Review Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Teknologi penyimpanan energi termal laten (LTES) menjadi solusi penting untuk mengatasi ketidakseimbangan waktu dan ruang dalam aplikasi panas bergradasi rendah dan energi terbarukan, terutama pada sistem pompa panas (HP). Dalam studi ini, desain adaptif dari perangkat penyimpanan energi termal laten berjenjang (CTS) serta peningkatan sifat termofisik bahan perubahan fase (PCMs) menjadi faktor kunci untuk operasi yang stabil dan efisien dari sistem pengeringan pompa panas yang terintegrasi. Desain perangkat CTS yang dioptimalkan berdasarkan analisis eksergi dari mesin panas multi-tahap ini diimplementasikan dalam sistem HP bertenaga surya dengan pendekatan model tiga dimensi shell-tube yang dikembangkan menggunakan metode entalpi.
Pada proses ini, batasan fisik seperti suhu perubahan fase material target dan kondisi aplikasi praktis dipertimbangkan secara komprehensif. Hasil perhitungan teoretis memberikan panduan penting dalam pemilihan dan peningkatan PCMs, serta penyesuaian ukuran penukar panas. Penelitian ini menggunakan bahan komposit sodium acetate trihydrate (SAT) sebagai PCM pengisi dengan tata letak berjenjang dalam perangkat CTS, yang disiapkan dengan penambahan berbagai konsentrasi acetamide (AC) untuk menyesuaikan suhu leleh. Penelitian ini berfokus pada karakteristik transfer panas dan kinerja pengaturan suhu dalam proses penyimpanan panas, menggunakan perangkat CTS tiga tahap dan LTES satu tahap yang diisi dengan tiga rasio SAT/AC.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pengurangan transfer panas antar-tahap pada perangkat CTS dapat meningkatkan kapasitas penyimpanan panas secara signifikan. Dalam tahap penyimpanan panas laten pada perangkat CTS tiga tahap, suhu rata-rata masuk dan keluar menurun sebesar 4,41 ℃, yang dapat menyesuaikan suhu puncak sebesar 0,90% dan menciptakan efek buffering pada suhu masuk. Hal ini berarti bahwa rentang suhu operasi perangkat CTS tiga tahap lebih luas dibandingkan dengan unit penyimpanan panas satu tahap. Efektivitas ini memberikan keuntungan dalam memaksimalkan pemanfaatan energi panas dari sumber panas yang berfluktuasi, seperti yang dihasilkan oleh kolektor surya.
Lebih lanjut, perangkat CTS tiga tahap ini memiliki kerapatan penyimpanan panas yang 2,39 kali lebih besar dibandingkan dengan tangki penyimpanan air panas domestik dengan volume yang sama. Hal ini menunjukkan bahwa perangkat CTS tiga tahap lebih efektif dalam menyimpan energi panas dari sumber panas yang fluktuatif, seperti energi panas surya, sehingga lebih efisien dalam pemanfaatan sumber daya energi terbarukan. Selain itu, penelitian ini menemukan bahwa keseragaman suhu keluaran dan daya transfer panas dari perangkat CTS lebih baik dibandingkan dengan unit penyimpanan panas satu tahap, yang memperlihatkan bahwa teknologi CTS berjenjang memiliki keunggulan signifikan dalam menjaga stabilitas suhu dan efisiensi transfer panas.
Penelitian ini juga menawarkan panduan berharga untuk persiapan PCMs bertahap, serta ide-ide baru untuk desain dan optimasi perangkat CTS, terutama dalam hal koordinasi dan optimasi antara perangkat dan material. Penggunaan SAT/AC sebagai material perubahan fase dengan rasio komposisi yang diatur memungkinkan penyesuaian suhu leleh sesuai kebutuhan aplikasi, yang pada gilirannya dapat mengoptimalkan efisiensi energi dari seluruh sistem pengeringan HP. Ini adalah langkah penting dalam memanfaatkan energi terbarukan secara lebih efisien dan meningkatkan keberlanjutan operasional.
Dalam perspektif yang lebih luas, temuan ini dapat menjadi landasan bagi pengembangan lebih lanjut teknologi penyimpanan energi termal laten dalam berbagai aplikasi energi terbarukan lainnya. Dengan kemampuan untuk meningkatkan kapasitas penyimpanan panas, memperluas rentang operasi suhu, dan meningkatkan efisiensi energi, sistem CTS berjenjang ini berpotensi untuk diaplikasikan pada skala yang lebih besar dan dalam berbagai konteks, termasuk untuk penyimpanan energi pada skala domestik hingga industri.
Secara keseluruhan, penelitian ini memberikan wawasan yang mendalam mengenai penerapan teknologi penyimpanan energi termal laten yang lebih efisien, stabil, dan ramah lingkungan. Teknologi CTS berjenjang menawarkan solusi unggul untuk tantangan penyimpanan energi terbarukan di masa depan, mendukung transisi global menuju sistem energi yang lebih hijau dan berkelanjutan.
