SJoME Vol. I No. 2, Maret 2020

E-ISSN 2685-8916

Perfomansi Pemanas Air Tenaga Surya Dengan Penambahan Sirip
Pada Kolektor
H. Ambarita, Firman Siahaan, Herdy, H V. Sihombing
Departemen Teknik MesinFakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Email : himsar@gmail.com

ABSTRACT
The solar energy that reaches the earth's surface can be converted into heat
energy using solar collectors. Inside the collector, there are several components
including a heating pipe as a medium to drain water to the storage tank. There are
several factors that increase the performance of solar collectors including the
addition of fins to the pipe which will increase the collector's cross-sectional area.
This study compares solar collectors with and without the addition of fins, the aim
of improving the performance of solar water heater collectors with the addition of
fins. Where the dimensions of the fins used are 50 x 12 x 0.3 mm. testing is done by
comparing the two collectors. The results showed an increase in temperature in
solar water heaters with the addition of fins to the pipe and an increase in
efficiency of 18.67% compared to solar water heaters without the addition of fins.
Keywords: water heater, Performance, solar collector, fin
1. PENDAHULUAN
Peningkatan pertumbuhan manusia mengakibatkan tingginya kebutuhan akan
energi, dimana hal ini mengakibatkan eksplorasi energi secara besar-besaran dilakukan
terutama energi fosil. Disamping energi fosil yang terus berkurang, pengunaan energi
fosil secara terus-menerus mengakibatakan kondisi lingkungan yang semakin buruk.
Ada beberapa strategi untuk menanggulangi emisi gas rumah kaca (GHG) seperti
penghijauan dan pengembangan energi terbarukan [1]. Energi surya merupakan salah
satu energi terbarukan yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif.
Indonesia merupakan negara tropis yang mempunyai potensi energi surya yang tinggi.
Besarnya potensi radiasi yang dapat di manfaatkan sebesar 4,5 kWh/m2/hari [2,3].
Pemanfaatan energi surya yang paling banyak yaitu untuk pemanas. Misalkan untuk
pengeringan, untuk memanaskan air, untuk pertumbuhan tanaman dan lain sebagainya.
Salah satu pengaplikasian penghasil termal yang banyak digunakan yaitu penggunaan
kolektor surya sebagai penghasil air panas. Jenis alat pemanas air tenaga surya yang
banyak digunakan yaitu kolektor plat datar, dimana kolektor ini sangat disukai
dikarenakan pengoperasiannya yang mudah dan biaya yang dibutuhkan murah. Untuk
mendapatkan pemanas air tenaga surya yang optimum banyak penelitian yang telah
dilakukan untuk mendapatkan efesiensi optimum dari pemanas air tenaga surya.
Adapaun penelitian yang terus dikembangkan seperti pada bagian plat absorber

57

SJoME Vol. I No. 2, Maret 2020

E-ISSN 2685-8916

kolektor, material insulasi kolektor, pipa aliran fluida, bagian penutup kolektor,
penambahan reflector, maupun mengkaji tempat penyimpanan air panas[4-7]. Helmi
dan Dwi [8] melakukan pengujian pada kolektor surya sebagai penghasil air panas.
Dalam penelitian ini peneliti melakukan pengujian dengan memvariasikan jarak antar
pipa pada kolektor. Variasi jarak pipa tembaga yaitu 5 cm, 7 cm, dan 9 cm. Dari hasil
pengujian jarak pipa 5 cm memiliki efesiensi tertinggi sebesar 33,33 %. Sourav dkk [9]
melakukan pengujian dengan menambahakan sirip pada fotovoltaik, dengan tujuan
untuk menjaga temperature fotovoltaik. Dari hasil pengujian adanya peningkatan
efesiensi pada fotovoltaik. Ali dan Yahya [10] melakukan pengujian secara
eksperimental pada kolektor surya sebagai pompa kalor. Dimana dengan penambahan
sirip dapat meningkatkan efesiensi dari 30 % menjadi 50 %. Dendi dan Bambang [11]
melakukan pengujian pada kolektor surya sebagai pemanas air. Pada penelitian ini
dilakukan penambahan eksternal helical fins pada pipa dan dilakukan variasi sudut
kemiringan pada kolektor. Adapun sudut kemiringan kolektor yang digunakan memiliki
variasi sudut yang berbeda-beda antara lain 10 0, 200 dan 300. Dari hasil pengujian
didapatkan bahwa efesiensi kolektor surya sebagai pemanas air dengan penambahan
eksternal helical fin pada pipa dengan sudut kemiringan kolektor 30 0 memiliki efesiensi
tertinggi dibandingkan sudut lainnya sebesar 65,81 %. Banyaknya penelitian tentang
kolektor membuat peneliti mencoba membangun kolektor surya sebagai pemanas air
dan menembahkan sirip pada kolektor. Dengan maksud untuk mengetahui seberapa
besar peningkatan effesiensi kolektor surya penambahan sirip.
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah membangun serta menguji kolektor surya
sebagai pemanas air, dimana pada penelitian ini akan di uji pemanas air tenaga surya
dan membandingkannya dengan pemanas air tenaga surya dengan penambahan sirip
pada bagian pipa kolektor surya. Dengan penambahan sirip akan menambah luas
penampang kolektor sehingga mampu menyerap panas lebih banyak. Pompa DC akan
digunakan sebagai sumber tenaga untuk mengalirkan fluida dari dalam pipa kolektor ke
bak pempungan. Dalam hal ini pyranometer akan digunakan untuk mengukur besarnya
intensitas matahari selama pengujian.
2. METODOLOGI PENELITIAN
2.1. Bahanpengujian
Kolektor surya yang digunakan double penutup kolektor dengandimensi 1,6 x 1,1 m dan
ketebalannya 0,08 m, dengan ketebalan tiap penutup kolektor 5 mm, pipa tembaga yang
digunakan berdiameter 0,5 in, material sirip pada pipa yang digunakanya itu pelat
tembaga dengan ketebalan 0,5 mm, absorber terbuat dari pelat aluminium ketebalan 0,6
mm. Fotovoltaik dengan kapasitas 100 WP digunakan sebagai sumber tenaga pada
pompa DC.

58

SJoME Vol. I No. 2, Maret 2020

E-ISSN 2685-8916

Gambar 1. Kolektor surya dengan penambahan sirip

Gambar 2. Instalasi pengujian kolektor surya dengan penambahan sirip
2.2. Prinsip Pengujian
Penelitian ini dilakukan di laboratorium Sustainable Energy Research Center
Universitas Sumatera Utara pada bulan Mei-Agustus 2019. Pengujian dilakukan dengan
memvariasikan pipa kolektor surya, dimana pada salah satu kolektor dilakukan
penambahan sirip.Adapun komponen utama dalam penelitian ini antara lain bak
penampungan air, kolektor surya sebagai tempat air bersirkulasi air, fotofoltaik
digunakan sebagai sumber tenaga untuk mengalirkan fluida dari dalam pipa kolektor
menuju bak penampungan air panas. Pengambilan data dilakukan mulai pukul 08.0059

SJoME Vol. I No. 2, Maret 2020

E-ISSN 2685-8916

16.00 WIB dengan rentang waktu satu jam. Parameter yang diukur dalam penelitian ini
antara lain temperature udara lingkungan (T∞), kecepatan angin (v), temperature kaca
sisi atas (T1), temperature kaca sisi bawah (T2), temperatur pipa (Tp), temperature
absorber (Tabs), temperatur air masuk (Ti) dan temperatur air keluar (To). Pada pengujian
ini radiasi di ukur dengan rentang waktu 5 menit menggunakan HOBO-Micro station.
Skema pengujian dari penelitian yang dilakukan dapat dilihat pada gambar 2, dimana air
dipompakan ke dalam kolektor surya untuk dipanaskan oleh energi surya. Air akan
dipompakan dari dalam bak penampung masuk ke dalam pipa pada kolektor dan
kembali masuk ke dalam bak penampung dan kembali bersirkulasi secara terus menerus
sampai suhu air meningkat. Pada penelitian ini pompa akan mengalirkan air dari dalam
bak penampung ketika masih ada radiasi dari matahari. Ketika radiasi tidak ada maka
pompa akan secara otomatis tidak mengalirkan air kedalam kolektor surya.

Gambar 3. Skema Pengujian Pemanas Air Tenaga Surya
2.3. Parameter Kolektor Surya
Parameter dari kolektor surya secara khusus ditunjukkan seperti berikut [11]. Energi
yang diterima kolektor dihitung berdasarkan data actual yang diperoleh dari alat ukur
HOBO-Ware station. Untuk memperoleh total panas yang diterima pada kolektor
menggunakan persamaan berikut ini
2

Qin  A qradiasi dt

(1)

1

60

SJoME Vol. I No. 2, Maret 2020

E-ISSN 2685-8916

Besarnya panas yang dibutuhkan untuk memanaskan air kapasitas 120 liter hingga
mencapai 50 0C menggunakan persamaan berikut ini
Qkolektor  mCp (T )
(2)
Dimana m merupakan massa air (kg), Cp merupakan panas jenis dari air (kJ/kg.0C)
sementara T1 dan T2 merupakan suhu awal dan akhirdari air dalam kolektor (0C).
Effesiensi termal kolektor merupakan perbandingan nilai antara energi yang digunakan
untuk memanaskan air air (quse) dengan energi yang diterima oleh kolektor (qin).
q
(3)
  use
qin
Effesiensi sirip dapat dihitung melalui perbandingan antara banyaknya panas yang
dilepas dengan banyaknya panas yang dipindahkan juka seluruh sirip suhunya sama
dengan suhu dasar sirip, dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:
hA T  T 
(3)
  si i 
hAsf Tb  T 
Dimana h merupakan Koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2.˚C), Asi merupakan
luas permukaan sirip yang bersentuhan dengan fluida (m2), Asf merupakan luas
permukaan seluruh sirip yang bersentuhan dengan fluida (m2), Ti merupakan suhu sirip
(0C), T∞ merupakan suhu lingkungan (0C), dan Tb merupakan suhu dasar sirip (0C).
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Pengujian
Temperatur pada kolektor surya diukur dengan menggunakan Agilent data logger
selama 7 hari. Pengukuran temperatur kolektor surya dilakukan setiap interval waktu 1
jam selama 8 jam yang dimulai pukul 08.00 sampai pukul 16.00 WIB. Pengukuran
temperature ini dilakukan untuk mengetahui distribusi temperatur pada kolektor surya
dan seberapa besar panas yang diserap oleh pipa -pipa maupun sirkulasi air. Pada
gambar 5 pengukuran intensitas radiasi dilakukan selama pengujian. Peningkatan
maupun penurunan temperatur pelat absorber sangat dipengaruhi jumlah radiasi yang
diserap oleh kolektor. Semakin tinggi radiasi matahari maka semakin tinggi temperatur
plat absorber maupun air pada kolektor surya.

Gambar 4. Pengukuran radiasi
61

SJoME Vol. I No. 2, Maret 2020

E-ISSN 2685-8916

Pada tabel 1 ditunjukkan temperatur pada kolektor surya pada pukul 13.44 WIB,
dimana pada waktu tersebut radiasi tertinggi pada saat pengukuran. Pengukuran
dilakukan pada kedua pemanas air tenaga surya. Dari hasil pengukuran pemanas air
tenaga surya (SWH) diperoleh bahwa rata-rata temperature pemanas air tenaga surya
dengan penambahan eksternal fin (SWH II) memiliki temperature lebih tinggi sebesar 4
% dibandingkan dengan pemanas air tenagasurya tanpa modifikasi (SWH I). Tinggi
rendahnya temperatur air yang dihasilkan pemanas air tenaga surya dipengaruhi oleh
intensitas matahari. Semakin tinggi intensitas matahari mengakibatkan temperatur air
semakin tinggi.
No
1
2
3
4
5
6
7

Tabel 1. Temperatur pada titik yang diukur
Titik yang diukur
Waktu
Temperatur pada SWH I
(oC)
Plat absorber
70,21
Ruangkolektor
65,30
Acrylic
52,23
Kaca
55,29
13:44
Air masukKoil
45,65
Air KeluarKoil
51,66
Tangki Air
44,82

Temperatur pada SWH II
(oC)
73,14
63,44
49,93
61,49
48,67
54,49
48,82

Gambar 5. Perbandingan efesiensi pemanas air tenaga surya
Dari hasil pengujian seperti ditunjukkan pada gambar 5 rata-rata nilai efesiensi pemanas
air tenaga surya tanpa penambahan sirip yaitu 54,91 % sedangkan rata-rata nilai
efesiensi pemanas air tenaga surya dengan penambahan sirip yaitu sebesar 67,52 % atau
nilai efesiensi pemanas air tenaga surya dengan penambahan sirip memiliki efesiensi
lebih tinggi 18,67 % dibandingkan dengan tanpa penambahan sirip. Perbandingan
efisiensi pengujian yang dilakukan dapat dilihat pada tabel 2 dan tabel3. Dari hasil
pengujian diperoleh bahwa pemanas air tenaga surya dengan dilakukannya penambahan
sirip memiliki tingkat effesiensi lebih tinggi dibandingkan dengan pemanas air tenaga
surya tanpa modifikasi. Penyebab pemanas air tenaga surya dengan penambahan sirip
memiliki efesiensi lebih tinggi dikarenakan kalor yang diserah oleh kolektor dan air

62

SJoME Vol. I No. 2, Maret 2020

E-ISSN 2685-8916

lebih tinggi dibandingkan dengan pada pemanas air tenaga surya tanpa menggunakan
sirip.

No
1
2
3

Tabel 2. Pemanas air tenaga surya (tanpa sirip)
Waktu
T inlet
T oulet
Pengujian Pengujian
(oC)
(0C)
(WIB)
I
08.00-16.00
30,09
43,09
II
08.00-16.00
27,59
45,53
II
08.00-16.00
30,57
40,92

Efisiensi
(%)
39,36
54,91
40,92

Tabel 3. Pemanas air tenaga surya (dengan menggunakan sirip)
T
Waktu
Efisiensi
T inlet
oulet
No Pengujian Pengujian
(%)
(oC)
(0C)
(WIB)
I
08.00-16.00
31,23
46,89
47,41
1
II
08.00-16.00
27,78
49,84
67,52
2
II
08.00-16.00
30,96
42,87
51,03
3

4. KESIMPULAN
Pemanas air tenaga surya masih sangat memungkinkan untuk terus dikembangkan
untuk mendapatkan meningkatkan efesiensi pemanas air tenaga surya. Dari hasil
pengujian dimana dilakukan peningkatan efesiensi pemanas air tenagasurya yaitu
dengan penambahan sirip pada pipa. Hasil menunjukkan adanya kenaikan temperatur
pada pemanas air tenaga surya dengan penambahan sirip serta peningkatan efesiensi
sebesar 18,67 % dibandingkan pemanas air tenaga surya tanpa penambahan sirip.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ambarita H dan Sihombing H.V. 2018.IOP.Conf. Series: Journal of Physics 978,
012098.
[2] Alqadry, Hutagalung T, Kevinta H. J.M, Napitupulu R A.M, Ambarita H. 2020.
IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 725 012018.
[3] Ambarita H. 2018. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 420
012013.
[4] Alifdini I, Iskandar N.A.P, Nugraha A.W, Sugianto D.N, Wirasatriya A, Widodo
A.B. 2018. Oceam Engineering 165 34-42.
[5] Hashim W M, Shomran A T, Jurmut H A, Gaaz T S, Kadhum A A H, Ahmed A,
Almiery A. 2018. Case Studies in Thermal Engineering 12 666-671.
[6] Andoh H.Y, Gbaha P, Koua B.K, Koffi P.M.E, Toure S. 2010. Energy for
Sustainable Development 14 297-301.

63

SJoME Vol. I No. 2, Maret 2020

E-ISSN 2685-8916

[7] Lizama-Tzec F.I, Herrera-Zamora D.M, Ares-Muzio O, Gomez-Espinoza V.H,
Santos-Gonzalez I, Cetina-Dorantes M, Vega-Poot A.G, Gracia-Valladares O,
Oskam G. 2019. Solar Energy 194 302-310.
[8] Li S, Zhang Y, Zhang K, Li X, Li Y, Zhang X. 2014. Energy Procesia48 384-393.
[9] Khanna S, Reddy K.S, Mallick T. K, 2018. International Journal of Thermal
Sciences 130 313-322.
[10] Daliran A, Ajabshirchi Y. 2018. Information Processing in Agriculture 5 411-421.
[11] Nugraha D, Dwiyantoro A.A. 2015. Jurnal Teknik ITS Vol. 4, No. 1, ISSN: 23373539

64