Salah satu komponen terpenting dari sistem energi surya aktif adalah pengontrol suhu karena kontrol yang salah biasanya menjadi penyebab kinerja sistem yang buruk. Secara umum, sistem kontrol harus sesederhana mungkin dan harus menggunakan pengontrol yang andal. Salah satu parameter penting yang perlu diperhatikan oleh perancang panel surya adalah lokasi kolektor, penyimpanan, suhu berlebih, dan suhu beku sensor.

Dasar dari kontrol sistem energi surya adalah Differential Temperature Controller / DTC (pengontrol suhu diferensial). Pengontrol suhu diferensial adalah pengontrol pembanding dengan setidaknya dua sensor suhu yang mengontrol satu atau lebih perangkat. Ciri khasnya, salah satu sensor terletak di sisi atas array kolektor surya dan yang kedua di tangki penyimpanan, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1. Pada sistem tidak bertekanan, pengontrol suhu diferensial lainnya dapat mengontrol ekstraksi panas dari tangki penyimpanan. Sebagian besar kontrol lain yang digunakan dalam sistem energi surya adalah mirip dengan sistem layanan bangunan.

DTC memantau perbedaan suhu antara kolektor dan tangki penyimpanan. Ketika suhu kolektor melebihi tangki dengan jumlah yang telah ditentukan (biasanya 4 – 11 ° C), DTC menyalakan pompa sirkulasi. Ketika suhu kolektor surya turun menjadi 2–5 ° C di atas suhu penyimpanan, DTC menghentikan pompa. Alih-alih mengendalikan pompa surya langsung, DTC dapat beroperasi secara tidak langsung melalui relai kontrol untuk mengoperasikan satu atau lebih pompa dan melakukan fungsi kontrol lainnya, seperti penggerakan katup kontrol.

Titik setel suhu differensial dari DTC bisa fix atau diatur/adjust. Jika titik setel pengontrol adalah sudah fix, pengontrol dipilih harus sesuai dengan persyaratan panel surya. Titik setel diferensial adjustable membuat pengontrol lebih fleksibel dan dapat disesuaikan dengan spesifikasi sistem atau kondisi panel surya misalnya pengaturan di musim panas dan musim dingin. Diferensial optimal pada set point sulit untuk dihitung, karena variabel dan kondisi yang berubah. Biasanya, titik setel nyala adalah 5 – 9 ° C di atas titik setel mati. yang optimal pada titik setel adalah keseimbangan antara pengumpulan energi optimal dan penghindaran start dan stop pompa yang singkat. Perbedaan suhu mati optimal harus seminimal mungkin, yang tergantung pada apakah ada heat exchanger antara kolektor dan tangki penyimpanan.

Start dan stop pompa yang sering, juga disebut short cycling, harus diminimalkan karena dapat menyebabkan kegagalan pompa prematur. Short cycling tergantung pada seberapa cepat dan seberapa sering suhu sensor kolektor surya melebihi titik setel aktif dan turun di bawah titik setel off. Hal ini dipengaruhi oleh intensitas insolasi, laju aliran pompa, massa termal kolektor surya, respon sensor, dan temperatur fluida yang masuk ke kolektor. Yang terjadi dalam praktek adalah air di kolektor mulai memanas ke atas segera setelah off kondisi tercapai dan aliran berhenti. Seperti air memanas, air akhirnya mencapai titik setel, di mana titik pompa diaktifkan pada dan fluida bersirkulasi melalui kolektor. Oleh karena itu, fluida panas di kolektor didorong ke manifold kembali dan diganti dengan air dingin dari manifold pasokan, yang dihangatkan saat bergerak melalui kolektor.

Penempatan Sensor

Penempatan tepat dari sensor suhu kolektor penting untuk sistem yang baik operasi. Sensor harus memiliki kontak termal yang baik dengan kolektor plate atau perpipaan. Sensor kolektor dapat ditempatkan pada pelat kolektor, pada pipa dekat kolektor, atau di pipa outlet kolektor. Yang terbaik dari semuanya ada di kolektor plate, tapi ini bukan yang termudah, karena pembongkaran dan modifikasi kation pada satu array diperlukan, yang akan perlu dilakukan di lokasi. Lokasi sensor termudah dan titik terbaik adalah di pipa yang meninggalkan pengumpul. Biasanya potongan T digunakan dan sensor ditempatkan di sebuah sumur dalam dengan beberapa tetes minyak, yang memastikan kontak yang baik, seperti yang ditunjukkan di gambar 2a , atau di sisi potongan T, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2b.

Sensor tangki penyimpanan harus ditempatkan di dekat bagian bawah tangki penyimpanan, sekitar sepertiga dari ketinggiannya. Jika sistem menggunakan heat exchanger internal, sensor terletak di atas heat exchanger. Idealnya, sensor ini harus mengidentifikasi jika masih ada air di dalam tangki yang dapat dipanaskan dengan energi matahari. Karena itu, lokasi yang ditunjukkan dianggap sebagai kompromi yang baik karena lokasi yang lebih rendah akan memberi pembacaan palsu meskipun dengan permintaan sekecil apa pun, yang akan menjadi diganti dengan make-up water (dingin), sedangkan lokasi yang lebih tinggi akan meninggalkan banyak air suhu rendah meskipun energi matahari tersedia.

Sensor pelindung pembekuan, jika digunakan, harus ditempatkan pada posisi sedemikian sehingga dapat mendeteksi suhu cairan terdingin. Dua lokasi yang cocok adalah bagian belakang pelat penyerap dan pipa masuk ke kolektor dari manifold suplai. Untuk alasan yang disebutkan sebelumnya, yang terakhir lebih disukai. Sensor suhu berlebih dapat ditempatkan baik di bagian atas tangki penyimpanan atau di kolektor pipa keluar. Untuk yang terakhir, sensor terletak di lokasi dan cara yang sama seperti sensor suhu kolektor.

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Kalogirou, Soteris A. 2009. Solar Energy Engineering: Processes and Systems. Amerika Serikat: Elsevier.

Sebagian besar sistem komersial dan industri membutuhkan kolektor dalam jumlah besar untuk memenuhi permintaan pemanasan. Menghubungkan kolektor hanya dengan satu set manifold membuat kemampuan drainase tidak maksimal dan penurunan tekanan rendah sulit dicapai. Hal ini akan mempersulit menyeimbangkan aliran karena harus memiliki laju aliran sama ke semua kolektor.

Module

Module adalah sekelompok kolektor yang dapat dikelompokkan menjadi aliran paralel dan aliran gabungan seri-paralel. Aliran paralel lebih sering digunakan karena pada dasarnya seimbang, memiliki penurunan tekanan rendah, dan dapat dikeringkan dengan mudah.

Umumnya, kolektor pelat datar dibuat terhubung ke pipa utama instalasi di salah satu dari dua metode yang ditunjukkan pada Gambar 1. Kolektor manifold eksternal kolektor memiliki sambungan berdiameter kecil karena digunakan untuk membawa aliran untuk satu kolektor. Oleh karena itu, setiap kolektor terhubung secara individual ke perpipaan manifold yang bukan merupakan bagian dari panel kolektor. Kolektor manifold internal menggabungkan beberapa kolektor dengan header besar yang dapat ditempatkan berdampingan untuk membentuk manifold suplai dan pengembalian terus menerus, sehingga manifold terhubung dengan masing-masing kolektor. Jumlah kolektor yang dapat dihubungkan tergantung pada ukuran header.

Kolektor manifold eksternal umumnya lebih cocok untuk sistem kecil. Manifold internal lebih disukai untuk sistem besar karena menawarkan sejumlah keuntungan. Cara-cara ini adalah penghematan biaya karena sistem menghindari penggunaan pipa tambahan (dan alat kelengkapan) yang perlu diisolasi dan ditopang dengan benar, dan penghapusan kehilangan panas yang terkait dengan manifold eksternal, yang meningkatkan kinerja termal sistem.

Perlu dicatat bahwa alirannya paralel tetapi kolektor terhubung seri. Ketika array harus lebih besar dari satu panel, kombinasi seri dan aliran paralel dapat digunakan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Desain ini lebih cocok dalam kasus di mana kolektor dipasang di atap miring.

Pilihan susunan seri atau paralel tergantung pada suhu yang diperlukan dari sistem. Menghubungkan kolektor secara paralel berarti semua kolektor memiliki sebagai input suhu yang sama, sedangkan ketika koneksi seri digunakan, suhu outlet dari satu kolektor (atau baris kolektor) adalah masukan untuk kolektor selanjutnya (atau baris dari kolektor).

Array Design (Desain Susunan)

Sebuah array biasanya mencakup banyak kelompok individu kolektor yang disebut modul untuk memberikan karakteristik aliran yang diperlukan. Untuk mempertahankan aliran yang seimbang, sebuah array atau bidang kolektor harus dibangun dari modul yang identik. Pada dasarnya, dua jenis sistem dapat digunakan: pengembalian langsung (direct return) dan pengembalian terbalik (reverse return). Pada direct return, katup penyeimbang diperlukan untuk memastikan aliran yang seragam melalui modul. Katup penyeimbang harus terhubung di outlet modul untuk menyediakan hambatan aliran yang diperlukan untuk memastikan pengisian semua modul saat pompa dihidupkan. Bila memungkinkan, modul harus dihubungkan dalam mode reverse return. Reverse return memastikan array seimbang, karena semua kolektor beroperasi dengan penurunan tekanan yang sama yaitu, kolektor pertama dalam manifold suplai adalah yang terakhir di manifold return, yang kedua pada bagian suplai adalah yang kedua sebelum yang terakhir dalam retrun, dan seterusnya. Dengan desain yang tepat, array dapat terkuras, yang merupakan persyaratan penting untuk pengurasan kembali dan pengurasan perlindungan beku. Agar hal ini memungkinkan, pemipaan ke dan dari kolektor harus menjadi miring dengan benar. Biasanya, pemipaan dan kolektor harus miring untuk mengalirkan air dengan kemiringan 20 mm per meter linier.

Kolektor manifold eksternal dan internal memiliki pemasangan dan pertimbangan pipa. Modul dengan kolektor manifold eksternal dapat dipasang secara horizontal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Dalam hal ini, header bawah harus diberi pitch (diberi kemiringan) seperti yang ditunjukkan. Kemiringan header atas dapat berupa horizontal atau dipitch ke arah kolektor, sehingga dapat mengalir melalui kolektor.

Array dengan manifold internal sedikit lebih sulit untuk dirancang dan dipasang. Agar kolektor ini mengalir, seluruh tepian harus dimiringkan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4 . Reverse-return selalu menyiratkan pengoperasian pipa ekstra, yang lebih sulit untuk menguras, jadi terkadang dalam hal ini lebih nyaman menggunakan direct return.

Ukuran Array / Susunan

Ukuran array/susunan kolektor tergantung pada biaya, atap yang tersedia atau luas tanah, dan persentase dari beban panas yang dibutuhkan untuk ditutupi oleh sistem panel surya. Dua parameter pertama sangat mudah dan dapat dengan mudah ditentukan. Tetapi susunan modul membutuhkan perhitungan terperinci, yang mempertimbangkan radiasi yang tersedia, karakteristik kinerja kolektor yang dipilih, dan parameter lain yang kurang penting.

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Kalogirou, Soteris A. 2009. Solar Energy Engineering: Processes and Systems. Amerika Serikat: Elsevier.

Penyimpanan termal adalah salah satu bagian utama dari pemanas, pendingin, dan pembangkit listrik tenaga surya. Karena selama kurang lebih setengah tahun lokasi panel mengalami kegelapan, penyimpanan panas diperlukan jika panel surya harus beroperasi terus menerus. Untuk beberapa aplikasi, seperti pemanas kolam, pemanas udara siang hari, dan pemompaan irigasi, operasi berselang dapat diterima, tetapi sebagian besar penggunaan energi matahari membutuhkan operasi di malam hari dan ketika matahari tersembunyi di balik awan.

Tangki penyimpanan di sistem pengumpul energi surya memiliki beberapa fungsi, yang paling penting diantaranya adalah:

• Peningkatan pemanfaatan energi surya yang dikumpulkan dengan menyediakan kapasitansi termal untuk mengurangi ketersediaan surya dan ketidakcocokan beban dan meningkatkan respons sistem terhadap beban puncak yang tiba-tiba atau kehilangan input energi matahari.
• Peningkatan efisiensi sistem dengan mencegah perpindahan panas array cairan dari pencapaian suhu tinggi cepat, yang menurunkan efisiensi.

Secara umum, energi matahari dapat disimpan dalam cairan, padatan, atau phase change material. Air adalah media penyimpanan yang paling sering digunakan untuk sistem cairan, meskipun kolektor loop dapat menggunakan air, minyak, campuran air-glikol, atau apapun media perpindahan panas lainnya sebagai fluida kolektor. Hal ini karena air murah dan tidak beracun dan memiliki kapasitas penyimpanan yang tinggi, berdasarkan keduanya berat dan volume. Selain itu, cairan mudah diangkut menggunakan pompa dan pipa. Untuk aplikasi pemanas air dan sebagian besar pemanas ruangan bangunan, air biasanya terkandung dalam beberapa jenis tangki, yang biasanya berbentuk melingkar. Sistem udara biasanya menyimpan panas di batu atau kerikil, tetapi terkadang massa struktur bangunan digunakan.

Air System Thermal Storage (Penyimpanan Termal Sistem Udara)

Media penyimpanan yang paling umum untuk kolektor udara adalah batu. Kemungkinan lain media terdiri dari phase change material, air, dan massa bangunan yang melekat. Kerikil secara luas digunakan sebagai media penyimpanan karena melimpah dan relatif murah.

Dalam kasus di mana perubahan suhu interior yang besar dapat ditoleransi, sifat bawaan struktur bangunan mungkin cukup kuno untuk penyimpanan termal. Beban tanpa penyimpanan biasanya paling hemat untuk biaya aplikasi kolektor udara, dan udara panas dari kolektor dapat didistribusikan langsung ke ruangan. Umumnya, penyimpanan dapat dihilangkan dalam kasus di mana output array jarang melebihi permintaan termal.

Persyaratan utama untuk penyimpanan kerikil adalah insulasi yang baik, kebocoran udara yang rendah, dan penurunan tekanan rendah. Banyak perbedaan desain dapat memenuhi persyaratan ini. Wadah biasanya terbuat dari beton, pasangan bata, kayu, atau sebuah kombinasi bahan-bahan tersebut. Aliran udara dapat mengarah vertikal atau horisontal. Sebuah skema diagram alas aliran vertikal ditampilkan dalam Gambar 1. Dalam susunan ini, udara yang dipanaskan masuk dari atas dan keluar dari bawah. Tangki ini bisa bekerja sama efektifnya seperti alas aliran horizontal. Dalam sistem ini, penting untuk memanaskan alas dengan udara panas dalam satu arah dan mengambil panas dengan aliran udara yang arahnya berlawanan. Alas kerikil berfungsi sebagai heat exchanger aliran berlawanan yang efektif.

Ukuran batu untuk alas berkisar antara 35 hingga 100 mm dalam diameter, tergantung pada aliran udara, geometri lapisan, dan penurunan tekanan yang diinginkan. Volume dari batu yang dibutuhkan tergantung pada fraksi keluaran kolektor yang harus disimpan. Untuk sistem perumahan, volume penyimpanan biasanya dalam kisaran 0,15 – 0,3 m³ per meter persegi luas kolektor. Untuk sistem besar, alas kerikil bisa cukup besar dan massa serta volumenya yang besar dapat menyebabkan masalah lokasi.

Liquid System Thermal Storage (Penyimpanan Termal Sistem Cairan)

Tersedia dua jenis penyimpanan air untuk sistem cair yaitu bertekanan dan tidak bertekanan. Perbedaan lainnya adalah penggunaan heat exchanger eksternal atau internal dan konfigurasi tangki tunggal atau ganda. Air dapat disimpan di tembaga, logam galvanis, atau tangki beton. Apapun wadah penyimpanan yang dipilih harus diisolasi dengan baik dan tangki besar harus dilengkapi dengan akses internal untuk pemeliharaan. Nilai U yang direkomendasikan adalah 0,16 W/m² -K.

Sistem bertekanan terbuka untuk pasokan air utama kota. Penyimpanan bertekanan lebih diminati untuk sistem pemanas air skala kecil. Penyimpanan biasa ukurannya sekitar 40 hingga 80 L per meter persegi luas kolektor. Dengan penyimpanan bertekanan, heat exchanger selalu terletak di sisi kolektor tangki. Konfigurasi heat exchanger Internal atau eksternal dapat digunakan.

Untuk sistem dengan ukuran lebih besar dari 30 m³, penyimpanan tidak bertekanan biasanya lebih hemat biaya daripada bertekanan. Sistem ini juga dapat digunakan dalam sistem kolektor pelat domestik kecil, dan dalam hal ini, make-up water biasanya disuplai dari tangki penyimpanan air dingin yang terletak di atas silinder air panas.

Penyimpanan tanpa tekanan untuk air dan pemanas ruangan dapat dikombinasikan dengan pasokan air kota bertekanan. Hal ini menyiratkan penggunaan heat exchanger pada sisi beban tangki untuk mengisolasi loop air minum utama bertekanan tinggi dari loop kolektor tekanan rendah. Dalam konfigurasi ini, panas diekstraksi dari bagian atas tangki penyimpanan surya dan air yang didinginkan dikembalikan ke dasar tangki agar tidak mengganggu stratifikasi. Untuk alasan yang sama, pada sisi beban heat exchanger, aliran air dipanaskan dari dasar tangki penyimpanan cadangan, di mana terdapat air yang relatif dingin, dan air panas kembali ke atas. Dimana fluida perpindahan panas disirkulasikan di loop kolektor, heat exchanger dapat memiliki konstruksi dinding ganda untuk melindungi pasokan air minum dari kontaminasi. Pengontrol suhu differensial mengontrol kedua pompa di kedua sisi heat exchanger. Ketika pompa kecil digunakan, keduanya dapat dikontrol oleh pengontrol yang sama tanpa kelebihan beban.

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Kalogirou, Soteris A. 2009. Solar Energy Engineering: Processes and Systems. Amerika Serikat: Elsevier.