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.

Pemanas air tenaga surya adalah kombinasi dari susunan kolektor surya, sistem transfer energi, dan tangki penyimpanan. Bagian utama dari pemanas air tenaga surya adalah array kolektor surya yang menyerap radiasi matahari dan mengubahnya menjadi panas. Panas ini kemudian diserap oleh fluida perpindahan panas (air, cairan yang tidak membeku, atau udara) yang melewati kolektor. Panas ini kemudian dapat disimpan atau digunakan secara langsung. Karena dipahami bahwa bagian dari sistem energi surya terpapar kondisi cuaca, mereka harus dilindungi dari pembekuan dan panas berlebih yang disebabkan oleh tingkat isolasi yang tinggi selama periode permintaan energi yang rendah.

Ada dua macam sistem kerja pemanas air tenaga surya yaitu:

• Sistem sirkulasi alami (pasif)
• Sistem sirkulasi paksa (aktif)

Sirkulasi alami terjadi secara konveksi alami (thermosiphoning), sedangkan sistem sirkulasi paksa menggunakan pompa atau kipas untuk mensirkulasikan perpindahan panas fluida melalui kolektor. Kecuali untuk thermosiphon dan penyimpanan kolektor terintegrasi yang tidak memerlukan kontrol, sistem air panas domestik dan layanan surya dikendalikan menggunakan termostat diferensial. Beberapa sistem juga menggunakan heat exchanger antara aliran air minum dan tangki air panas. Pada artikel kali ini, kami akan membahas sistem pasif.

Sistem Pasif

Dua macam jenis sistem pasif adalah thermosiphon and the integrated collector storage systems.

Thermosiphon

Sistem termosifon memanaskan air minum atau memindahkan fluida dan menggunakan konveksi alami untuk mengangkutnya dari kolektor ke penyimpanan. Efek thermosiphoning terjadi karena massa jenis tetesan air terhadap kenaikan suhu. Oleh karena itu, dengan aksi radiasi matahari diserap, air dalam kolektor dipanaskan dan dengan demikian memuai, menjadi lebih kecil padat, dan naik melalui kolektor ke bagian atas tangki penyimpanan. Di sana ia digantikan oleh air dingin yang telah tenggelam ke dasar tangki, dari mana itu mengalir ke kolektor. Sirkulasi terus menerus selama matahari bersinar. Karena gaya penggerak hanya perbedaan densitas yang kecil, pipa lebih besar harus digunakan untuk meminimalkan gesekan pipa. Saluran penghubung harus juga diisolasi dengan baik untuk mencegah kehilangan panas dan dimiringkan untuk mencegah pembentukan udara kantong yang akan menghentikan sirkulasi.

Keuntungan dari sistem thermosiphon adalah tidak bergantung pada pompa dan pengontrol, lebih andal, dan memiliki masa pakai lebih lama daripada sistem sirkulasi paksa. Selain itu, mereka tidak memerlukan pasokan listrik untuk beroperasi dan mereka secara alami memodulasi laju aliran sirkulasi dalam fase dengan tingkat radiasi. Kerugian utama dari sistem thermosiphon adalah bahwa mereka relatif tinggi, yang membuat mereka tidak terlalu menarik secara estetis. Kerugian lain dari sistem ini terkait dengan kualitas air yang digunakan. Saat sistem terbuka, air yang sangat keras atau asam dapat menyebabkan endapan yang menyumbat atau menimbulkan korosi pada saluran cairan penyerap.

Integrated Collector Storage Systems

Integral Collector Storage (ICS) juga bisa disebut “tangki air hitam besar”. ICS adalah bentuk paling sederhana dari sistem panas matahari karena tangki penyimpanan dapat menjadi kolektor. ICS juga sangat efisien, meskipun terbatas secara iklim. Dengan cara yang sama seperti kotak kolektor, kotak ICS diisolasi pada tiga sisi dan memiliki satu sisi kaca yang menghadap matahari. Namun, tangki air panas itu sendiri berada di dalam kotak. Tangki dicat hitam atau dengan cat selektif untuk perpindahan panas. Radiasi matahari melewati sisi kaca kotak dan menghangatkan tangki secara langsung, yang menghangatkan air di dalamnya.

Perpindahan panas matahari dari kolektor ke air adalah dengan konveksi alami, tidak ada energi luar yang diperlukan sehingga menjadi sistem yang sepenuhnya pasif. Kapan pun air panas diperlukan, air panas matahari yang disimpan di kolektor batch mengalir keluar membeli gaya gravitasi atau tekanan dingin yang menggantikannya dan berlanjut ke sistem pemanas air cadangan konvensional di dalam rumah. Jenis instalasi air panas ini adalah sistem langsung (loop terbuka) karena air yang dipanaskan adalah air yang sama dengan yang Anda minum.

Keuntungan utama dari sistem ICS adalah tidak memerlukan kontrol, pompa, sensor, atau bagian mekanis atau bergerak lainnya, sehingga persyaratan perawatan minimal. Sebagian besar unit ICS yang diproduksi saat ini adalah pemanas “tipe tabung progresif” yang berkebalikan dengan tangki tunggal yang lebih tua dalam kolektor batch tipe kotak yang membuatnya lebih murah daripada sistem aktif. ICS dan kolektor batch dapat dengan mudah ditambahkan ke instalasi air panas domestik yang ada. Namun, ada sejumlah kelemahan dengan sistem kolektor batch seperti berat, kehilangan panas, efisiensi dan kemungkinan pembekuan dalam cuaca dingin.

>> 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.

https://sustineri.life/advantage-and-disadvantage-of-integral-collector-storage-systems/ (diakses pada tanggal 26 Januari 2021)

Karena pergerakan matahari yang tampak di langit, kolektor sinar konvensional yang berkonsentrasi harus mengikuti gerakan harian matahari. Pergerakan matahari dapat dengan mudah dilacak dengan dua metode. Yang pertama adalah metode altazimuth, yang membutuhkan perangkat pelacak untuk berbelok di ketinggian dan sudut azimut. Yang kedua adalah satu sumbu pelacakan, di mana kolektor melacak matahari hanya dalam satu arah, baik dari timur ke barat atau utara ke selatan. Sistem ini membutuhkan penyesuaian yang terus menerus dan akurat untuk mengimbangi perubahan orientasi matahari. Untuk penyesuian perubahan orientasi matahari, penggunaan metode tracking/pelacakan bisa digunakan.

Sebuah mekanisme pelacakan harus dapat diandalkan dan mampu mengikuti matahari dengan derajat akurasi yang pasti dan dapat mengembalikan kolektor ke posisi semula di akhir siang atau malam hari, dan melacak selama periode awan yang menutupi langit. Selain itu, mekanisme pelacakan digunakan untuk perlindungan kolektor dengan melindunginya dari lingkungan yang berbahaya dan bekerja pada kondisi seperti hembusan angin, panas berlebih, dan kegagalan dari aliran fluida termal. Akurasi yang dibutuhkan dari mekanisme pelacakan tergantung pada sudut penerimaan kolektor.

Skema Sistem Tracking

Berbagai bentuk mekanisme pelacakan bervariasi dari yang kompleks hingga yang sangat sederhana telah diaplikasikan. Umumnya tracking dapat dibagi menjadi:

• Mekanisme yang menggunakan motor yang dikendalikan secara elektronik melalui sensor, yang mendeteksi besarnya pencahayaan matahari
• Mekanisme menggunakan motor yang dikendalikan komputer dengan kontrol umpan balik dari sensor pengukur fluks cahaya pada penerima

Sistem menggunakan tiga sensor, Sensor A dipasang di sisi timur kolektor yang diarsir oleh bingkai, sedangkan dua lainnya (B dan C) dipasang pada bingkai kolektor. Sensor A bertindak sebagai sensor fokus, yaitu menerima sinar matahari langsung hanya ketika kolektor terfokus. Saat matahari bergerak, sensor A menjadi gelap dan motor menyala. Sensor B adalah sensor awan dan tutupan awan diasumsikan ketika pencahayaan turun pada tingkat tertentu. Sensor C adalah sensor siang hari. Saat ketiga sensor menerima sinar matahari, sinar tersebut diterjemahkan oleh sistem kontrol sebagai siang hari tanpa awan melalui matahari dan pengumpul dalam posisi fokus.

Sensor yang digunakan adalah light-dependent resistor (LDRs). Kerugian utama LDR adalah bahwa sensor ini tidak dapat membedakan antara sinar matahari langsung dan menyebar. Namun, hal ini bisa diatasi dengan menambahkan resistor yang dapat disesuaikan ke sistem dan dapat diatur untuk sinar matahari langsung. Hal ini bisa tercapai dengan mengatur resistor.

Sistem motor dihidupkan ketika ada dari ketiga sensor LDR gelap. Sensor mana yang diaktifkan tergantung pada jumlah bayangan ditentukan oleh nilai yang ditetapkan pada resistor dengan nilai radiasi ambang batas yang diperlukan untuk memicu relay. Sensor A selalu berbayang sebagian. Saat bayangan bertambah karena pergerakan matahari, hal ini memicu relai maju yang menghidupkan motor untuk menghidupkan kolektor dan memicu kembali sensor A.

Sistem juga mengakomodasi tutupan awan, yaitu ketika sensor B tidak menerima sinar matahari langsung ditentukan oleh nilai resistor lain, sebuah pengatur waktu terhubung secara otomatis ke sistem dan menggerakan motor setiap 2 menit sekali dengan gerakan sekitar 7 detik. Akibatnya, kolektor mengikuti jalur matahari dan ketika matahari muncul kembali kolektor difokuskan kembali oleh fungsi sensor A.

Sistem ini juga menggabungkan dua sakelar batas yang fungsinya menghentikan motor agar tidak melampaui batas putaran. Sakelar dipasang di dua pemberhentian yang membatasi rotasi keseluruhan kolektor di kedua arah, Timur dan Barat. Kolektor melacak ke barat selama siang hari. Saat matahari terbenam dan sensor C tahu bahwa hari sudah malam, listrik tersambung ke relai reverse yang mengubah polaritas motor dan memutar kolektor sampai gerakannya dibatasi oleh sakelar batas timur. Jika tidak ada matahari selama keesokan paginya, timer digunakan untuk mengikuti jalur matahari seperti kondisi berawan normal. Sistem pelacakan terdiri dari motor listrik dan gearbox pada kolektor kecil. Untuk kolektor besar, unit hidrolik diperlukan.

>> 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.

Compound Parabolic Concentrator (CPC) adalah jenis kolektor surya khusus yang dibuat dalam bentuk dua pertemuan parabola. CPC memiliki kemampuan untuk memantulkan ke penyerap semua radiasi yang datang dalam batas yang lebar.

Compound Parabolic Concentrator dapat menerima radiasi yang masuk melalui rentang sudut yang relatif luas. Dengan menggunakan beberapa refleksi internal, radiasi apapun memasuki bukaan dalam sudut penerimaan kolektor menemukan jalannya ke permukaan penyerap terletak di bagian bawah kolektor. Penyerap atau absorber memiliki varietas konfigurasi. Bisa jadi flat, bifacial, baji/wedge, atau tube/silinder.

Dua tipe dasar kolektor CPC telah dirancang simetris dan asimetris. CPC biasanya mempekerjakan dua jenis utama absorber yaitu jenis fin dengan pipa dan berbentuk tabung absorber. Jenis fin bisa flat, bifacial, atau baji, seperti yang ditunjukkan di gambar 1 untuk tipe simetris, dan dapat berupa single channel atau multichannel.

Compound Parabolic Concentrator harus memiliki celah antara penerima dan reflektor untuk mencegah reflektor bertindak sebagai sirip yang menghantarkan panas dari penyerap. Karena celah tersebut mengakibatkan hilangnya area reflektor dan kehilangan kinerja, celah harus dijaga tetap kecil. Hal ini lebih penting untuk di penerima datar.

Untuk aplikasi bersuhu lebih tinggi, CPC jenis pelacak dapat digunakan. Ketika pelacakan digunakan, pelacakan sangat kasar atau terputus-putus, karena rasio konsentrasi biasanya kecil dan radiasi dapat dikumpulkan dan dikonsentrasikan oleh satu atau lebih refleksi pada permukaan parabola.

CPC dapat diproduksi baik satu unit dengan satu bukaan dan satu penerima atau sebagai panel. Ketika dibangun sebagai panel, kolektor terlihat seperti kolektor di pelat.

>> 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.

Pengoperasian kolektor dan sistem surya tergantung pada input radiasi matahari dan suhu udara lingkungan dan urutannya. Salah satu bentuk data radiasi matahari yang tersedia ada di peta. Hal ini memberikan kesan umum ketersediaan radiasi matahari tanpa rincian tentang kondisi meteorologi lokal sehingga digunakan dengan teliti.

Untuk iklim lokal, data berupa tahun meteorologi khas biasanya diperlukan. Ini adalah tahun yang khas, yang didefinisikan sebagai tahun yang merangkum semua informasi iklim yang mencirikan suatu periode selama umur rata-rata tata surya. Dengan cara ini, kinerja jangka panjang kolektor atau sistem dapat dihitung dengan menjalankan program komputer selama tahun yang diukur.

Typical Meteorological Year (Tahun Meteorologi Khas)

Sebuah database cuaca untuk durasi satu tahun dikenal sebagai Typical Meteorological Year (TMY). TMY adalah kumpulan data nilai radiasi matahari dan elemen meteorologi per jam. TMY terdiri dari bulan-bulan yang dipilih dari tahun-tahun yang digabungkan untuk membentuk tahun lengkap. TMY berisi nilai radiasi matahari (global dan langsung), suhu lingkungan, kelembaban relatif, dan kecepatan dan arah angin untuk semua jam sepanjang tahun. Pemilihan kondisi cuaca khas untuk kondisi tertentu pada lokasi pengukuran sangat penting dalam simulasi komputer untuk memprediksi kinerja tata surya dan kinerja termal bangunan dan mendorong penyelidik menjalankan pengamatan data pada periode yang lama atau memilih tahun yang tampaknya khas dari data di beberapa tahun. Penggunaan TMY adalah untuk simulasi komputer sistem konversi energi matahari dan sistem bangunan.

Kecukupan menggunakan data meteorologi tahun rata-rata atau khas dengan model simulasi untuk memberikan perkiraan kinerja sistem jangka panjang tergantung sensitifitasnya kinerja sistem ke jam dan cuaca. Tanpa memedulikan bagaimana itu dipilih, sebuah ” rata-rata ” tahun tidak bisa diharapkan memiliki urutan cuaca yang sama seperti yang terjadi di atas itu jangka panjang. Namun, kinerja simulasi sistem untuk ” rata-rata tahun ” mungkin menyediakan perkiraan yang baik dari kinerja sistem jangka panjang jika urutan cuaca yang terjadi rata-rata tahun mewakili. Dengan menggunakan pendekatan ini, integrasi kinerja sistem jangka panjang dapat dievaluasi dan sistem dinamis perilaku bisa didapatkan.

>> 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.

http://www.soda-pro.com/services/radiation/typical-meteorological-year (diakses pada tanggal 19 Januari 2022)