodasi munculnya arus gaya apung termal (buoyancy-driven natural convection).
3. Hasil dan Pembahasan: Analisis Distribusi Temperatur
Evaluasi terhadap medan termal sisi belakang modul PV menunjukkan karakteristik distribusi temperatur yang berbeda signifikan pada masing-masing bodi heatsink:
- Parallel Fins (PAR): Kontur termal menunjukkan terjadinya akumulasi panas yang parah di zona keluaran (fluid outlet / bagian atas panel sepanjang 1,2 m). Akibat pertumbuhan lapisan batas termal yang menebal tanpa gangguan di sepanjang saluran lurus, koefisien konveksi lokal (h) meluruh cepat. Fenomena ini memicu gradien termal yang ekstrem, di mana temperatur lokal puncak (Tmax) pada ujung belakang (trailing edge) melebihi 62°C. Ketidakseragaman ini mengekspos sel terhadap tegangan termal (thermal stress) tinggi yang mempercepat penuaan komponen dan memicu electrical mismatch losses.
- Leaf Vein Fins (LV): Desain biomimikri tulang daun menghasilkan jejak termal yang lebih seimbang. Sudut kemiringan cabang sekunder berhasil memecah kontinuitas lapisan batas termal, mencegah retensi panas berkelanjutan seperti yang terjadi pada saluran PAR. Akibatnya, luasan zona merah bermutu panas tinggi di sektor atas panel menyusut secara substansial. Temperatur permukaan rata-rata modul tercatat mengalami penurunan sebesar 3,5 K dibandingkan dengan model paralel dasar (PAR).
- Leaf Vein T-Shaped Fins (LVT): Konfigurasi hibrida LVT mencatatkan performa disipasi panas paling superior dengan mengeliminasi kemunculan titik panas (hot spot) secara total. Medan termal menyebar secara homogen di seluruh luasan plat, dengan temperatur inti modul mampu ditekan stabil di bawah 46°C (mengalami penurunan suhu ekstrem hingga 16°C jika dibandingkan terhadap PAR). Keberadaan sayap horizontal T-caps di ujung cabang fraktal bertindak sebagai stasiun disipasi akhir berkapasitas tinggi yang secara instan memompa energi termal keluar dari lapisan sel silikon.
4. Kesimpulan
- Konfigurasi PAR mengalami kegagalan disipasi yang ditandai dengan penumpukan panas ekstrem (Tmax > 62°C) di area atas saluran akibat penebalan lapisan batas termal linear.
- Desain LV mampu meratakan jejak termal dan menyusutkan akumulasi panas lokal, menghasilkan penurunan temperatur rata-rata permukaan modul sebesar 3,5 K dari basis paralel.
- Geometri hibrida LVT terbukti paling optimum untuk pendinginan PV; desain ini sukses menciptakan distribusi bidang termal yang homogen nyaris sempurna dan menjaga temperatur kerja inti sel tetap stabil di bawah 46°C. Integrasi penampang sayap T pada struktur fraktal efektif memotong resistansi termal global tanpa membebani sistem secara mekanis.
