Tipe Aplikasi Sistem Pemanas Air Tenaga Surya

Mari kita mengenal tipe dan aplikasi sistem pemanas air tenaga surya. Dan semoga dengan terbukanya mata kita mengenai sistem pemanas air tenaga surya, akan memunculkan keinginan kita untuk memasang unit ini di rumah/bisnis kita:

Jenis sistem
Pada hari yang cerah, dan bila ukuran sistem sudah benar, semua jenis dan sistem kolektor dapat dengan mudah memanaskan air di tangki penyimpanan air panas domestik. Di lokasi yang tak pernah mengalami suhu di bawah titik beku, loop terbuka, sistem langsung, dan sistem sirkulasi aktif adalah yang paling populer. Sistem kolektor-penyimpanan terpadu dan sistem thermosyphon merupakan yang populer di iklim sedang. Dan di beberapa tempat yang sering mengalami kebekuan, yang paling sering digunakan adalah sistem drainback dan sistem antibeku dengan preferensi yang tergantung pada daerah dan rekomendasi pihak installer.

Pemanas Air Batch
Pemanas air batch telah digunakan selama lebih dari satu abad. Ambil tangki silinder, dicat hitam, masukkan ke dalam kotak terisolasi dengan kaca di bagian atas; dan Anda telah memiliki pemanas air batch.
Untuk memberikan isolasi pada bagian kaca kolektor, sebagian produsen pemanas air batch menggunakan glasir ganda. Cara kerjanya sederhana: matahari bersinar melalui kaca, menerpa tangki hitam, dan memanaskan air yang ditampungnya.

Sistem batch (kolektor-penyimpan terpadu) dianggap pemanas "pasif" karena mereka tidak memerlukan perangkat elektro-mekanik, seperti pompa, untuk beroperasi. Pemanas air batch dapat kehilangan panas yang tinggi dimalam hari dengan suhu dingin karena hanya kaca yang melindunginya dari rendahnya suhu di malam hari. Unit batch biasanya dipasang untuk digunakan sepanjang tahun di iklim panas.

Thermosyphon
Sistem thermosyphon juga dianggap sistem pasif, karena tidak memerlukan pompa atau kontroller. Sistem ini dapat memiliki kolektor dan tangki yang menyatu atau terpisah, yang dapat menahan kehilangan panas di malam hari dengan lebih efektif, karena tangki dapat diisolasi dengan baik. Namun, sistem thermosyphon biasanya lebih rentan terhadap pembekuan dibandingkan pemanas air batch karena tabung di kolektor lebih kecil.

Sirkulasi Langsung Aktif
Sistem sirkulasi langsung aktif (alias loop terbuka) sangat populer di lokasi yang tak pernah membeku. Pada sistem pemanas air langsung, air domestik bersirkulasi melalui kolektor. Komponen utama dari sistem ini adalah kolektor, tangki, dan pompa, ditambah kontroller untuk memasok energi ke pompa bila terdapat cukup sinar matahari untuk menaikkan suhu air di dalam tangki.

Sirkulasi Taklangsung Aktif
Sistem sirkulasi tidak langsung aktif menggunakan cairan pentransfer panas yang bersirkulasi pada sistem dan dipanaskan di kolektor. Sebuah penukar panas (heat exchanger) memindahkan panas dari cairan pentransfer panas ke air minum dalam tangki penyimpanan. Sistem ini memiliki satu atau dua pompa, tergantung pada jenis penukar panas. Sistem dengan tangki penyimpanan dan penukar panas yang bergabung menjadi satu hanya membutuhkan satu pompa, desain dengan penukar panas eksternal membutuhkan dua pompa. Sistem sirkulatsi taklangsung aktif terdiri dari sistem drainback dan sistem antibeku. Keduanya  merupakan sistem yang melindungi pemanas dari kebekuan. Keduanya merupakan sistem loop tertutup.

Sistem drainback menggunakan tangki drainback, dengan atau tanpa penukar panas yang terpisah, ditambah satu atau dua pompa, dan kontroller untuk mengatur pompa.
Sistem antibeku merupakan sistem pemanas air tenaga surya yang paling kompleks. Sistem ini membutuhkan tangki ekspansi, penukar panas (tangki penyimpanan internal atau eksternal), pompa, kontroller, alat pengukur suhu, dan pelepas tekanan.

Komponen
Kolektor
Peran kolektor panas surya cukup sederhana: menyerap sinar matahari, memindahan panas, dan merupakan metode yang andal selama beberapa dekade. Tapi kolektor harus menyerap banyak panas, dan meminimalkan kerugian lepasnya panas akibat refleksi dan kondisi lingkungan sekitarnya. Dua jenis utama kolektor panas surya adalah kolektor pelat datar dan evacuated-tube (ET) - yang tersedia untuk pasar rumahan.

Kolektor pelat datar telah teruji oleh waktu, dapat diandalkan, dan saat ini mendominasi pasar. Mereka terdiri dari lembar pelat-penyerap tembaga, dicat atau dilapisi warna hitam yang terpasang pada pipa yang berisi cairan pentransfer panas. Pipa dan pelat tembaga ditutup dalam frame logam terisolasi, dan ditutup dengan selembar kaca untuk melindungi pelat absorber dan menciptakan ruang udara terisolasi.

Ukuran kolektor pelat datar biasanya berkisar dari 24 kaki persegi (3 x 8 kaki) hingga 48 kaki persegi (4 x 12 kaki) atau lebih, dan dapat berbobot lebih dari 150 pon. Mereka menampung volume kecil cairan pentransfer panas, biasanya kurang dari 3 galon.

Kolektor evacuated-tube merupakan teknologi yang lebih baru, diperkenalkan pada akhir tahun 1970. Beberapa jenis telah tersedia, yang umum adalah tabung gelas yang mengelilingi sebuah pelat absorber. Karena ruang di dalam tabung dibuat vakum, yang merupakan isolator yang jauh lebih unggul dibanding udara, kolektor ini memiliki retensi panas jauh lebih baik daripada kaca/udara pada desain kolektor pelat datar.

Kebanyakan menggunakan kaca borosilikat untuk memaksimalkan transmisi surya pada pelat absorber, dan memiliki lapisan penyerap yang mirip dengan kolektor pelat datar. Frame dan manifold tersedia untuk tabung paralel, dapat menampung 4 sampai 20 tabung atau lebih. Dalam bobot dan dimensi yang sama dengan kolektor pelat datar, kolektor evacuated-tube biasanya memiliki kelebihan yaitu tabung individu dapat dibawa ke tempat pemasangan dan kemudian dirakit di sana, tidak mesti mengangkat seluruh kolektor.

Dudukan Kolektor 
Hampir semua produsen kolektor surya membuat rak untuk dudukan kolektor mereka. Dudukan ini biasanya terbuat dari bahan aluminium atau stainless steel. Banyak produsen memberikan panduan mengenai kemampuan rak kolektor untuk menahan hembusan angin.

Tangki
Tangki penyimpanan memiliki daya tampung sekitar 40-120 galon untuk sistem rumahan. Pemanas air listrik dapat dengan mudah diadaptasi untuk menjadi pemasok cadangan bagi tangki penyimpanan surya. Tangki khusus bisa diintegrasikan atau terpisah dengan penukar panas. Kebanyakan tangki berlapis kaca, tetapi dapat juga berlapis stainless atau plastik polibutilena suhu tinggi.

Tangki drainback atau tangki reservoir untuk sistem rumahan biasanya memiliki kapasitas 8 sampai 20 galon. Tangki drainback menampung air dari sistem setelah terkuras dari kolektor dan pipa. Tangki ini harus mampu menampung setidaknya dua kali volume sistem (perpipaan, kolektor, dan exchanger).

Tangki ekspansi. Cairan biasanya mengembang ketika mereka dipanaskan, dan sistem loop tertutup membutuhkan beberapa cara untuk menngatasi ekspansi ini. Pada sistem drainback, tangki drainback mengambil fungsi ini. Pada sistem antibeku, digunakan tangki ekspansi. Mereka biasanya sangat kecil, 2 sampai 4 galon - dan ukuran tergantung pada volume dan suhu maksimal sistem.

Pemanas air cadangan. Banyak tangki penyimpanan surya yang memiliki elemen listrik di bagian atas tangki, yang berfungsi sebagai sumber cadangan untuk memanaskan air ketika sistem surya tidak menghasilkan cukup air panas.

Pompa
Pompa digunakan dalam sistem sirkulasi aktif untuk memindahkan cairan pentransfer panas melewati kolektor ke tangki atau penukar panas.
Pompa yang digunakan untuk mengedarkan air domestik (loop terbuka), harus terbuat dari baja perunggu atau stainless karena efek korosif dari oksigen yang terlarut dalam air domestik.

Sistem drainback membutuhkan pompa yang cukup besar untuk mendorong semua udara keluar dari sistem pada saat startup sistem dan mengatasi ketinggian kolektor. Sistem antibeku dapat menggunakan pompa kecil, karena tidak ada udara di pipa untuk diatasi. Karena diperlukan pompa yang lebih kecil, sistem antibeku lebih mudah menggunakan pompa PV bertenaga DC.

Kontroller
Sistem sirkulasi aktif harus memiliki kontroller untuk mengatur pompa. Karena suhu air di dalam tangki akan meningkat sebesar 60° F (15° C) atau lebih pada hari yang cerah, kontroller dapat memaksimalkan efisiensi sistem. Kontroller memiliki sensor untuk memonitor suhu kolektor dan satu lagi untuk memonitor suhu tangki penyimpanan. Kontroller menyalakan pompa ketika kolektor lebih hangat beberapa derajat daripada tangki dan pompa dimatikan ketika suhu turun di bawah kemampuan kolektor menambah panas ke tangki penyimpanan. Banyak kontroller memiliki display digital, kemampuan untuk mengatur output, dan mode “vacation” untuk membantu menghindari overheating sistem saat rumah kosong.

Penukar Panas
Penukar panas (heat exchanger) adalah bagian dari semua sistem tidak langsung karena cairan pentransfer panas tidak boleh bercampur dengan air domestik yang digunakan di keran. Penukar panas sering disertakan di dalam tangki penyimpanan, menyederhanakan sistem dengan hanya menggunakan satu pompa dan lebih sedikit pipa.

Sistem drainback yang memiliki tangki drainback dengan penukar panas terpisah memerlukan dua pompa, karena penukar panas bukan merupakan bagian dari tangki penyimpanan.

Katup dan Alat Pengukur
Katup periksa (check valve) diperlukan untuk mencegah sirkulasi terbalik (thermosyphon) pada loop kolektor di malam hari. Kejadian ini dapat menyebabkan kehilangan panas dan penukar panas menjadi beku dalam sistem antibeku. Sistem drainback tidak memiliki katup periksa, yang dapat mencegah kerja sistem saat pengeringan.

Katup pelepas panas & tekanan diperlukan pada semua pemanas air dan tangki penyimpanan. Katup pengaman ini biasanya diatur untuk "meniup" atau aktif pada kondisi melebihi 210° F (99° C) atau 125 PSI.

Sebuah katup pelepas tekanan digunakan dalam loop kolektor dan diaktifkan oleh tekanan pada sistem saja, untuk sistem antibeku akan “meniup" pada 50 sampai 75 PSI. Penyebab umum yang mengaktivasi katup pelepas tekanan adalah listrik padam dan kegagalan pompa atau kontroller.

Katup mixing & antiscald. Sistem pemanas air tenaga surya tidak memiliki termostat seperti pada pemanas air konvensional, karnanya tangki penyimpanan bisa mencapai suhu yang sangat tinggi. Pencampuran air, tempering, atau katup antiscald membatasi suhu air dalam tangki dengan mencampurkan sedikit air dingin ketika temperatur air terlalu tinggi.


IndoEnergi Home