Heat Storage Systems / Sistem Penyimpanan Panas Energi Surya

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 MEMBACA ARTIKEL LAINNYA SEPUTAR ENERGI TERBARUKAN !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

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

Author: admin