Keunggulan dan Kelemahan Berbagai Sistem Pemanas Air Tenaga Surya

Sistem Langsung

Sistem langsung juga disebut sistem "aktif" atau "loop terbuka". Pada sistem langsung, sistem kontrol elektronik [1] membandingkan suhu sensor [2] yang terletak di kolektor surya [6] dengan suhu sensor [3] yang terletak di bagian bawah tangki penyimpanan air panas [4 ] (dimana air yang paling dingin berada). Bila suhu kolektor surya lebih hangat dibandingkan air di bagian bawah tangki pada perbedaan yang telah ditentukan (misalnya empat derajat), kontrol elektronik menyalakan pompa kecil [5], yang menarik air dingin dari bawah tangki penyimpanan air panas dan mendorong ke kolektor surya. Air panas kemudian dikembalikan ke bagian atas tangki.

Pompa sirkulasi yang digunakan sangat kecil dan biasanya menggunakan sekitar jumlah listrik yang sama dengan bola lampu 100 watt. Versi lain dari sistem ini menggunakan panel fotovoltaik kecil (listrik surya) untuk mengoperasikan pompa sirkulasi arus searah (DC).

Keunggulan. Sistem langsung biasanya menghasilkan efisiensi operasional tertinggi karena tidak terjadi kehilangan panas di malam hari dari air panas yang tersimpan di atap, juga tidak ada efisiensi yang hilang melalui proses pertukaran panas. Air minum disirkulasikan secara langsung melalui kolektor.
Kelemahan. Satu-satunya kelemahan dari sistem ini adalah perlindungan pembekuan yang tidak memadai di musim dingin.

ICS Sistem

Sistem penyimpanan-kolektor terpadu, juga disebut pemanas surya "batch", menggabungkan tangki penyimpanan air panas dan permukaan kolektor surya menjadi komponen tunggal, menghilangkan kebutuhan akan pompa atau sistem kontrol sirkulasi otomatis. Dalam operasinya yang paling sederhana, tangki penyimpanan air dicat hitam dan ditaruh di bawah sinar matahari merupakan sistem ICS dasar.

Sistem ini merupakan yang terbaik sebagai pemanas awal sebelum air dipanaskan oleh pemanas air konvensional atau tankless water heater. Air dingin yang memasok pemanas air konvensional dialihkan [1] dan dikirim terlebih dahulu melalui modul surya [2]. Sirkulasi didorong oleh tekanan pada sistem. Dengan kata lain, ketika air panas ditarik keluar untuk digunakan di pemanas air konvensional, tangki penyimpanan [3] diisi kembali dari suplai air panas surya bukan dari air dingin. Hal ini memungkinkan pemanas listrik atau gas untuk bekerja lebih minimal, dan menghemat pemakaian bahan bakar.

Keunggulan. Keuntungan terbesar adalah kesederhanaannya: sistem tidak menggunakan pompa, tidak ada sensor suhu, tidak ada kontrol elektronik dan tidak ada penukar panas. Ketika dikombinasikan dengan tankless water heater, sistem dapat menghemat 5-6 meter persegi luas lantai dengan menghilangkan kebutuhan tangki penyimpanan air panas konvensional.
Kelemahan. Kerugian terbesar adalah kehilangan panas pada malam hari. Panas yang tersimpan lepas melalui pelat kaca penutup di malam hari, yang tidak dapat diisolasi untuk mencegah hilangnya panas. Namun, kerugian panas dapat dikurangi pada sistem ISC yang lebih maju dengan cara meregangankan film tipis tepat di bawah pelat penutup kaca, yang mengisolasi celah udara. Sistem ICS tidak cocok untuk iklim yang mengalami lebih dari empat sampai lima malam pembekuan per tahun .

Sistem Drainback

Sistem Drainback memiliki komponen yang lebih sedikit, tetapi secara khusus dirancang untuk menyediakan keamanan di iklim yang sering terjadi pembekuan di musim dingin. Kolektor surya dan sistem kontrolnya sama seperti sistem sirkulasi langsung.
Namun, cairan antibeku disirkulasikan melalui kolektor surya dan kembali ke penukar panas pada tangki penyimpanan air panas.

Penambahan penukar panas (heat exchanger) menambah biaya pada sistem dan menciptakan kehilangan energi saat perpindahan panas.
Seperti pada sistem langsung, sistem kontrol elektronik [1] membandingkan suhu sensor [2] yang terletak di kolektor surya [6] dengan suhu sensor [3] yang terletak di bagian bawah tangki penyimpanan air panas [4 ] (dimana air paling dingin berada). Bila suhu kolektor surya lebih hangat dibandingkan air di bagian bawah tangki pada perbedaan yang telah ditentukan (misalnya empat derajat), kontrol elektronik menyalakan pompa kecil [5], ... Namun, dalam sistem drainback, cairan yang beredar pada kolektor surya dipisahkan dari air minum dalam tangki penyimpanan air panas [4].

Air atau larutan glikol beredar melalui kolektor surya dan tangki drainback [7], ketika pompa berhenti, cairan dalam kolektor surya "mengalir kembali" ke dalam tangki drainback, mengosongkan kolektor surya setiap kali ia tidak bekerja. Sebuah pompa sirkulasi lainnya [8] mengedarkan air minum dari tangki penyimpanan air panas melalui penukar panas dalam tangki drainback.

Pada desain alternatif, hanya diperlukan satu pompa dalam loop kolektor surya drainback. Dalam desain ini, penukar panas biasanya "melingkar" pada tangki penyimpanan air panas.

Keunggulan. Sistem ini dirancang untuk mengeringkan kolektor surya selama cuaca dingin, bahkan jika terjadi pemadaman listrik. Hal ini memberikan keamanan pada sistem dari terjadinya kerusakan akibat pembekuan.
Kelemahan. Penukar panas membuat sistem ini sedikit kurang efisien dibandingkan sistem langsung. Dan seperti yang Anda duga, tangki drainback, pompa dan penukar panas membuat sistem ini sedikit lebih mahal daripada sistem ICS atau sistem langsung pada kapasitas yang sama. Di sisi lain, sistem ini cocok untuk iklim yang mungkin mengalami 10 hari atau lebih cuaca beku per tahun.

Sistem Thermosyphon

Sistem ini adalah yang paling umum digunakan di Jepang, Israel dan Australia, di tempat-tempat ini telah terinstal jutaan sistem perumahan dan komersial selama 30 tahun terakhir. Seperti sistem ICS, sistem thermosyphon tidak menggunakan sistem sirkulasi dan kontroller.

Namun, sirkulasi terjadi karena prinsip thermosyphon: Tangki penyimpanan air panas terletak lebih tinggi dibandingkan kolektor surya dan aliran sirkulasi diinduksi ketika air dingin di bagian bawah tangki penyimpanan turun karena gravitasi, melalui jalur sirkulasi ke bagian bawah panel kolektor surya, dimana air dipanaskan dan kemudian naik. Air yang telah dipanaskan di panel kolektor surya naik melalui saluran sirkulasi ke titik yang lebih tinggi pada tangki penyimpanan air.

Keunggulan. Berbeda dengan sistem ICS, yang menggabungkan tangki penyimpanan air panas dengan kolekor surya sehingga dapat terjadi kehilangan panas di malam hari, sistem thermosyphon mengoptimalkan efisiensi dengan mengisolasi sepenuhnya tangki penyimpanan yang terpisah.
Kelemahan. Kelemahan utama sistem thermosyphon adalah penampilan: Tangki penyimpanan air panas harus lebih tinggi dibandingkan kolektor surya, sehingga terlihat menonjol besar di atap. Sistem thermosyphon modern menempatkan tangki pada sisinya, di sepanjang tepi atas panel kolektor surya (lihat foto).

Masalah tambahan adalah beratnya: Sistem ICS menyebar komponen sistem di atap pada wilayah yang lebih luas, bobot sistem thermosyphon biasanya lebih terkonsentrasi. Struktur atap yang tua mungkin tidak dapat mendukung berat tambahan dari tangki penyimpanan air panas.

Mengapa tidak menggunakan listrik tenaga surya untuk memanaskan air?
Masalahnya adalah efisiensi konversi. Sebuah kolektor pelat datar pemanas air tenaga surya standar dapat mentransfer sekitar 63 persen dari energi matahari yang menerpanya langsung ke air (atau ke cairan pentransfer panas, dalam sistem sirkulasi tak langsung).

Panel photovoltaic (PV) listrik surya standar mengkonversi hanya 15 persen atau lebih dari energi yang menerpanya menjadi energi listrik dalam kondisi ideal (sel PV kehilangan efisiensi saat suhu naik). Inefisiensi tambahan terjadi ketika perubahan inverter arus listrik DC menjadi arus AC. Hasil akhirnya adalah sel PV pada saat efisiensi puncak hanya memberikan sekitar 10 persen dari energi yang menerpa permukaan.

Jadi di sinilah masalahnya: panel PV listrik membutuhkan lebih dari enam kali luas kolektor panas surya pelat datar untuk memenuhi kapasitas air panas yang sama.



IndoEnergi Home