pembangunan dan kajian prestasi lapangan dan kajian prestasi lapangan...arwah ibu salina bt mohd...

Download PEMBANGUNAN DAN KAJIAN PRESTASI LAPANGAN Dan Kajian Prestasi Lapangan...arwah ibu Salina Bt Mohd Yusof…

Post on 26-Aug-2019

212 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • PEMBANGUNAN DAN KAJIAN PRESTASI LAPANGAN PENGUMPUL

    POLIMER DAN FOTOVOLTAN TERMA (PVT) POLIMER DI MALAYSIA

    MOHD AFZANIZAM BIN MOHD ROSLI

    TESIS YANG DIKEMUKAKAN UNTUK MEMPEROLEH IJAZAH

    DOKTOR FALSAFAH

    INSTITUT PENYELIDIKAN TENAGA SURIA

    UNVERSITI KEBANGSAAN MALAYSIA

    BANGI

    2016

  • ii

    DEVELOPMENT AND OUTDOOR PERFORMANCE STUDY OF POLYMER COLLECTOR AND PHOTOVOLTAIC THERMAL (PVT) POLYMER IN

    MALAYSIA

    MOHD AFZANIZAM BIN MOHD ROSLI

    THESIS SUBMITTED IN FULFILMENT OF THE DEGREE OF

    DOCTOR OF PHILOSOPHY

    SOLAR ENERGY RESEARCH INSTITUTE

    UNIVERSITI KEBANGSAAN MALAYSIA

    BANGI

    2016

  • iii

    PENGAKUAN

    Saya akui karya ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali nukilan dan ringkasan yang

    tiap-tiap satunya telah saya jelaskan sumbernya.

    5 September 2016 MOHD AFZANIZAM BIN MOHD ROSLI

    P64499

  • iv

    PENGHARGAAN

    Segala puji bagi Allah S.W.T Tuhan sekalian alam. Selawat dan salam ke atas junjungan besar Nabi Muhammad S.A.W. Syukur ke hadrat Allah. S.W.T dengan limpah kurnia dan izinNya, telah memberikan nikmat dan rezeki kesihatan, kesabaran, ruang masa, buah fikiran dan kekuatan dalam menyiapkan tesis ini.

    Ucapan jutaan terima kasih dan setinggi – tinggi penghargaan kepada penyelia utama saya iaitu Prof. Dr. Sohif Mat dan penyelia bersama saya iaitu Prof. Dato’ Dr. Kamaruzzaman Sopian, Prof. Dr. Mohamad Yusof Sulaiman dan Prof. Emeritus Dato’ Ar. Dr. Elias@Ilias Salleh kerana telah banyak memberi tunjuk ajar, bimbingan, pengetahuan, berkongsi kepakaran dan motivasi dalam menyiapkan tesis ini.

    Saya juga ingin merakamkan setinggi – tinggi terima kasih kepada Universiti Teknikal Malaysia Melaka kerana telah memberi peluang kepada saya untuk melanjutkan pelajaran di peringkat PhD melalui skim cuti belajar, Kementerian Pendidikan Tinggi yang memberikan biasiswa dibawah Skim Latihan IPTA dan Universiti Kebangsaan Malaysia. Tidak ketinggalan pada pihak industri iaitu Greentech Sdn Bhd dibawah kendalian Encik Kong Kit Yong yang menyumbangkan pengumpul polimer bagi kajian tesis ini.

    Buat isteri tersayang, Nurzarina Binti Zakaria dan putera hati saya Muhammad Afif Nazmi, terima kasih diatas segala pengorbanan, sokongan dan kasih sayang yang dicurahkan selama ini. Kesemuanya itu merupakan azimat dan kekuatan saya dalam menempuhi cabaran dan dugaan sepanjang menyiapkan tesis ini.

    Buat ayahanda dan bonda tersayang Mohd Rosli Mansor dan Mastika Sharif, arwah ibu Salina Bt Mohd Yusof serta keluarga mertua Zakaria Ismail dan Nafsiah Rashid, terima kasih kerana sentiasa mendoakan kejayaan saya. Sesungguhnya berkat doa mereka jugalah yang membantu saya menyiapkan tesis ini dengan jayanya. Tidak lupa kepada rakan – rakan seperjuangan PhD dan Sarjana yang banyak membantu dari segi tunjuk ajar, buah fikiran dan berkongsi pengalaman kajian.

    Akhir kata, saya juga mengucapkan jutaan terima kasih kepada Institut Penyelidikan Tenaga Suria, Pusat Siswazah UKM dan semua pihak yang terlibat secara langsung atau tidak bagi penghasilan tesis ini. Sesungguhnya, hanya Allah sahaja yang dapat membalas segala jasa baik yang diberikan. Saya doakan agar segala bantuan yang diberikan kepada saya agar beroleh ganjaran kebaikan dari Allah S.W.T baik di dunia dan di akhirat kelak.

  • v

    ABSTRAK

    Sebuah pengumpul polimer komersil yang terdapat dipasaran digunakan bagi pembinaan pengumpul fotovoltan terma (PVT) polimer. Pengumpul PVT polimer tersebut diuji pada keadaan lapangan bagi menentukan prestasi. Fotovoltan jenis monohablur digunakan pada permukaan atas pengumpul polimer. Lapisan penebat berketebalan 10 mm dipasang pada permukaan bawah pengumpul PVT bagi mengelakkan kehilangan haba. Ujikaji lapangan dijalankan mengikut piawaian ASHRAE 93-2010. Dua jenis ujikaji kecekapan dijalankan bagi pengumpul polimer dan fotovoltan terma polimer. Ujian pertama adalah pada keadaan mantap bagi mendapatkan kecekapan terma dalam bentuk persamaan garis lurus manakala ujikaji kedua adalah pada keadaan fana bagi menentukan kecekapan terma, elektrik, keseluruhan dan suhu air keluaran. Ujikaji pada keadaan fana dijalankan dari 10.00 pagi hingga 4.00 petang pada kadar alir jisim malar menggunakan tangki simpanan berkapasiti 455 liter. Data direkodkan setiap 30 saat menggunakan sistem perolehan data. Model matematik dibangunkan bagi setiap pengumpul dan simulasi dijalankan bagi menentukan kecekapan terma dan suhu air keluaran. Model matematik telah dibangunkan menggunakan kaedah kesimbangan tenaga bagi meramal kecekapan setiap pengumpul pada keadaan mantap. Kecekapan maksima bagi pengumpul polimer dan pengumpul PVT polimer ialah 0.862 dan 0.402. Kecekapan terma pada keadaan fana bagi pengumpul polimer ialah 35.01% hingga 61.40%. Manakala kecekapan terma, elektrik dan keseluruhan pengumpul PVT polimer pada keadaan fana ialah 21.40-42.52%, 14.18-15.10% dan 34.40-56.70%. Berdasarkan keputusan pada suhu air tangki, pengumpul polimer mampu menghasilkan air panas dalam julat 45.5 °C hingga 49 °C manakala pengumpul PVT polimer menghasilkan air panas dalam julat 39 °C C hingga 45 °C pada kadar alir jisim yang malar pada julat antara 0.04 kg/s hingga 0.12 kg/s. Ralat keputusan ujikaji dan model matematik bagi pengumpul polimer dan pengumpul PVT polimer masing – masing ialah 8.8 % dan 6.1 %. Keputusan simulasi menunjukkan suhu air keluaran dan kecekapan terma bagi satu unit pengumpul polimer bersamaan dua unit pengumpul PVT polimer pada keadaan persekitaran dan opearasi yang sama. Kesimpulannya, pengumpul polimer dan pengumpul PVT polimer telah berjaya dibangunkan dan kedua-dua pengumpul sesuai bagi aplikasi terma yang rendah seperti pemanasan air domestik dan pemanasan kolam di Malaysia.

  • vi

    ABSTRACT

    A commercially available polymer collector was used to develop a photovoltaic themal (PVT) collector, which was tested under a field test to evaluate its performance. A monocrystalline photovoltaic (PV) was used on the top surface of polymer collector. A 10 mm insulation material was installed to prevent heat loss of the PVT collector. The experiment was conducted following the ASHRAE standard 93-2010. Two types of experiment for each collector was conducted; first, to determine the thermal efficiency under steady state condition and second, to determine thermal efficiency, electrical efficiency, overall efficiency and hot water generated under transient condition during one-day operation from 10.00 am to 4.00 pm. The test was conducted at constant mass flow rate using a 455 L storage tank. The data were recorded every 30 seconds by using a data logging system. A mathematical model were developed for each collector and simulation performed to determine the thermal efficiency and outlet water temperature. A mathematical model was developed using energy balance equation to predict the performance of each collector under steady state condition. The maximum thermal efficiency for polymer collector and PVT polymer collector were 0.862 and 0.402, respectively. The thermal efficiency under transient condition for polymer collector was 35.01% until 61.40% while the thermal efficiency, electrical, overall efficiency of PVT polymer collector were 21.40-42.52%, 14.18-15.10% and 34.40-56.70% respectively. The storage tank of polymer collector can generate hot water in the range of 45.5 °C to 49 °C while PVT polymer collector in the range of 39.5 °C to 49 °C with constant mass flow rate ranging from 0.04 kg/s to 0.12 kg/s during the testing day. Results from the experiment and mathematical model for each collector were in good agreement with the experiment; the errors for the polymer collector and PVT polymer collector were 8.8% and 6.1%, respectively. Simulation results show that the outlet water temperature and thermal efficiency for one polymer collector was equivalent to two PVT polymer collectors connected in series under the same environment and operating conditions. In conclusion, the polymer collector and developed PVT polymer collector are suitable for application in low-range temperature, such as domestic water and pool heating in Malaysia.

  • vii

    JADUAL KANDUNGAN

    Halaman

    PENGAKUAN iii

    PENGHARGAAN iv

    ABSTRAK v

    ABSTRACT vi

    KANDUNGAN vii

    SENARAI JADUAL xi

    SENARAI ILUSTRASI xiv

    SENARAI SIMBOL xxiv

    BAB I PENGENALAN

    1.1 Cabaran 1

    1.2 Pilihan Masa Depan 3

    1.3 Latar Belakang Kajian 6

    1.4 Penyataan Masalah 8

    1.5 Persoalan Kajian 9

    1.6 Hipotesis 9

    1.7 Objektif Kajian 10

    1.8 Skop Penyelidikan 10

    BAB II KAJIAN KEPUSTAKAAN

    2.1 Pengenalan 12

    2.2 Pengumpul Polimer 12

    2.3 Pengumpul Fotovoltan Terma 16

    2.4 Pengumpul Fotovoltan Polimer 23

  • viii

    BAB III SISTEM EKSPERIMEN

    3.1 Pengenalan 28

    3.2 Rekabentuk dan Fabrikasi Pengumpul Polimer 28

    3.2.1 Pengumpul polimer 29

    3.3 Rekabentuk dan Fabrikasi Fotovoltan 31

    3.4 Pengumpul Fotovoltan Terma Jenis Polimer 34

    3.4.1 Modul fotovoltan 35

    3.4.2 Kerangka pengumpul 37

    3.5 Sistem Perolehan Data 37

    3.5.1 Modul perolehan data 37

    3.5.2 Sistem perolehan data di lapangan 38

    3.6 Peralatan Eksperimen 41

    3.6.1 Pengumpul polimer dan fotovoltan terma 43

    3

Recommended

View more >