ABSTRAK
PENGARUH LUAS TANGKAP REFLEKTOR TERHADAP KINERJA KOMPOR TENAGA SURYA TIPE PARABOLIK
Oleh
AFRIS RAMADHI
Salah satu solusi yang dilirik sekelompok peneliti untuk mencari solusi alternatif
mengatasi krisis energi yang terjadi di Indonesia adalah pemanfaatan energi
matahari. Pemanfaatan energi surya ini dapat dilakukan secara termal maupun
melalui energi listrik. Pemanfaatan secara termal dapat dilakukan secara langsung
dengan membiarkan objek pada radiasi Matahari, atau menggunakan peralatan
yang mencakup kolektor dan konsentrator surya. Untuk memanfaatkan energi
matahari dalam keperluan memasak dapat digunakan kompor energi surya.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh luas terhadap kinerja kolektor
tenaga surya tipe parabolic dalam memasak air. Penelitian dilakukan dengan
menggunakan 3 luas tangkap radiasi matahari yang berbeda, dengan massa awal
air 2 kg parameter yang diukur adalah massa air, perubahan suhu, intensitas
radiasi matahari serta lama waktu perebusan. Radiasi matahari diukur
menggunakan lux meter yang dikalibrasi dengan actinograp. Hasil penelitian
menunjukan luas tangkap kolektor sangat berpengaruh pada kinerja kompor
tenaga surya, semakin besar luas tangkap kolektor maka semakin tinggi suhu yang
70oC. Efisiensi termal pada kompor tenaga surya ini pada luas tangkap 2 m2
sebesar 13,89%, pada luas tangkap 4 m2 sebesar 7,33%, pada luas tangkap 6 m2 sebesar 7,81%
ABSTRACT
EFFECT OF REFLECTOR SIZE ON THE PERFORMANCE OF PARABOLIC SOLAR COOKER
BY
AFRIS RAMADHI
One solution that glimpsed by a group of researchers to look for alternative
solutions to overcome the energy crisis that occurred in Indonesia is the utilization
of solar energy. Utilization of this solar energy can be conducted thermally or
through electrical energy. Thermal utilization can be conducted directly by letting
the object to the radiation of the Sun, or using equipment which includes solar
collectors and concentrators. To take advantage of the sun's energy for cooking
solar energy cooker can be used. The purpose of this study is to determine the
effect of broad on the performance of solar collector parabolic type to cook water.
The study was conducted by using 3 different size of solar radiation, with initial
mass of 2 kg of water. Parameters to be analized mass of water, changes of
temperature, solar radiation intensity and the including change of boiling time.
Solar radiation was measured using lux meter which calibrated with actinograph.
The results showed that collector size affected the performance of solar cooker,
the large the size of collector the higher temperature generated, from the initial
temperature of 28oC with a mass of 2 kg of water at 6 m2 of collector size became
13.89%, at 4 m2 of collector size was 7.33%, and at 6 m2 of collector size was
7.81%.
SANWACANA
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat
dan hidayah-Nya skripsi ini dapat diselesaikan.
Skripsi dengan judul “Pengaruh Luas Tangkap Reflektor Terhadap Kinerja
Kompor Tenaga Surya Tipe Parabolik”,adalah salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Pertanian di Universitas Lampung.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P., selaku Pembimbing Akademik serta
selaku Ketua Jurusan Teknik Pertanian Universitas Lampung yang telah
membimbing dalam menyelesaikan skripsi.
2. Bapak Ir. Budianto Lanya, M.T., selaku Pembimbing 2 Skripsi atas
bimbingan dalam menyelesaikan skripsi
3. Dr. Ir. Tamrin, M.S. selaku Pembahas Skripsi atas saran dan masukan bagi
penulis.
4. Bapak Prof. Dr. Ir. Wan Abbas Zakaria, M.S., selaku Dekan Fakultas
Pertanian Universitas Lampung.
5. Saudara-saudari ku TEP 07 dan teman-teman CADAKZ community Adit,
Riski, Febri, Enky, Dodi, Rifky, Iim, Muamar, Fadil, dll.
6. Ari Andriani semangat serta dukungan yang sangat berarti bagi penulis
Akhir kata, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan,
akan tetapi sedikit harapan semoga skripsi yang sederhana ini dapat berguna dan
bermanfaat bagi kita semua. Aamiin
Bandar Lampung, 9 Mei 2014
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ... v
DAFTAR GAMBAR ... vi
I. PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan Penelitian ... 3
1.3. Manfaat Penelitian ... 3
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1. Kebutuhan Energi ... 4
2.2. Radiasi dan Sinar Matahari ... 5
2.3. Pemanfaatan Energi Matahari ... 7
2.4. Kompor Tenaga Surya ... 10
2.5. Kolektor Surya dan Jenis Kolektor ... 14
2.6. Absorber ... 19
2.7. Perpindahan Panas ... 19
III. METODOLOGI PENELITIAN ... 21
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ... 21
3.2. Alat dan Bahan ... 21
3.4. Perancangan Teknik ... 22
3.4.1. Kriteria Desain ... 22
3.4.2. Desain Fungsional ... 23
3.4.3. Desain Struktural ... 25
3.4.4. Rancangan Penelitian ... 27
3.5. Pengujian ... 28
3.5.1. Pelaksanaan ... 28
3.5.2. Pengamatan dan Pengukuran ... 29
3.5.3. Perhitungan ... 30
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 32
4.1. Prototipe Kolektor Surya ... 32
4.1.1. Reflektor ... 33
4.1.2. Absorber ... 35
4.2. Kalibrasi Lux Meter ... 35
4.3. Kenaikan Suhu ... 38
4.4. Efisiensi Penggunaan Energi ... 41
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 43
5.1. Kesimpulan ... 43
5.2. Saran ... 44
DAFTAR PUSTAKA ... 45
LAMPIRAN ... 47
Tabel 2 ... 48
DAFTAR TABEL
Teks
Tabel Halaman
1. Data pengukuran radiasi Matahari ... 36
Lampiran
Tabel
v Lampiran
Gambar Halaman
17. Parabola bekas sebagai kolektor ... 51
18. Pembuatan kerangka bawah alat ... 51
19. Proses perakitan parabola ... 52
20. Proses pemasangan parabola ... 52
21. Proses pengecekan dudukan parabola ... 53
22. Proses pembuatan dudukan absorber ... 53
23. Kompor tenaga surya hasil rancangan ... 54
24. Lux meter ... 54
25. Actinograph ... 55
26. Pengujian parabola diameter 2,85 m ... 55
27. Pengujian parabola diameter 2,24 m ... 56
28. Thermometer digital ... 56
DAFTAR GAMBAR
Gambar Teks Halaman
1. Kompor tenaga surya tipe box ... 13
2. Kompor tenaga surya tipe parabolik ... 13
3. Skema kompor tenaga surya ... 14
4. Kolektor surya prismatik ... 17
5. Kolektor surya plat datar ... 17
6. Sketsa rancangan kompor tenaga surya tipe parabolik ... 24
7. Unit kolektor tampak atas ... 25
8. Unit kolektor tampak depan ... 26
9. Unit kolektor tampak samping ... 26
10. Diagram alir penelitian... 27
11. Kolektor surya hasil rancangan ... 33
12. Hasil kalibrasi antara lux meter dan actinograph ... 37
13. Grafik kenaikan suhu air rata-rata tiap luasan parabola ... 38
14. Hubungan besarnya luas tangkap dengan suhu rata-rata yang dihasilkan ... 39
15. Grafik perkiraan waktu yang diperlukan untuk mencapai suhu 100 oC ... 40
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Potensi energi surya pada suatu wilayah sangat bergantung pada posisi antara
Matahari dengan kedudukan wilayah tersebut dipermukaan bumi. Potensi ini
akan berubah tiap waktu, tergantung dari kondisi atmosfer, dan tempat (garis
lintang) serta waktu (hari dalam tahun dan jam dalam hari). Indonesia yang
berada dalam wilayah khatulistiwa mempunyai potensi energi surya yang cukup
besar sepanjang tahunnya.
Selain menjadi sumber energi bagi sumber energi lainnya, energi surya sangat
berpotensi untuk dimanfaatkan secara langsung sebagai sumber energi alternatif.
Pemanfaatan energi surya ini dapat dilakukan secara termal maupun melalui
energi listrik. Pemanfaatan secara termal dapat dilakukan secara langsung dengan
membiarkan objek pada radiasi Matahari, atau menggunakan peralatan yang
mencakup kolektor dan konsentrator surya.
Ada 2 cara memanen dan memanfaatkan energi Matahari yang melimpah yaitu
dengan cara merubah energi Matahari menjadi energi listrik (fotovoltaik), panas
(termal). Fotovoltaik merupakan alat/transducer untuk mengkonversi energi surya
menjadi energi listrik. Fotovoltaik terbuat dari bahan semikonduktor. Umumnya
sel fotovoltaik dibuat dari kristal silikon, yang bersifak semikonduktor. Sampai
amorphous silicon. Sedangkan panas (termal) dalam aplikasinya banyak
digunakan sebagai pemanas dan piranti memasak.
Terdapat tiga jenis kolektor surya yang diklasifikasikan ke dalam solar thermal
collector system, yaitu :
1. Kolektor surya plat datar (flat-plate collectors)
2. Kolektor surya tipe konsentrator (parabolik)
3. Evacuated Tube Collectors (fluida)
Kolektor yang mampu menangkap panas secara optimal adalah kolektor tipe
konsentration dimana jenis kolektor ini dapat menangkap panas secara optimal.
Pada konsentrator, radiasi dikonsentrasikan pada titik atau garis untuk kemudian
panas yang dihasilkan dimanfaatkan untuk proses-proses yang sesuai.
Berdasarkan prinsip pengkonsentrasian cahaya konsentrator dapat dibedakan
menjadi dua yaitu konsentrator yang memiliki reflektor (cermin) dan konsentrator
yang memiliki refraktor (lensa). Reflektor bekerja berdasarkan pemantulan
cahaya sedangkan refraktor berdasarkan pembiasan cahaya. Hasil pemantulan
atau pembiasan cahaya tersebut kemudian diterima oleh receiver. Karakteristik
dasar sebuah reflektor parabola sempurna adalah reflektor tersebut mengubah
gelombang yang berbentuk bola menyinari dari sumber titik ditempatkan di fokus
menjadi gelombang planar. Sebaliknya, seluruh energi yang diterima oleh
piringan parabola dari sumber yang jauh dipantulkan sampai ke satu titik pada
1.2. Tujuan Percobaan
Adapun tujuan dari perancangan ini adalah mengetahui pengaruh ukuran reflektor
terhadap kinerja kompor tenaga surya tipe parabolik.
1.3. Manfaat Penelitian
Memberikan informasi kepada masyarakat tentang pengaruh luas reflektor
terhadap kinerja kompor tenaga surya tipe parabolik serta sebagai alternatife
energi terbarukan dalam membudayakan hemat energi dan pemanfaatan sumber
energi ramah lingkungan dengan keuntungan Indonesia berada di garis
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kebutuhan energi
Kebutuhan akan sumber energi di muka bumi ini sangat mempengaruhi aspek
kehidupan di dalamnya dari hubungan energi dengan musim, pemenuhan
kebutuhan pokok makhluk hidup, ekonomi bahkan kebudayaan kultural suatu
kelompok. Kebutuhan energi dalam rumah tangga yang sangat besar, untuk
memasak atau sekedar memanaskan air (Wilson and Maryam, 2000).
Kenaikan bahan bakar pada tahun 2012 ini semakin mempersulit ekonomi rakyat
golongan menengah ke bawah, sehingga banyak yang mencari sumber energi
alternatif untuk mengatasi problematika ekonomi. Kayu bakar yang dahulu
tergeser oleh minyak tanah dan gas elpiji mulai diminati kembali. Kuantitas dan
kualitaskayu bakar untuk saat ini tidak dapat dijadikan andalan. Energi alternatif
lainnya yang dapat dipilih adalah cahaya Matahari yang sering dikenal dengan
istilah solar energi (Mazen dkk, 2008).
Kebutuhan energi dalam bentuk panas merupakan problem utama di kehidupan
sehari-hari (Muller and Schwarzer, 2004). Energi tidak dapat diciptakan dan tidak
dapat dimusnahkan tetapi energi dapat berubah bentuk. Hal ini juga berlaku
bahwa cahaya Matahari dapat diubah menjadi energi panas. Permasalahan pelik
hilang sangat sukar. Kalor hasil transformasi harus disimpan supaya saat
Matahari tidak menyinari bumi masih dapat dimanfaatkan. Cara mengatasinya
diperlukan bahan yang memiliki kapasitas panas jenis tinggi untuk
mempertahankan simpanan kalor.
2.2. Radiasi dan sinar Matahari
Melaporkan bahwa Indonesia terletak di garis khatulistiwa, sehingga Indonesia
mempunyai sumber energi Matahari yang berlimpah dengan intensitas radiasi
Matahari rata-rata sekitar 4,5 kWh/m2/hari diseluruh wilayah Indonesia. Dalam kondisi puncak atau posisi Matahari tegak lurus, sinar Matahari di Indonesia
seluas 1m2 akan mampu mencapai 900 hingga 1000 W. Total intensitas penyinaran perharinya di Indonesia mampu mencapai 4500 W jam/m2 yang
membuat Indonesia tergolong kaya sumber energi Matahari. Salah satu cara
sederhana dan efektif untuk memanfaatkan energi yang diperlukan untuk
memasak adalah kompor tenaga surya. Kompor berkonsentrasi energi Matahari
dengan merefleksikan cahaya Matahari melalui lapisan. Teknologi yang
digunakan pada kompor ini disebut teknologi energi termal dengan mengubah
energi Matahari menjadi energi panas pada panci. Kompor energi surya
mengurangi ketergantungan terhadap listrik dan bahan bakar minyak, sehingga
mengurangi pencemaran lingkungan.
Sinar Matahari yang melimpah di daerah tropis, termasuk Indonesia merupakan
sumber energi potensial yang hingga kini belum dieksplorasi secara maksimal
untuk memberikan manfaat yang tinggi. Matahari merupakan sumber energi
menerima sinar Matahari tidak kurang dari 10 jam tiap harinya karena letaknya di
khatulistiwa. Pemanfaatannya di Indonesia belum optimal dalam bentuk teknologi
maju, baru sebatas untuk pengeringan dan penerangan secara tradisional.
Eksplorasi artifisial di negara lain sudah banyak dilakukan, misalnya untuk
pengeringan makanan (Scanlin, 1997), solar cooker di Pakistan tahun 1985 dan di
Cina pada 1987, di Prancis Bernard telah mengembangkan solar panel cooker dan
tak kalah Barbara Kerr di Arizona juga mengembangkan hal yang serupa.
Radiasi dari Matahari merupakan salah satu bentuk energi alternatif yang
dimanfaatkan untuk berbagai kepentingan guna menggantikan energi yang
dihasilkan minyak bumi. Matahari dengan jari-jari 6,96.105 km dan jarak rata-rata ke Bumi sekitar1,496 x 108 km. Arus energi yang memasuki atmosfer bumi
dengan kepadatan yang diperkirakan sebesar antara 1 sampai 1,4 kW/m2 dengan arah tegak lurus terhadap poros sinar. Dari jumlah tersebut, 34% dipantulkan
kembali ke ruang angkasa, 19% diserap atmosfer yaitu oleh komponen-komponen
yang terdapat diudara seperti karbon dioksida (CO2), debu dan awan. Energi yang diserap bumi kurang lebih sebesar 47% .
Radiasi Matahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses thermonuklir
yang terjadi di Matahari. Energi radiasi Matahari berbentuk sinar dan gelombang
elektromagnetik. Spektrum radiasi Matahari sendiri terdiri dari dua yaitu, sinar
bergelombang pendek dan sinar bergelombang panjang. Sinar yang termasuk
gelombang pendek adalah sinar x, sinar gamma, sinar ultra violet, sedangkan sinar
gelombang panjang adalah sinar infra merah. Jumlah total radiasi yang diterima
1. Jarak Matahari. Setiap perubahan jarak bumi dan Matahari menimbulkan
variasi terhadap penerimaan energi Matahari
2. Intensitas radiasi Matahari yaitu besar kecilnya sudut datang sinar
Matahari pada permukaan bumi. Jumlah yang diterima berbanding lurus
dengan sudut besarnya sudut datang. Sinar dengan sudut datang yang
miring kurang memberikan energi pada permukaan bumi disebabkan
karena energinya tersebar pada permukaan yang luas dan juga karena sinar
tersebut harus menempuh lapisan atmosphir yang lebih jauh ketimbang
jika sinar dengan sudut datang yang tegak lurus.
3. Panjang hari (sun duration), yaitu jarak dan lamanya antara Matahari terbit
dan Matahari terbenam.
4. Pengaruh atmosfer. Sinar yang melalui atmosfer sebagian akan diadsorbsi
oleh gas-gas, debu dan uap air, dipantulkan kembali, dipancarkan dan
sisanya diteruskan ke permukaan bumi.
2.3. Pemanfaatan energi Matahari
Dalam pemanfaatan energi surya dapat dibedakan menjadi tiga cara (Marwani,
2011) yaitu :
1. Pemanfaatan langsung sinar Matahari untuk pengeringan, misalnya :
pengeringan baju, pembuatan garam, pengering hasil pertanian, dll.
2. Mengumpulkan energi termal Matahari melalui suatu kolektor energi
surya yang selanjutnya energi termal tersebut digunakan secara langsung
3. Mengkonversikan energi radiasi termal Matahari langsung menjadi energi
listrik melalui sel fotovoltaik.
Matahari dipercayai terbentuk pada 4,6 miliar tahun lalu. Kepadatan massa
Matahari adalah 1,41 berbanding massa air. Jumlah tenaga Matahari yang sampai
ke permukaan Bumi yang dikenali sebagai konstan surya menyamai 1.370 watt
per meter persegi setiap saat. Untuk memanfaatkan potensi energi surya tersebut,
ada 2 (dua) macam teknologi yang sudah diterapkan, yaitu teknologi energi surya
termal dan energi surya fotovoltaik. Energi surya termal pada umumnya
digunakan untuk memasak (kompor surya), mengeringkan hasil pertanian
(perkebunan, perikanan, kehutanan, tanaman pangan) dan memanaskan air.
Radiasi Matahari dapat digunakan untuk menghasilkan energi termal untuk air,
bisa juga digunakan sebagai sumber pemanas pada siklus pemanas mesin sebagai
tenaga gerak. Kegunaan yang lain dari energi Matahari adalah menghasilkan
listrik dari melalui penggunaan sel photovoltaic. Kata photovoltaic berasal dari
bahasa Yunani photos yang berarti cahaya dan volta yang merupakan nama ahli
fisika dari Italia yang menemukan tegangan listrik. Secara sederhana dapat
diartikan sebagai listrik dari cahaya. Photovoltaic merupakan sebuah proses
untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Efek photovoltaic pertama
kali berhasil diidentifikasi oleh seorang ahli Fisika berkebangsaan Prancis
Alexandre Edmond Becquerel pada tahun 1839. Baru pada tahun 1876, William
Grylls Adams bersama muridnya, Richard Evans Day menemukan bahwa
material padat selenium dapat menghasilkan listrik ketika terkena paparan sinar.
menjalankan suatu peralatan, mereka berhasil membuktikan bahwa material padat
dapat menghasilkan listrik tanpa panas ataupun bagian yang bergerak.
Enargi termal pada umunya digunakan digunakan untuk memasak (kompor
surya). Mengeringkan hasil pertanian (perkebunan, perikanan, kehutanan,
tanaman pangan) dan memanaskan air. Energi surya fotovoltaik digunakan untuk
memenuhi kebutuhan listrik, pompa air, televisi, telekomunikasi, dan lemari
pendingin di puskesmas dengan kapasitas total kurang lebih 6 MW. 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.
Pada perkembangan berikutnya seorang peneliti bernama Russel Ohl berhasil
mengembangkan teknologi sel surya dan dikenal sebagai orang pertama yang
membuat paten peranti solar cell modern. Pada tengah hari yang cerah radiasi
sinar Matahari mampu mencapai 1000 Watt permeter persegi. Jika sebuah piranti
semikonduktor seluas satu meter persegi memiliki efisiensi 10 persen, maka
modul sel surya ini mampu memberikan tenaga listrik sebesar 100 Watt. Saat ini
modul sel surya komersial memiliki efisiensi berkisar antara 5 hingga 15 persen
tergantung material penyusunnya. Tipe silikon kristal merupakan jenis piranti sel
surya yang memiliki efisiensi tinggi meskipun biaya pembuatannya relatif lebih
mahal dibandingkan jenis sel surya lainnya. Masalah yang paling penting untuk
merealisasikan sel surya sebagai sumber energi alternatif adalah efisiensi peranti
antara tenaga listrik yang dihasilkan oleh peranti sel surya dibandingkan dengan
jumlah energi cahaya yang diterima dari pancaran sinar Matahari.
2.4. Kompor tenaga surya
Kompor tenaga surya adalah perangkat memasak yang menggunakan energi
termal Matahari melalui suatu kolektor sebagai sumber energi. Prinsip dasar cara
kerja kompor surya adalah radiasi termal sinar Matahari yang jatuh pada
permukaan kolektor dipantulkan ke sebuah titik atau area tertentu yang disebut
titik api kolektor; konsentrasi energi termal Matahari pada titik atau area ini
menghasilkan suhu yang sangat tinggi. Panci atau alat tempat memasak
ditempatkan pada daerah titik api ini sedemikinan rupa sehingga energi termal
yang terkonsentrasi mengenai alas panci dan meneruskan energi termal tersebut
ke produk yang sedang dimasak. Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja
kompor tenaga surya ini selain lamanya waktu bersinar dan besarnya intensitas
radiasi termal dari Matahari, adalah:
a) Refleksivitas material kolektor
b) Luas permukaan kolektor
c) Bentuk geometrik dan letak titik api dari kolektor
d) Arah normal permukaan kolektor terhadap sinar Matahari yang datang.
e) Sifat benda hitam dari panci atau alat memasak
f) Besarnya kehilangan energi kalor ke sekitarnya.
Ada berbagai jenis kompor surya. Semuanya menggunakan panas dari cahaya
Matahari untuk memasak makanan. Beberapa prinsip dasar kompor surya adalah
sejenis bahan metal atau logam yang memantulkan cahaya, digunakan untuk
memusatkan cahaya dan panas Matahari ke arah area memasak yang kecil,
membuat energi lebih terkonsentrasi ke satu titik dan menghasilkan panas yang
cukup untuk memasak.
Mengubah cahaya menjadi panas. Bagian dalam kompor surya dan panci, dari
bahan apapun asal yang berwarna hitam, dapat meningkatkan efektivitas
pengubahan cahaya menjadi panas. Panci berwarna hitam dapat menyerap hampir
semua cahaya Matahari dan mengubahnya menjadi panas, secara mendasar
meningkatkan efektivitas kerja kompor surya. Semakin baik kemampuan panci
menghantarkan panas, semakin cepat kompor dan oven bekerja memerangkap
panas. Upaya mengisolasi udara di dalam kompor dari udara di luarnya akan
menjadi penting. Penggunaan bahan yang keras dan bening seperti
kantong plastik atau tutup panci berbahan kaca memungkinkan cahaya untuk
masuk ke dalam panci. Setelah cahaya terserap dan berubah jadi panas, kantong
plastik atau tutup berbahan gelas akan memerangkap panas di dalamnya
seperti efek rumah kaca. Hal ini memungkinkan kompor untuk mencapai
temperatur yang sama ketika hari dingin dan berangin seperti halnya ketika hari
cerah dan panas.
Ada beberapa tipe kompor tenaga surya dilihat dari segi bentuk dan kolektor yang
digunakan (Noam, 1990), diantaranyaan :
1. Kompor tenaga surya tipe box
Sesuai dengan namanya kompor ini berbentuk kotak sederhana dapat dibuat
dengan menggunakan kardus bekas, panas yang dihasilkan umumnya
umumnya. Namun demikian, memasak dengan kompor ini sebaiknya
dilakukan sebelum tengah hari. Bergantung pada lokasi berdasarkan garis
lintang dan cuaca, makanan dapat dimasak baik pada pagi hari atau siang
hari. Kompor ini ditemukan oleh Horace de Saussure, seorang naturalis
Swiss, sejak tahun 1767, kompor surya baru populer sekitar tahun 1970an.
Perangkat masak yang sederhana dan berguna ini semakin banyak digunakan
di berbagai negara di seluruh dunia. Adapun kompor tenaga surya tipe box
dapat dilihat pada Gambar 1.
2. Kompor tenaga surya tipe parabolik
Kompor jenis mampu menghasilkan panas yang sangat tinggi dan memasak
dengan cepat, namun senantiasa membutuhkan pengaturan dan pengawasan
agar dapat beroperasi dengan aman. Sesuai dengan namanya kompor ini
berbentuk seperti mangkuk yang berfungsi menangkap dan memfokuskan
sinar Matahari yang selanjutnya akan diteruskan ke absorber. Kompor ini
banyak digunakan di Negara cina dan banyak digunakan untuk memasak
skala besar. Adapun kompor tenaga surya tipe parabolik dapat dilihat pada
Gambar 1. Kompor tenaga surya tipe box
Gambar 2. Kompor tenaga surya tipe parabolik
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. Adapun skema gambar kompor
14
Gambar 3. Skema kompor tenaga surya
2.5. Kolektor surya dan jenis-jenis kolektor
Kolektor surya dapat didefinisikan sebagai sistem perpindahan panas yang
menghasilkan energi panas dengan memanfaatkan radiasi sinar Matahari sebagai
sumber energi utama. Ketika cahaya Matahari menimpa absorber pada kolektor
surya sebagian cahaya akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan
sebagian besarnya akan diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas
tersebut dipindahkan kepada fluida yang bersirkulasi di dalam kolektor surya
untuk kemudian dimanfaatkan guna berbagai aplikasi. Jenis kolektor surya yang
sering digunakan adalah tipe kolektor surya prismatik, tipe kolektor surya plat
datar, tipe concentrating collectors, tipe evacuated tube collectors.
Salah satu teknologi energi Matahari yang cukup sederhana adalaha konversi
energi Matahari menjadi energi termal melalui kolektor. Kolektor surya dapat
didefinisikan sebagai sistem perpindahan panas yang menghasilkan energi panas
Ketika cahaya Matahari menimpa absorber pada kolektor surya, sebagian cahaya
akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan sebagian besarnya akan
diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas tersebut dipindahkan
kepada fluida yang bersirkulasi di dalam kolektor surya untuk kemudian
dimanfaatkan guna berbagai aplikasi. Kolektor surya yang pada umumnya
memiliki komponen-komponen utama, yaitu (Duffie dan Beckman, 1974) :
1. Cover, berfungsi untuk mengurangi rugi panas secara konveksi menuju
lingkungan
2. Absorber, berfungsi untuk menyerap panas dari radiasi cahaya Matahari.
3. Isolator, berfungsi meminimalisasi kehilangan panas secara konduksi dari
absorber menuju lingkungan
4. Frame, berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor.
Salah satu komponen kompor adalah kolektor surya sejalan dengan pendapat
Made dan Astawa (2001), mengatakan bahwa kolektor surya merupakan suatu
alat yang berfungsi untuk mengumpulkan energi Matahari yang masuk dan diubah
menjadi energi thermal dan meneruskan energi tersebut ke fluida. Kolektor surya
memiliki beberapa komponen yaitu: transmisi, refleksi, dan absorbsi. Komponen
transmisi dapat diperoleh dengan menggunakan kaca, refleksi dari elemen cermin
dan absorber dari bahan aluminium atau kuningan yang dilapisi dengan
permukaan benda hitam. .Jadi dapat disimpulkan secara prinsip bahwa metode
kerja dari kolektor surya adalah sama yaitu menyerap sinar Matahari.
Kompor surya juga terdapat reflektor yang berfungsi untuk memantulkan cahaya
Matahari yang maksimal serta suhu didalam kompor menjadi lebih tinggi. Jumlah
reflektor dapat mempengaruhi suhu pada kompor, dengan 4 reflektor dapat
menaikkan suhu 20 oC lebih tinggi dari pada kompor yang hanya menggunakan 1
reflektor (Martin, 2006).
Ada beberapa jenis kolektor surya, dimana kolektor surya ini dibuat berdasakan
sifat dan kegunaannya, diantaranya kolektor surya prismatik, plat datar dan
parabolik.
1. Kolektor surya prismatik
Kolektor surya prismatik adalah kolektor surya yang dapat menerima energi
radiasi dari segala posisi Matahari. Kolektor jenis ini juga dapat digolongkan
dalam kolektor plat datar dengan permukaan kolektor berbentuk prisma yang
tersusun dari empat bidang yang berbentuk prisma, dua bidang berbentuk
segitiga sama kaki dan dua bidang berbentuk segi empat siku–siku sehingga
dapat lebih optimal proses penyerapan. Tipe kolektor jenis Prismatik ini
[image:32.595.183.448.543.734.2]dapat dilihat seperti Gambar 4.
2. Kolektor surya plat datar
Kolektor surya type plat datar adalah type kolektor surya yang dapat
menyerap energi Matahari dari sudut kemiringan tertentu sehingga pada pross
penggunaanya dapat lebih mudah dan lebih sederhana dengan bentuk persegi
[image:33.595.209.415.249.342.2]panjang seperti pada Gambar 5.
Gambar 5. Kolektor surya plat datar
3. Kolektor surya parabolik
Kolektor tipe parabolik ini masuk dalam tipe konsentrator dengan titik fokus
yang sangat tinggi dimana dalam prakteknya harus dalam pengawasan orang
dewasa, kolektor ini mampu menghasilkan panas sangat tinggi. Kolektor tipe
parabolik dapat dilihat pada Gambar 2.
Keuntungan dari reflektor terkonsentrasi adalah sebagai berikut:
Dapat menghasilkan output temperatur tinggi.
Kehilangan panas lebih kecil karena permukaan absorber lebih kecil.
Sedangkan kerugiannya adalah hanya dapat memanfaatkan komponen radiasi
langsung saja, kecuali pada jenis kolektor dengan perbandingan konsentrasi
Konsentrator adalah permukaanyang mengkonsentrasikan radiasi
Matahari.
Receiver adalah penerima radiasi dari konsentrator dan mengkonversikan
menjadi energi panas
Reflector (konsentrator) berfungsi untuk memantulkan sinar ke daerah titik fokus.
Sifat–sifat bahan reflector yang penting adalah sebagai berikut ( Brenndorfer, et.
Al., 1985 dalam Haryanto, 1998 ) :
1. Memiliki reflektivitas yang tinggi
2. Memiliki absorbsivitas dan konduktivitas panas yang rendah
3. Memiliki emisivitas tinggi
4. Awet dan kuat
5. Stabil pada suhu tinggi.
2.6. Receiver ( absorber )
Menurut (Duffie and Beckman, 1974), melaporkan bahwa penggunaan panci
memasak warna hitam dapat menghasilkan suhu yang lebih tinggi dari aluminium.
Menggunakan panci hitam menghasilkan 10 oC lebih tinggi didalam panci dan 13 o
C pada permukaan panci. Pelat absorber berfungi menyerap radiasi surya dan
mengkonversikanya menjadi panas. Energy dialirkan melalui fluida kerja udara
secara konveksi. Bahan yang baik untuk absorber antara lain harus mempunyai
sifat absorbsivitas tinggi, emisifitas panas rendah, kapasitas panas kecil,
konduktivitas besar, refleksi rendah, tahan panas, tahan korosi, kaku dan mudah
temperatur 150°C pada keadaan normal akan memasak pada suhu 82 - 135ºC,
namun makanan cukup untuk dapat dimasak pada suhu 82 - 91 derajat celcius
yang dikatakan oleh (Yousif dan Badran, 2012)
2.7. Perpindahan panas
Sebagai suatu gambaran mengenai tiga cara perpindahan panas dalam sebuah alat
pemanas cairan surya, panas mengalir secara konduktif sepanjang pelat penyerap
dan melalui dinding saluran. Kemudian panas dipindahkan ke fluida dalam
saluran dengan cara konveksi, apabila sirkulasi dilakukan dengan sebuah pompa
maka disebut konveksi paksa. Pelat penyerapan yang panas ini melepaskan panas
ke pelat penutup kaca (umumnya menutupi kolektor) dengan cara konveksi alami
dan cara radiasi. Bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan
dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih
rendah hingga terjadinya kesetimbangan termal. Sedangkan pada kompor
bertenaga surya perpindahan panas secara radiasi terjadi pada saat energi
terpancar ke kolektor yang selanjutnya akan di pantulkan ke absorber. Pada
proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme yaitu konduksi,
konveksi, dan radiasi. Sinar Matahari yang melimpah di daerah tropis, termasuk
Indonesia merupakan sumber energi potensial yang hingga kini belum
dieksplorasi secara maksimal untuk memberikan manfaat yang tinggi. Matahari
merupakan sumber energi dengan jumlah yang melimpah, murah, bersih, dan
berkesinambungan. Indonesia menerima sinar Matahari tidak kurang dari 10 jam
tiap harinya karena letaknya di khatulistiwa. Pemanfaatannya di Indonesia belum
optimal dalam bentuk teknologi maju, baru sebatas untuk pengeringan dan
penerangan secara tradisional. Eksplorasi artifisial di negara lain sudah banyak
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Bengkel Pertanian Jurusan Teknik Pertanian
Fakultas Pertanian Universitas Lampung pada bulan Desember 2012 sampai
dengan Januari 2013.
3.2. Alat dan bahan
Alat yang akan di rancang adalah kompor tenaga surya adalah actinograf (Franz
Ketterer 7007), lux meter (Krisbow KW0600288), thermometer, sedangkan bahan
yang digunakan adalah air, perekat, alumunium foil, parabola bekas, besi sebagai
penyangga parabola.
3.3. Prosedur Penelitian
Pelaksanaan penelitian ini meliputi tahap-tahap perancangan, perakitan atau
3.4. Perancangan Teknik
3.4.1. Kriteria Desain
Pembuatan kompor tenaga surya tipe parabolik ini diharapkan dapat memenuhi
sesuai dengan keinginan dengan kriteria kolektor konsentrator tipe parabola ini
mampu mendidihkan 2 liter air dalam waktu kurang lebih 15 menit dengan laju
perubahan suhu yang tinggi.
3.4.2. Desain Fungsional
Beberapa rancangan fungsional yang akan dibuat adalah sebagai berikut :
1. Dish
Dish ini berfungsi sebagai tempat meletakan alumunium foil yang sudah
dipotong sehingga membentuk cekungan menyerupai bentuk aslinya yaitu
parabola. Bahan terbuat dari alumunium.
2. Reflektor terkonsentrasi
Reflektor ini berfungsi sebagai pemantul cahaya Matahari yang akan
langsung diteruskan ke receiver. Keuntungan dari reflektor terkonsentrasi
ini adalah dapat menghasilkan output temperature tinggi, kehilangan panas
lebih kecil karena permukaan receiver lebih kecil. Sedangkan kerugianya
hanya dapat memanfaatkan komponen radiasi langsung saja. Bahan yang
digunakan adalah alumunium foil.
Absorber berfungsi untuk menyerap radiasi surya dan mengkonversikan
menjadi panas. Sifat–sifat absorber yang baik adalah :
Absorbsivitas tinggi
Emisifitas panas rendah
Kapasitas panas kecil
Konduktifitas besar
Refleksi rendah
Tahan panas dan korosi
Kaku dan mudah dibentuk
Sedangkan bahan yang baik untuk absorber adalah alumunium, tembaga,
kuningan, dan baja. Kemudian dicat hitam sepanjang permukaan nya agar tidak
terjadi refleksi dan absorsivitas tinggi. Absorber yang digunakan adalah panci
yang umumnya digunakan untuk memasak yang terbuat dari alumunium.
3.4.3. Desain Struktural
Disc yang digunakan dalam penelitian ini adalah dari parabola bekas yang terbuat
dari alumunium selanjutnya setiap bagian bagianya dilapisi oleh alumunium foil
yang berfungsi sebagai pemantul cahaya ke titik api. Tepat di atas disc terdapat
dudukan absorber.
Reflektor yang digunakan dalam penelitian ini adalah alumunium foil. Reflektor
ini dipilih karena mempunyai nilai reflektansi yang tinggi. Alumunium foil
disusun selanjutnya tempelkan ke disc sehingga akan menutupi seluruh
Absorber yang digunakan terbuat dari bahan alumunium dimana setiap bagianya
di cat menggunakan cat warna hitam guna meningkatkan absorbsi radiasi
Matahari. Absorber yang digunakan adalah dari panci.
Sedangkan pada bagian kaki–kaki penyangga reflektor menggunakan bahan yang
terbuat dari besi siku yang dirancang supaya dapat menopang dari reflektor itu
sendiri dan diberikan roda supaya mudah dalam memindahkan alat. Sedangkan
penyangga absorber terbuat dari besi yang disambungkan di kedua sisi reflektor
sehingga dapat dengan mudah memfokuskan pada titik api. Sketsa kompor tenaga
[image:40.595.174.453.370.575.2]surya tipe parabolik dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 1. Sketsa rancangan kompor tenaga surya tipe parabolik
3.4.4. Rancangan Penelitian
Dalam melakukan penelitian perlu melakukan prosedur penelitian yang baik dan
Dalam penelitian ini menggunakan 3 perlakuan yaitu kolektor dengan luas 6 m2, 4
m2, 2 m2 dengan 4 kali ulangan pada setiap perlakuanya. Pengamatan yang dilakukan adalah mengamati laju peningkatan suhu saat merebus air pada jam
12.00, 13.00, 14.00 serta fluks energi radiasi Matahari.
Unit kolektor yang akan diuji yaitu dengan luasan pertama 6 m2 berdiameter 2,85
m, luasan kedua 4 m2 dengan diameter 2,24 m, luasan ketiga 2 m2 dengan
[image:41.595.203.424.315.512.2]diameter 1,59 m. Sketsa gambar unit kolektor dapat dilihat pada Gambar 7, 8, 9.
26
Gambar 3. Unit kolektor tampak depan
[image:42.595.145.481.374.548.2]3.4.5. Pembuatan Alat
Adapun tahap-tahap pembuatan kompor tenaga surya tipe parabolik adalah
sebagai berikut :
1. Membuat sketsa berupa gambar kompor tenaga surya tipe parabolik
lengkap dengan ukurannya.
2. Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
3. Mempersiapkan kolektor dari parabola bekas PERENCANAAN
PENGUMPULAN ALAT DAN BAHAN
PEMBUATAN UNIT KOLEKTOR
PELAKSANAAN PENGUJIAN
PENGAMATAN DAN ANALISIS
[image:43.595.215.413.85.494.2]SELESAI
Gambar 5. Diagram alir penelitian
4. Membuat rangka dudukan kolektor serta penyangga absorber
5. Melapisi alumunium foil di seluruh permukaan parabola sebagai reflektor
6. Membuat absorber dari bahan alumunium yang dicat warna hitam.
3.5. Pengujian
3.5.1. Pelaksanaan
Tahap pelaksanaan penelitian ini dilaksanakan dengan cara :
1. Siapkan alat dan peralatan di tempat yang sama sekali tidak terhalang sinar
Matahari. Siapkan bahan berupa air sebanyak 2 liter selanjutnya ukur
massa air awal sebelum perebusan dan ukur suhu awal menggunakan
thermometer selanjutnya masukan air kedalam panci yang telat dicat hitam
letakan diatas dudukan absorber. Selanjutnya atur posisi kolektor
sehingga titik fokus tepat mengarah ke absorber. Proses ini dilakukan
pada pukul 12.00, 13.00, 14.00 WIB.
2. Selanjutnya ukur energi radiasi Matahari pada saat melakukan pengujian
sampai air benar-benar mendidih menggunakan lux meter . catat lama
waktu perebusan selanjutnya ukur massa akhir air dan suhu akhir air
setelah pengujian. Ulangi tiap pengukuran tersebut sebanyak 4 kali
3.5.2. Pengamatan dan pengukuran
Parameter yang diukur selama pengujian alat meliputi :
1. Massa awal air sebelum dan massa akhir air sesusah perebusan
2. Suhu awal air sebelum dan suhu akhir sesudah perebusan
3. Energi yang tersedia untuk proses perebusan menggunakan alat pengukur
radiasi
4. Lama waktu selama perebusan.
Parameter yang dihitung selama proses dan setelah pengujian meliputi :
1. Energi yang tersedia untuk proses perebusan menggunakan alat pengukur
radiasi surya lux meter selanjutnya dikonversikan ke dalam satuan energi
radiasi Matahari ( W/m2 ).
2. Energi yang digunakan untuk merebus air.
3. Energi yang masuk ke alat.
Pengamatan yang dilakukan selama proses pengujian unit kolektor yaitu:
1. Suhu pada saat perebusan
Pengukuran suhu pada saat perebusan air dilakukan menggunakan
thermometer untuk mengetahui perubahan suhu pada saat perebusan serta
meletakan thermometer di luar alat untuk mengetahui suhu normal
2. Lama perebusan
Lama waktu perebusan adalah waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan
air sampai suhu maximal alat yang dicapai sesuai dengan ukuran kolektor
selanjutanya data dicatat dan disajikan dalam tabel.
3. Energi yang tersedia
Energi yang tersedia menggunakan radiasi sinar Matahari yang diukur
menggunakan lux meter. Energi inilah yang nanti akan digunakan untuk
memasak. Pengamatan ini dilakukan pada saat melakukan perebusan air
pada pukul 12.00, 13.00, 14.00 WIB.
4. Massa air
Massa awal pada saat mulai perebusan diukur terlebih dahulu selanjutnya
setelah melakukan perebusan akan diketahui massa akhir yang selanjutnya
diukur dan dicatat untuk diolah ke dalam data.
3.5.3 Perhitungan
Energi input untuk memasak
Energi radiasi sinar Matahari yang sampai ke kolektor dihitung menggunakan
persamaan :
………...
Dimana : A = luas kolektor (m2)
Ir = intensitas radiasi surya (Watt/m2)
Energi yang digunakan untuk memanaskan air dihitung menggunakan
persamaan:
Q1 = M1 × Cp × (T2-T1) ... (2)
dimana: Q1 = panas sensibel (kJ) M1 = berat air (kg)
Cp = panas spesifik air = 4,186 kJ/kgoC T2 = temperatur akhir air saat mendidih (oC) T1 = temperatur awal air (oC)
Panas laten atau latent heat (Q2) adalah jumlah energi (kJ) yang digunakan untuk menguapkan air, panas laten dihitung menggunakan persamaan:
Q2 = M2 × U ………..……… (3)
Dimana: M2 = berat air yang menguap (kg) U = kalor uap air (2260 kJ/kg)
Efisiensi penggunaan energi total atau efisiensi energi kompor tenaga surya
dapat dihitung menggunakan persamaan :
µ
th ...dimana :
µ
th = efisiensi termal kompor tenaga surya (%)Q1 = energi yang digunakan untuk memanaskan air (kJ) Q2 = energi yang digunakan untuk menguapkan air (kJ) Ers = energi radiasi matahari (kJ)
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1. Simpulan
Setelah melakukan pengamatan dan pengujian alat, maka dapat disimpulkan
sebagai berikut :
1. Luas tangkap kolektor sangat berpengaruh pada kinerja kompor tenaga
surya, semakin besar luas tangkap kolektor maka semakin tinggi suhu
yang dihasilkan dari suhu awal 28 oC pada luas tangkap 6 m2 menjadi 94 o
C, pada luas tangkap 4 m2 menjadi 80 oC, pada luas tangkap 2 m2 menjadi 70oC.
2. Permukaan parabola yang tidak rata menyebabkan efisiensi termal yang dihasilkan tidak maksimal dimana luas tangkap terkecil menghasilkan
efisiensi terbesar dikarenakan luasan tersebut lebih mudah memfokuskan
radiasi yang datang dibandingkan luasan yang paling besar. Efisiensi
termal pada kompor tenaga surya ini sebesar 13,89% pada luas permukaan
tangkap 2 m2 , 7,33% pada luas tangkap 4 m2 dan 7,81% pada luas tangkap 6 m2.
3. Secara fungsional alat bekerja kurang baik (efisiensi rendah) dan secara
struktural alat kurang ergonomis dikarenakan ukuran alat yang sangat
besar sehingga untuk mengoperasikan alat ini dibutuhkan 2 sampai 3
5.2. Saran
Hasil pengujian alat selama penelitian menunjukan bahwa dari segi fungsional
alat sudah bekerja cukup baik, namun dari segi struktural alat ini belum mampu
mengumpulkan energi radiasi matahari yang masuk ke alat dengan optimal hal ini
dikarenakan reflektor yang digunakan dari bahan alumunium foil, akan lebih baik
DAFTAR PUSTAKA
Duffie, J.A. dan W.A. Beckman. 1974. Thermal Processes. Wiley Inter-Science Publications. New York. Amerika Serikat. 919 Hal.
Haryanto, A. 1998. Kajian Unjuk Kerja Termal Kolektor Surya Tipe Talang Parabolik dengan Pemasangan Tetap Arah Timur – Barat, Tesis. Program
Pasca Sarjana UGM. Yogyakarta. 82 halaman.
Made, S. dan K. Astawa. 2011. Performasi Kolektor Surya Tubular
Terkonsentrasi Dengan Pipa Penyerap Dibentuk Anulus Dengan Variasi Posisi Pipa Penyerap. Jurnal Ilmiyah Teknik Mesin. Universitas Udayana. 5 (1) : 98-102.
Martin, R. 2006. Design of Solar Ovens for Use in the Developing World. International Jurnal for Service Learning in Engineering. 2(1): 78-91.
Marwani. 2011. Potensi Penggunaan Kompor Energi Surya Untuk Kebutuhan Rumah Tangga. Jurusan Teknik Mesin. Universitas Sriwijaya.
Palembang. 10 hal.
Mazen, M, Mohamed. A.H, Salah. A dan O. Badran. 2008. Evaluating Thermal Performance of Solar Cooker under Jordanian Climate. Departement of Mechanical Engineering. 15 hal.
Muller, C. dan K. Schwarzer. 2004. The Use of Solar for Improving The Living Conditions in Altiplano/Argentina. Solar Global EV July.
Noam, L. 1990. Thermal Theory and Modeling of Solar Collector. Mechanical Engineering. Cambridge M.A. 182 hal.
Scanlin, D. 1997. Indirect, Through-Pass, Solar Food Dryer. Home Power 57 (February/March 1997). 72 Hal.
Wilson, M. dan G. J. Maryam. 2000. The Feasibility of Introducing Solar Oven to Rural Women in Maphephethe. Journal of Family Ecology and Consumer Sciences. 28: 54-60.
Yazmendra, R. 2004. Optimasi Udara Panas Keluaran Kolektor Energi Surya. Jurnal Teknik Mesin. Politeknik Negeri Padang. 1 (1) : 28-33.
