BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Aplikasi Energi Matahari
Gambar 2-5. Evacuated Receiver
Sumber: lit 12
2.3 Aplikasi Energi Matahari
Ada bermacam-macam aplikasi teknologi yang telah dikembangkan untuk mengambil manfaat energi surya. Teknologi tersebut dapat dibaca lebih jauh berikut ini.
2.3.1 Pemanasan Air
Penyediaan air panas sangat diperlukan oleh masyarakat, baik untuk mandi maupun untuk alat antiseptik pada rumah sakit dan klinik kesehatan. Penyediaan air panas ini memerlukan biaya yang besar karena harus tersedia sewaktu-waktu dan biasanya untuk memanaskan digunakan energi fosil ataupun energi listrik. Namun dengan menggunakan pemanas air tenaga surya maka hal ini bukan merupakan masalah karena pemanasan air dilakukan dengan menyerap panas matahari dengan menggunakan kolektor sehingga tidak memerlukan biaya bahan bakar.
Gambar 2-6. Sistem Pemanas Air
Sumber : lit 11
Prinsip kerjanya adalah panas dari matahari diterima oleh kolektor yang terdapat di dalam terdapat pipa-pipa berisi air. Panas yang diterima kolektor akan diserap oleh air yang berada di dalam pipa sehingga suhu air meningkat. Air dingin dialirkan dari bawah sedangkan air panasnya dialirkan lewat atas karena massa jenis air panas lebih kecil daripada massa jenis air dingin (prinsip thermosipon). Air ini lalu masuk ke dalam penyimpan panas. Pada penyimpan panas, panas dari air ini dipindahkan ke pipa berisi air yang lain yang merupakan persediaan air untuk mandi/antiseptik. Sedangkan air yang berasal dari kolektor akan diputar kembali ke kolektor dengan menggunakan pompa atau hanya menggunakan prinsip thermosipon. Persediaan air panas akan disimpan di dalam tangki penyimpanan yang terbuat dari bahan isolator thermal. Pada sistem ini terdapat pengontrol suhu jika suhu air panas yang dihasilkan kurang dari yang diinginkan maka air akan dimasukkan kembali ke tangki penyimpan panas untuk dipanaskan kembali.
Kolektor yang digunakan pada pemanas air tenaga panas matahari ini adalah kolektor surya plat datar yang bagian atasnya terbuat dari kaca yang berwarna hitam redup sedangkan bagian bawahnya terbuat dari bahan isolator yang baik sehingga panas yang terserap kolektor tidak terlepas ke lingkungan. Air
panas di dalam kolektor bisa mencapai 82 C sedangkan air panas yang dihasilkan tergantung keinginan karena sistem dilengkapi pengontrol suhu.
2.3.2 Distilasi Air
Salah satu manfaat dari sinar matahari adalah menguapkan air (distilasi). Skema sistem distilasi dapat dilihat pada Gambar (2-7) dibawah ini.
Gambar 2-7. Sistem Distilasi Air Sumber : lit 10
Cara kerjanya adalah sebuah kolam yang dangkal, dengan kedalaman 25mm hingga 50 mm, ditututup oleh kaca. Air yang dipanaskan oleh radiasi matahari, sebagian menguap, sebagian uap itu mengembun pada bagian bawah dari permukaan kaca yang lebih dingin. Kaca tersebut dimiringkan sedikit 10 derajat untuk memungkinkan embunan mengalir karena gaya berat menuju ke saluran penampungan yang selanjutnya dialirkan ke tangki penyimpanan.
2.3.3 Penerangan Ruangan
Adalah teknik pemanfaatan energi matahari yang banyak dipakai saat ini. Dengan teknik ini pada siang hari lampu pada bangunan tidak perlu dinyalakan sehingga menghemat penggunaan listrik untuk penerangan. Teknik ini dilaksanakan dengan mendesain bangunan yang memungkinkan cahaya matahari bisa masuk dan menerangi ruangan dalam bangunan.
2.3.4 Kompor Matahari
Prinsip kerja dari kompor matahari adalah dengan memfokuskan panas yang diterima dari matahari pada suatu titik menggunakan sebuah cermin cekung
besar sehingga didapatkan panas yang besar yang dapat digunakan untuk menggantikan panas dari kompor minyak atau kayu bakar.
Gambar 2-8. Kompor Matahari
Sumber : lit 13
Untuk diameter cermin sebesar1,3 meter kompor ini memberikan daya thermal sebesar 800 watt pada panci. Dengan menggunakan kompor ini maka kebutuhan akan energi fosil dan energi listrik untuk memasak dapat dikurangi.
2.3.5 Pengeringan Hasil Pertanian
Hal ini biasanya dilakukan petani di desa-desa daerah tropis dengan menjemur hasil panennya dibawah terik sinar matahari. Cara ini sangat menguntungkan bagi para petani karena mereka tidak perlu mengeluarkan biaya untuk mengeringkan hasil panennya. Berbeda dengan petani di negara-negara empat musim yang harus mengeluarkan biaya untuk mengeringkan hasil panennya dengan menggunakan oven yang menggunakan bahan bakar fosil maupun menggunakan listrik.
2.3.6 Sistem Fotovoltaik
Sel surya bekerja dengan mengubah secara langsung sinar matahari menjadi listrik. Elektron-elektron di dalam bahan semikonduktor, bahan yang digunakan untuk menangkap sinar matahari, akan bergerak ketika energi matahari dalam bentuk foton menabraknya. Energi matahari yang memaksa elektron berpindah, terjadi secara terus menerus, dan akibatnya terjadi pula produksi listrik yang kontinyu. Proses tersebut, yang mengubah sinar matahari (foton) menjadi listrik (tegangan), disebut dengan efek fotovoltaik.
2.3.7 Sel Surya Film Tipis
Sel surya film tipis menggunakan beberapa lapis bahan semikonduktor dengan ketebalan dalam skala mikrometer. Teknologi tersebut memungkinkan untuk membuat sel surya yang diintegrasikan dengan atap rumah hingga skylight. Bahkan sel surya untuk aplikasi tersebut didesain mempunyai kekuatan yang sama dengan atap rumah sebenarnya.
Gambar 2-9. Sel surya film tipis Sumber: lit 14
2.3.8 Sel Surya Terkonsentrasi
Beberapa sel surya juga didesain untuk bekerja dengan sinar matahari yang difokuskan (concentrated sunlight). Sel-sel surya tersebut diintegrasikan ke dalam kolektor sinar matahari yang biasanya menggunakan lensa untuk memfokuskannya ke atas sel surya. Ada beberapa keuntungan dan kerugian dengan menggunakan teknik ini jika dibandingkan dengan panel surya pelat datar. Tujuan utamanya adalah menggunakan sesedikit mungkin bahan semikonduktor yang mahal sembari meningkatkan efisiensinya dengan lebih banyak melipatgandakan energi matahari yang mengenai permukaan sel. Tetapi karena lensa harus diarahkan ke matahari, penggunaan kolektor menjadi dibatasi oleh lokasi atau wilayah yang paling banyak mendapatkan sinar matahari. Hampir sama dengan panel surya pelat datar, teknologi ini juga bisa dipasang di atas perangkat penjejak matahari yang sederhana, tetapi sebagian besar menggunakan perangkat yang canggih. Akibatnya, pemakaian teknologi sel surya ini masih terbatas pada perusahaan listrik, industri dan bangunan-bangunan besar.
2.3.9. Pembangkit Listrik Tenaga Matahari
Sebagian besar pembangkit listrik yang ada saat ini menggunakan bahan bakar fosil sebagai sumber panas untuk mendidihkan air. Uap air yang dihasilkan kemudian memutar turbin, yang pada akhirnya menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik. Tetapi kini mulai banyak pembangkit listrik yang menggunakan sistem konsentrator surya, menggunakan matahari sebagai sumber panas. Ada tiga tipe utama sistem konsentrator surya, yaitu : parabolic, dish/engine, menara pembangkit
Sistem parabolik memusatkan energi sinar matahari dengan menggunakan cermin panjang berbentuk U. Cermin-cermin tersebut diatur mengarah sinar matahari dan memusatkan sinar matahari ke sebuah pipa berisi minyak yang memanjang di tengah-tengah titik pusat parabolik tersebut. Minyak panas tersebut digunakan untuk mendidihkan air di generator uap konvensional dan menghasilkan listrik.
Gambar 2-10. Kolektor surya parabolik Sumber: lit 14
Sistem dish/engine menggunakan piringan cermin untuk mengumpulkan sinar matahari pada sebuah penerima yang berfungsi untuk menerima sinar matahari dan memindahkan panasnya ke cairan yang berada di dalam mesin. Panas yang terjadi mengakibatkan cairan di dalam mengembang dan menekan piston atau turbin dan menghasilkan energi mekanis. Energi mekanis tersebut kemudian digunakan untuk memutar generator ataupun alternator untuk menghasilkan listrik.
Sementara itu, menara pembangkit menggunakan cermin dalam jumlah yang besar dan ditempatkan di suatu lokasi yang luas untuk mengumpulkan sinar mataharidan memusatkannya ke bagian atas sebuah menara dimana sebuah penerima ditempatkan. Panas yang dihasilkan mencairkan garam yang kemudian mengalir untuk memanaskan air. Uap yang dihasilkan dari air panas digunakan untuk memutar generator uap konvensional. Garam cair bisa menyimpan panas
dalam waktu yang lama. Artinya listrik bisa dihasilkan pada saat matahari telah terbenam atau pada saat langit sangat berawan.
