TINJAUAN PUSTAKA
2. Awal Tahun 1900an
Pada tahun 1909 seorang insinyur California bernama William J. Bailey menemukan solusi dari permasalahan yang dihadapi pada pemanas air tenaga matahari komersial pertama.Bailey memisahkan antara tangki penyimpanan dan kolektor pemanas air. Kolektor surya yang Ia gunakan terdiri dari pipa air yang melekat pada pelat logam bercat hitam di dalam sebuah kotak kaca yang tertutup dan dihubungkan ke tangki penyimpanan terisolasi yang terletak di atas kolektor.
Sekarang, kolektor pemanas air buatan Bailey tersebut dikenal dengan “kolektor flat” [9].
Cara kerja sistem pemanas air tenaga matahari tersebut adalah saat matahari memanaskan air yang berada didalam pipa, air tersebut akan menjadi lebih ringan dari air dingin, kemudian air dingin masuk dan menuju bawah memaksa air yang lebih panas secara alami naik ke dalam tangki penyimpanan.
Air tersebut akan disimpan di dalam tangki dan akan tetap hangat selama malam hari serta keesokan paginya.
3. Tahun 1920 – 1930
Antara tahun 1920 dan 1930, cadangan besar gas alam ditemukan di daerah Los Angeles. Untuk memanfaatkan sumber daya alam tersebut, Bailey mulai memproduksi pemanas air berbahan bakar gas. Penjualan pemanas air gas ini langsung meroket dan penjualan pemanas air surya turun dengan sangat drastis. Kemudian perusahaan gas menawarkan kerjasama kepada Bailey untuk hookup pemanas gas baru mereka. Bailey membuat batch terakhir tentang pemanas air surya pada tahun 1941 [9].
4. Tahun 1939 – 1945
Semua instalasi yang berkenaan dengan pemanas air surya dihentikan saat Perang Dunia II. Hal itu terjadi karena tembaga merupakan komponen utama dari pemanas air tenaga surya dan penggunaan tembaga dibekukan untuk semua penggunaan non-militer pada waktu itu. Ketika perang usai, perusahaan surya kembali, tetapi pemanas air surya kurang diminati seperti sebelumnya. Hal tersebut slah satu faktornya terjadi karena turunnya harga listrik sehingga pemanas air listrik lebih digemari pada saat itu [9].
5. Tahun 1950an
Pada tahun 1950 terjadi krisis bahan bakar di Israel sehingga pemerintah mengeluarkan larangan memanaskan air dari antara jam 22.00-06.00 (jam 10 malam – 6 pagi). Demi menghadapi larangan ini, Levi Yissar membuat prototipe pemanas air pertama di Israel. Namun hanya 20% penduduk yang menggunakan alat ini hingga tahun 1967. Ketika terjadi krisis energi, Israel Knesset mengeluarkan peraturan yang mengharuskan setiap rumah baru untuk menggunakan Solar Water Heater. Peraturan ini pun membuat Israel bisa menghemat setidaknya 2 juta barel minyak per tahunnya [9].
6. Tahun 1960an
Setelah tahun 1960an, penggunaan Solar Water Heater semakin meningkat dan menyebar ke penjuru dunia terutama di negara – negara yang berlimpahan dengan sinar matahari seperti Jepang, Kolombia, Cina, Austria dan Indonesia. Bahkan di Cina, setidaknya sudah ada 30 juta rumah tangga yang menggunakan
Solar Water Heater. Ini dikarenakan adanya tabung khusus yang memungkinkan pemanas air tetap berfungsi walaupun langit gelap dan suhu berada di bawah titik beku [9].
Di Indonesia sendiri pemanas air tenaga surya hadir pada tahun 1960an yang dipelopori oleh PT. Inti Sarana Adi Sejahtera dengan menggunakan kolektor flat. Teknologi ini bertahan cukup lama dan terus berevolusi sampai tahun 1990an. Baru pada tahun 1993 INTI SOLAR merubah teknologi kolektor surya yang digunakan dari koletor flat menjadi kolektor tabung vacum.
7. Tahun 1993
Pada Tahun 1993 dimulailah era baru teknologi pemanas air tenaga surya yaitu dengan ditemukannya inovasi tabung vacum. Teknologi tabung vacum ini merupakan terobosan yang sangat mutakhir dan merupakan penyempurnaan dari sistem kolektor flat yang masih memiliki banyak kekurangan. Salah satu kelebihan yang sangat menonjol dari sistem tabung vacuum ini dibandingkan sistem flat adalah proses penyerapan energi yang begitu efisien dengan heat loss yang dihasilkan begitu kecil sehingga air panas dalam unit dapat terjaga kestabilan suhunya [9].
8. Tahun 2005
Tidak mau terlena dengan adanya teknologi tabung vacum, perusahaan Inti Solar terus bereksperimen untuk memberikan pelayanan yang lebih maksimal kepada para konsumennya. θada tahun β00η, diperkenalkanlah teknologi “Heat Exchanger Indirect System”. Sistem ini menambahkan kumparan tembaga di dalam tangki penyimpanan air yang berfungsi sebagai penukar panas antara air panas yang berada dalam tangki penyimpanan dan air dingin yang numpang lewat pada pipa spiral tembaga [9].
9. Tahun 2008
Tahun 2008 perusahaan Inti Solar kembali mengeluarkan inovasi produk pemanas air tenaga surya. Sistem Pemanasan Split Active, merupakan sistem yang menempatkan kolektor penyerap energi matahari dan tangki penampungan air panas secara terpisah. Dengan sistem ini penempatan kolektor dan tangki dapat fleksibel mengikuti bentuk dan desain arsitektural bangunan di berbagai
kebutuhan dengan tetap menggunakan prinsip dan konsep teknologi tabung vacuum [9].
10. Tahun 2012
Inovasi terbaru yang dihadirkan oleh Inti Solar pada akhir tahun 2012 ini adalah Double Tank Indirect Heating System. Sistem ini dilengkapi dengan 2 tangki, dimana lapisan pertama tangki berisi air panas yang berfungsi sebagai media untuk memanaskan lapisan tangki yang kedua. Tangki kedua inilah yang berfungsi sebagai tangki persediaan air panas yang nantinya akan digunakan oleh pemakai. Sistem ini juga dihadirkan dengan kemampuan menerima air bertekanan, yang menjadikan temperatur dan debit air panas lebih konstan, sehingga lebih aman dan nyaman digunakan [9].
2.5 Alat Pemanas Air Tenaga Surya
Pemanas air tenaga surya (PATS) merupakan produk teknologi yang memanfaatkan energi termal surya yang cukup popular dan banyak digunakan, terutama di hotel, villa peristirahatan hingga perumahan. Seiring dengan itu, mulai beredar beberapa merek PATS domestik maupun impor yang banyak dipasarkan di masyarakat. Untuk perlindungan terhadap konsumen, telah dikeluarkan Standar Nasional Indonesia (SNI) yaitu SNI 04-3020-1992, berupa uji mutu sistem PATS yang diharapkan memberikan gambaran pada masyarakat akan mutu PATS yang dipasarkan.
Kualitas unit PATS bergantung pada keandalan fisik dan kemampuan termal sistem seperti kemampuan menyerap panas, kemampuan menyimpan panas, komponen kolektor thermal surya, komponen tangki air, rendahnya rugi – rugi panas kedua komponen tersebut dan kemampuan responsive pemanas tambahan
Gambar 2.2 Alat Pemanas Air Tenaga Surya Sistem Pipa-Panas
Gambar 2.3 Alat Pemanas Air Sistem Thermosiphon Keterangan : 1. Pipa Saluran Air Dingin
2. Tangki Penampungan Air 3. Kolektor
4. Pipa Saluran Air Panas
2.6 Cara Kerja Alat Pemanas Air Tenaga Surya
Gambar 2.2 diatas menunjukkan sebuah alat pemanas air tenaga surya sistem pipa-panas dengan media pemanas refirgeran. Dengan didasari oleh teori efek rumah kaca, maka efektifitas pengumpulan panas bisa ditingkatkan. Sehingga energi panas yang dipancarkan oleh matahari diserap dan dikumpulkan untuk
ditingkatkan temperaturnya oleh kolektor. Panas tersebut dialirkan terhadap pipa tembaga yang berisi refrigeran, kemudian refrigeran akan menjadi panas.
Dengan memanfaatkan efek termosiphon dari refrigeran, maka refrigeran yang panas akan mengalami penurunan berat jenis atau perubahan fasa dari cair menjadi gas. Akibat perubahan berat jenis dan perubahan wujud maka refrigeran tersebut akan naik ke bagian atas dan akan memanasi air yang ada pada tangki penyimpan air.
Refrigeran pada tangki akan mengalami pendinginan oleh air dengan kata lain panas diserap oleh air. Oleh karena itu, air akan mengalami peningkatan berat jenis dan perubahan wujud dari gas menjadi cair. Hal itu akan mengakibatkan refrigeran akan turun kembali menuju kolektor. Kemudian dipanaskan oleh matahari kembali. Hal itu akan terjadi secara terus – menurus hingga air menjadi panas.
Pada Gambar 2.3 menunjukkan sebuah alat pemanas air tenaga surya sistem thermosiphon. Pada saat matahari bersinar, kolektor menangkap sinar matahari dan secara mekanis mengalirkan panas ke pipa-pipa tembaga yang berisi refrigeran, sehingga suhu air di dalamnya perlahan meningkat. Air yang lebih panas akan bergerak ke atas memasuki tangki penyimpanan dan air yang lebih dingin akan turun memasuki rangkaian pipa tembaga untuk dipanaskan. Begitu seterusnya air bergerak sendiri sampai seluruh air dalam tangki penyimpanan mencapai suhu yang diinginkan. Ketika suhu air panas di tangki penyimpanan sama dengan suhu air panas di panel kolektor, dengan sendirinya air berhenti mengalir.
Hal yang menjadi perbedaan dari pemanas sistem pipa-panas dengan sistem thermosiphon adalah pada sistem pipa-panas air
2.7 Energi Berguna Kolektor Alat Pemanas Air Tenaga Surya
Untuk menghitung energi yang diserap atau energi yang berguna untuk kolektor alat pemanas air tenaga surya terlebih dahulu diketahui bagaimana proses distribusi energi matahari yang dialami oleh kolektor itu sendiri. Hal itu dapat dilihat sebagai berikut:
Gambar 2.4. Ilustrasi Panas yang Diserap oleh Absorber Alat Pemanas Tenaga Surya
Pada gambar di atas dapat kita lihat bahwa panas matahari (Q incident ) sebagian dipantulkan ke atmosfir dan sebagian lagi diserap oleh kolektor. Panas yang diserap oleh kolektor (Qabs) inilah yang akan digunakan untuk memanaskan refrigeran. Besarnya Qincident dapat dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini:
= A∫ ...(2.27)
Dimana : A = luas penampang dari pelat absorber (m2) I = intensitas cahaya matahari (W/m2)
Sedangkan panas yang diserap oleh absorber dapat ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
Qabs = α Q incident...(2.28) Dan panas yang dipantulkan kembali ke atmosfir adalah
Qref = (1 –α) Qincident...(2.29) Dimana α = difusifitas bahan
2.8 Energi berguna yang diberikan Kolektor ke air
Energi panas yang sudah diterima oleh kolektor akan diberikan terhadap air. Besarnya energi tersebut dapat ditentukan dengan menggunakan rumus:
Qu = mw Cp,w (Tw2– Tw1)...(2.30) Dimana :
mw : massa air (kg)
Cp,w: Panas jenis dari air (kJ/kg.0C)
Tw1 : Temperatur awal air sebelum dipanaskan kolektor (0C) Tw2 : Temperatur actual setelah dipanaskan oleh kolektor (0C)
Qabs = α Qincident Qref = (1-α) Qincident Qincident
2.9 Efisiensi dari kolektor
Efisiensi dari kolektor dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara energy berguna yang diberikan Kolektor ke air dengan panas incident. Hal itu dapat dirumuskan sebagai berikut:
Ƞ = mw Cp,w (Tw2– Tw1) / Qincident...(2.31)
2.8 Sifat Refrigeran R-718
Tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau pada kondisi standar, yaitu pada tekanan 100 kPa (1 bar) dan temperatur 273,15 K (0 °C).
Zat kimia ini merupakan suatu pelarut yang penting, yang memiliki kemampuan untuk melarutkan banyak zat kimia lainnya, seperti garam-garam, gula, asam, beberapa jenis gas dan banyak macam molekul organik. Zat ini memiliki titik lebur 0 °C (273.15 K) (32 ºF) dan titik didih 100 °C (373.15 K) (212 ºF)
BAB III
