BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1Energi
Energi adalah sesuatu yang bersifat abstrak yang sukar dibuktikan, tetapi dapat dirasakan. Energi tidak dapat pula diciptakan dan dimusnahkan. Namun, semua energi dapat diubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain [1] Oleh karena itu, hukum kekekalan energi menyatakan energi total sistem tetap konstan, meskipun energi dapat berubah menjadi bentuk lain.
Secara umum, energi dapat dikategorikan menjadi beberapa macam, yaitu energi mekanis, listrik, elektromagnetik, kimia, nuklir, dan surya [10].
1. Energi Mekanis
Bentuk transisi dari energi mekanis adalah kerja.Energi yang tersimpan adalah energi potensial atau energi kinetik. Energi potensial adalah energi yang dikandung oleh suatu benda/massa yang berada pada ketinggian tertentu terhadap bidang referensi. Energi potensial banyak dimanfaatkan untuk PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air), dimana energi potensial berupa massa air yang ada di dalam waduk diubah menjadi energi kinetik dan digunakan untuk menggerakkan turbin. Energi kinetik adalah energi yang dikandung oleh suatu benda/massa yang sedang bergerak. Sebuah pesawat supersonik yang bergerak karena adanya kecepatan aliran udara yang mendorongnya merupakan salah satu konsep energi kinetik.
2. Energi Elektromagnetik
Energi elektromagnetik merupakan bentuk energi yang berkaitan dengan radiasi elektromagnetik.Energi radiasi dinyatakan dalam satuan energi yang sangat kecil, yakni elektro volt (eV) atau mega elektrovolt (MeV), yang juga digunakan dalam evaluasi energi nuklir.
merupakan jenis radiasi yang paling energetik dari radiasi elektromagnetik. Gelombang radio merupakan gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang paling tinggi.
3. Energi Kimia
Energi kimia merupakan energi yang keluar sebagai hasil interaksi elektron dimana dua atau lebih atom/molekul berkombinasi sehingga menghasilkan senyawa kia yang stabil. Energi kimia hanya dapat terjadi dalam bentuk energi tersimpan. Bila energi dilepas dalam suatu reaksi maka reaksinya disebut reaksi eksotermis.Yang dinyatakan dalam kj,Btu, atau kkal. Bila energi dalam reaksi kimia terserap maka disebut dengan
reaksi endotermis. Sumber energi bahan bakar yang sangat penting bagi manusia adalah reaksi kimia eksotermis yang pada umumnya disebut reaksi pembakaran.Reaksi pembakaran melibatkan oksidasi dari bahan bakar fosil.
4. Energi Nuklir
Energi nuklir adalah energi dalam bentuk dalam bentuk tersimpan yang dapat dilepas akibat interaksi partikel dengan atau di dalam inti atom. Energi ini dilepas sebagai akibat hasil usaha partikel-partikel untuk memperoleh kondisi yang lebih stabil. Pada reaksi nuklir dapat terjadi peluruhan radoaktif, yaitu fisi dan fusi[1]. Fisi merupakan reaksi terpisahnya inti senyawa terbelah menjadi dua atau lebih inti massa yang lebih rendah, yang disebut produk bersih. Fusi merupakan reaksi kebalikan dari reaksi fisi dimana inti bermassa lebih ringan bergabung menjadi satu inti. Kedua reaksi ini sama-sama menghasilkan energi yang cukup besar.
nuklir terletak pada masalah pengamanan operasional serta kualitas reaktor nuklir.
5. Energi Surya
Energi surya merupakan energi yang bersumber dari matahari dan merupakan energi terbesar yang diterima bumi. Energi matahari mempengaruhi pola cuaca, arah angin, gelombang laut, dan iklim. Energi surya sampai ke bumi dalam bentuk radiasi matahari. Energi matahari juga mempengaruhi terbentuknya energi lain seperti energi angin dan energi gelombang laut.
Fotovoltaik merupakan salah satu pemanfaatan energi matahari untuk menghasilkan tenaga listrik dengan menggunakan sel surya untuk mengubahnya menjadi aliran electron (Fanchi JR 1995). Efek fotovoltaik mengacu pada foton elektron yang menarik cahaya ke dalam keadaan energi yang lebih tinggi. Sel surya ini terdiri atas silikon digabungkan menjadi modul yang disebut array, dan jumlah array yang digunakan menentukan jumlah listrik yang dihasilkan.
Selain fotovoltaik, pemanfaatan energi surya digunakan untuk memanaskan air. Air yang dipanaskan ini biasanya digunakan untuk keperluan rumah tangga. Bahkan, saat ini air yang dipanaskan digunakan untuk membangkitkan energi listrik. Air yang dipanaskan tersebut diubah menjadi uap. Uap tersebut yang menggerakkan turbin sehingga dihasilkan listrik.
2.2 Radiasi Energi Surya
Beberapa fakta tentang matahari (surya). Matahari mempunyai diameter 1,39 x 109 m. Bumi mengelilingi matahari dengan lintasan berbentuk ellips dengan matahari berada pada salah satu pusatnya. Jarak rata–rata matahari dari permukaan bumi adalah 1,495 x 1011 . waktu tempuh sinar matahari sampai ke permukaan bumi sekitar 8 menit 20 detik. Gambar2.1 menunjukkan hubungan matahari dan bumi. Pada gambar juga ditampilkan nilai konstanta matahari Gsc ,
Gambar 2.1. Hubungan antara matahari dan bumi
Karena lintasan bumi berbentuk elips, maka jarak matahari dan bumi tidak tetap. Jarak terdekat 1,47 x 1011m dan jarak terjauh 1,52 x 1011m. Perbedaan jarak ini hanya 3,3% dari jarak rata – rata. Akibat perbedaan jarak ini, maka radiasi di permukaan di luar atmosfer akan berbeda setiap hari. Radiasi ini biasanya disimbolkan dengan Gon, pada hari ke n dirumuskan oleh Duffie dan Beckmann
(1991) [5]
( ) * ⁄ +...(2.1)
Dimana :
Gsc = Konstanta surya
= 1367 W/m2
N = Nilai yang diperoleh berdasarkan urutan hari yang akan diprediksi radiasinya.
Harganya dapat diperoleh dari tabel berikut: Tabel.2.1 Urutan Hari Berdasarkan Bulan
Bulan Nilai n pada hari yang ke – i
Januari I
Februari 31 + i
Maret 59 + i
April 90 + i
Mei 120 + i
Juli 181 + i
Agustus 121 + i
September 243 + i
Oktober 273 + i
November 304 + i
Desember 334 + i
2.3 Perpindahan Panas
Panas dapat berpindah dari suatu tempat atau benda ketempat atau kebenda lain. Panas dapat berpindah dari suatu zat yang lebih panas ke zat yang lebih dingin. Dengan kata lain, panas hanya akan berpindah dari suatu benda ke benda lainnya bila terdapat perbedaan temperatur di antara dua benda tersebut[11]. Atau panas akan berpindah dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang temperatur lebih rendah. Karena itu dapat disimpulkan bahwa perbedaan temperatur (∆t) adalah merupakan potensial pendorong bagi proses perpindahan panas. Dalam proses perpindahan, dikenal 3 macam metode perpindahan panas, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
1. Konduksi
Konduksi adalah perpindahan panas suatu benda yang partikel-partikel dalam benda tersebut mentransfer energi melalui tumbukan. Konduksi panas hanya terjadi apabila terdapat perbedaan temperatur.
Panas yang mengalir secara konduksi dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah. Laju perpindahan panas konduksi dapat dinyatakan dengan Hukum fourrier
[4].
…………...…………(2.2)
Dimana, Q = Laju perpindahan panas
k = Konduktivitas termal (W / (m.K))
A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m²) T2 = Temperatur akhir (ºC)
T1 = Temperatur awal (ºC)
Dari Persamaan (2.1) dapat disederhanakan menjadi persamaan yang dikenal dengan konsep resistansi thermal yang dianalogikan dengan resistansi listrik. Hal ini karena laju aliran kalor dianggap sebagai sebuah aliran listrik yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah (perbedaan temperatur). Konsep resistansi thermal juga berlaku untuk kedua jenis perpindahan panas yang lain. Dengan demikian, persamaan (2.3) menjadi [4]:
………
....
…
(2.3)
……...………...(2.4)
Dimana, Q = laju perpindahan panas (W)
k = konduktivitas termal (W/ (m.K))
A = luas penampang yang terletak pada aliran panas (m²) T2 = temperature akhir (ºC)
T1 = temperature awal (ºC)
L = tebal plat (m)
R = resitansi thermal (ºC/m) 2. Konveksi
Perpindahan panas konveksi terjadi di antara permukaan benda dan suatu fluida. Dengan kata lain, perpindahan panas konveksi adalah perpaduan perpindahan panas konduksi dengan suatu aliran fluida. Perpindahan panas konveksi terdiri dari tiga jenis, yaitu konveksi paksa aliran dalam, aliran luar, dan alamiah. Apabila aliran fluida disebabkan oleh blower/fan maka disebut konveksi paksa dan apabila disebabkan oleh gradient massa jenis maka disebut konveksi alamiah. Pada umumnya laju perpindahan panas dapat dinyatakan dengan hukum persamaan pendinginan Newton, yaitu sebagai berikut [3]
̇= hA (Ts – Tf)...(2.5)
Dimana,Q = Laju perpindahan panas
A = Luas permukaan kolektor surya (m²) Ts = Temperatur plat (ºC)
Tf = Temperatur fluida (ºC)
Nilai koefisien konveksi dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut[3]
………...………
(2.6)
Dimana, h = koefisien konveksi (W / m².K) Nu = bilangan Nusselt
k = konduktivitas termal (W/m.K) L = panjang plat (m)
Secara umum, pola aliran terbagi menjadi 3 jenis, yaitu aliran
laminar, transisi, dan turbulen[3]. Aliran laminar adalah aliran yang molekul-molekul fluidanya masih tersusun rapi atau tidak acak, sedangkan aliran turbulen adalah aliran yang molekul-molekul fluidanya acak atau radial. Aliran transisi merupakan pola aliran yang berada diantara aliran laminar dan turbulen. Persamaan yang digunakan untuk menghitung bilangan Reynold adalah sebagai berikut [3].
………...……….
(2.7)
Dimana, Rₑ = bilangan Reynold
ρ = massa jenis fluida (kg/m³) U = kecepatan aliran fluida (m/s) L = panjang pipa (m)
µ = viskositas (Ns/m²)
Bilangan Nusselt sebuah plat dapat ditentukan dengan melihat kasusnya. Berikut ini adalah beberapa kasus dalam menentukan bilangan Nusselt.
1. Pada kasus plat dengan temperature konstan.
maka panas akan mengalir dari plat ke fluida. Bilangan Nusselt ( ) dapat dihitung berdasarkan kasus ini adalah[3]
N = 0,332 x R -1/2 untuk < 5x105
...(2.8)
N = 0,0296 x untuk 5x105 107...(2.9) Dimana, N = bilangan Nusselt sepanjang x
R = bilangan Reynold sepanjang x
Pr = bilangan prandlt
2. Konveksi natural permukaan luar bidang horizontal.
Misalnya permukaan kaca yang terpapar oleh sinar matahari, maka panas dari kaca ini akan hilang ke udara linkungan. Bilangan Nusselt (Nu) untuk kasus ini dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut [3].
Nu = 0,54 x untuk 104 < R < 107...(2.10) Nu = 0,15 x untuk 107<R < 109...(2.11) Dimana, N = bilangan Nusselt
R = bilangan Rayleigh
3. Konveksi natural pada ruang tertutup yang dipanasi dari sisi bawah.
Solar kolektor plat datar umumnya mempunyai penutup kaca yang fungsinya meneruskan sinar matahari tetapi mengurangi panas terbuang ke lingkungan. Susunan absorber dengan penutup kaca ini akan membentuk ruang tertutup persegi yang miring dan didalamnya terjadi konveksi natural. Bilangan Nusselt (Nu) untuk kasus ini dapat dihitung berdasarkan persamaan diajukan oleh Holland dkk (1976) dengan RaL < 10, yaitu [3]
Nu = 1 + 1,44* + + *
+ ...(2.12) Dimana, N = Bilangan Nusselt
Arti dari operator []+ adalah yang diambil hanya nilai positif. Jika nilai yang di dalam kurung negatif maka hasilnya sama dengan nol. Perhatikan operasi berikut [1]+ = 1 tetapi [-1]+ = 0 Untuk bilangan Rayleigh sendiri dapat dihitung dari persamaan berikut [5]
=
...(2.13) Dimana, R = bilangan Rayleigh
β = 1/Tr
g = percepatan gravitasi (9,81 m/s²) Ts = temperature permukaan plat (K) Tr = temperature referensi (K)
L = panjang karakteristik (luas permukaan (m)) β = difusivitas thermal
v = viskositas kiematik
3 Radiasi
Radiasi adalah proses perpindahan panas melalui gelombang elektromagnetik atau paket-paket energi (photom) yang dapat dibawa sampai pada jarak yang sangat jauh tanpa memerlukan interaksi dengan medium (ini yang menyebabkan mengapa perpindahan panas radiasi sangat penting pada ruang vakum). Disamping itu jumlah energi yang dipancarkan sebanding dengan temperature benda tersebut. Kedua hal tersebut yang membedakan antara peristiwa perpindahan panas konduksi dan konveksi dengan perpindahan panas radiasi.
Energi matahari merupakan energi terbesar yang diterima bumi. Matahari mempunyai diameter 1,39x 109 m. Bumi mengelilingi matahari dengan lintasan berbentuk elips dan matahari berada pada salah satu pusatnya. Jarak rata-rata matahari dari permukaan bumi adalah 1,49 x 1011 m.
dengan jarak 1,52 x 1011m. Karena adanya perbedaan ini, menyebabkan radiasi yang diterima atmosfer bumi juga berbeda [5]
Persamaan radiasi pada atmosfer ( ) yang diajukan oleh Spencer tahun 1971 [2] adalah :
Gon = Gsc(1,00011 + 0,034221 cos B + 0,00128 sin B + 0,00071 cos 2B+0,000077sin2B) ………...……(2.14) Dimana, =daya radiasi rata-rata yang diterima atmosfer bumi(W/m2) dengan nilai B (konstanta hari) sebagai berikut [2]
B =
...(2.15) Dimana, = 1367 W/m2
B = konstanta yang bergantung pada nilai n = raadiasi yang diterima atmosfer bumi (W/m2) n = tanggal ke-i
Beberapa istilah yang biasanya dijumpai pada perhitungan radiasi adalah : 1. Air Mass ( )
Adalah perbandingan massa udara sampai ke permukaan bumi pada posisi tertentu dengan massa udara yang dilalui sinar jika matahari tepat pada posisi zenith. Artinya pada posisi tegak lurus (zenith = 0) nilai ma = 1, pada sudut zenith 60º, m= 2. Pada sudut zenith dari 0º-70º [2]
=
...(2.16) 2. Beam Radiation
Radiasi energi dari matahari yang tidak dibelokkan oleh atmosfer. Intilah ini sering juga disebut radiasi langsung (direct solar radiation)
3. Diffuse Radiation
Radiasi energi surya dari matahari yang telah dibelokkan oleh atmosfer.
4. Total Radiation
Adalah jumlah beam dan diffuse radiation
Adalah laju energi radiasi yang diterima suatu permukaan persatuan luas tersebut Solar irradiance biasanya disimbolkan dengan G. dalam bahasa Indonesia besaran ini biasanya disebut dengan Intensitas radiasi.
6. Irradiation atau Radian Exposure (J/m²)
Jumlah energi radiasi (bukan laju) yang diterima suatu permukaan dalam interval waktu tertentu. Besaran ini didapat dengan mengintegralkan G pada interval waktu yang diinginkan, misalnya untuk 1 hari biasa disimbolkan H dan untuk 1 jam biasanya disimbolkan I.
7. Solar Time atau Jam Matahari
Adalah waktu berdasarkan pergerakan semua matahari di langit pada tempat tertentu. Jam matahari (disimbolkan ST) berbeda dengan penunjukan jam biasa (standard time, disimbolkan STD). hubungannya adalah [2] :
ST =STD ± 4(Lst –L loc) + E ………..(2.17) Dimana, STD = waktu local
Lst = standart meridian untuk waktu local (º)
Lloc = derajat bujur untuk daerah yang dihitung (º) ; untuk bujur timur , digunakan -4, untuk bujur barat digunakan +4
E = factor persamaan waktu
Pada persamaan ini Lst standard meridian untuk waktu local. Lloc adalah
derajat bujur daerah yang sedang dihitung, jika daerah yang dihitung ada pada bujur timur, maka gunakan tanda minus didepan angka 4 dan jika bujur barat dalah tanda plus. E adalah equation of time, dalam satuan menit dirumuskan oleh Spencer pada tahun 1971 [2].
E=229,2(0,000075+0,001868cosB–0,032077sinB– ,014615cos2B– 0,04089sin2B………...(2.18) Dimana, B = konstanta yang bergantung pada nilai n
Dalam menentukan arah radiasi terdapat beberapa sudut yang harus diketahui. Beberapa sudut untuk mendefenisikan arah radiasi matahari. Slope β adalah sudut antara permukaan yang dianalisis dengan horizontal. Nilai 0 ≤ β ≤ 90º. Permukaan γ adalah sudut penyimpangan sinar pada bidang proyeksi dimana 0º pada selatan dan positif ke barat.Sudut penyinaran θ (angle accident) adalah sudut yang dibentuk sinar dan garis normal dari suatu permukaan. Sudut zenithθz adalah sudut yang dibentuk
garis sinar terhadap garis zenith.Sudut ketinggian matahari αs (solar
altitude angle) adalah sudut antara sinar dengan permukaan.Sudut azimuth matahari γs adalah sudut antara proyeksi matahari terhadap selatan,
ketimur adalah negatif dan ke barat adalah positif.
Sudut lain yang sering digunakan dalam menentukan jumlah radiasi yang dapat diterima oleh sebuah permukaan di bumi antara lain sudut deklinasi δ , yaitu kemiringan sumbu matahari terhadap garis normalnya. Kemudian sudut jam ω adalah sudut pergeseran semu matahari dari garis siang. Perhitungan berdasarkan jam matahari (ST), setiap berkurang 1 jam, ω berkurang 15º dan setiap bertambah 1 jam, ω bertambah 15º. Artinya tepat pukul 12.00 siang, ω=0, pukul 11.00 pagi ω = -15º dan pukul 14.00, ω = 30º.
Spencer (1971) mengajukan persamaan untuk menghitung sudut deklinasi yaitu [2]:
δ = C1+C2cosB+C3sinB + C4cos2B + C5sin2B + C6cos3B +
C7sin3B...…(2.19)
Dimana: C1 = 0,006918
C2 = -0,399912
C3 = 0,070257
C4 = -0,006758
C5 = 0,000907
C6 = -0,002679
C7 = 0,00148
n = hari ke-
B = konstanta hari
Sudut zenith θz adalah sudut yang dibentuk garis sinar terhadap garis
zenith. Cosinus sudut zenith dapat dicari melalui persamaan berikut [2] Cos θz = cos θ cos δ cos ω + sin θ sin δ………(2.20)
Sudut jam matahari (ω) dihitung berdasarkan jam matahari. Defenisi sudut jam matahari adalah sudut pergeseran semu matahari dri garis siangnya. Perhitungan berdasarkan jam matahari (ST), setiap berkurang 1 jam, ω berkurang 15º, setiap bertambah 1 jam, ω bertambah 15º [2]
ω = 15(STD – 12) + (ST-STD) x
...(2.21) Dimana : STD = waktu local
ST = solar time
ω = sudut jam matahari (º)
Dengan estimasi langit cerah, fraksi radiasi matahari yang diteruskan dari atmosfer ke permukaan bumi adalah [2]
= ao + a1exp(
Gbeam = Gon ηb cos θz……...………..(2.23)
Dimana :
Gon = radiasi yang diterima atmosfer (W/m²)
ηb = fraksi radiasi yang diteruskan ke bumi
θz = sudut zenith
Gbeam = radiasi yang ditransmisikan dari atmosfer ke
permukaan bumi (W/m²)
Radiasi diffuse adalah radiasi yang dipantulkan ke segala arah, dan kemudian dimanfaatkan. Adapun persamaan yang digunakan untuk mencari radiasi diffuse adalah [2]:
Gdifuse = Goncos θz (0,271 –0,294 ηb)………...(2.24)
Dimana :
Gon = radiasi yang diterima atmosfer
ηb = fraksi radiasi yang diteruskan ke bumi
θz = sudut zenith
Gdifuse = radiasi yang dipantulkan ke segala arah dan kemudian dapat
dimanfaatkan
Radiasi total adalah jumlah dari radiasi beam dan radiasi diffuse adalah sebagai berikut [2]
Gtotal = Gbeam + Gdiffuse………..(2.25)
Radiasi total yang diterima oleh suatu permukaan, tidak semuanya mampu diserap oleh kolektor. Hal ini disebabkan adanya absorbsivitas, reflektansi, dan transmisivitas suatu medium. Untuk kolektor dengan kaca penutup, panas hilang radiasi kolektor dapat ditentukan dengan mengetahui nilai temperatur absorber, temperatur kaca penutup, emisivitas absorber, dan emisivitas kaca penutup. Berikut ini adalah persamaan yang digunakan untuk menghitung panas hilang radiasi yang terjadi [5]
̇ =
( ) ...(2.26) Dimana, Q = laju perpindahan panas (W)
A = luas permukaan plat (m²)
Ts = temperature plat
Tcl = temperature kaca terluar
εs = emisivitas plat
εcl = emisivitas kaca terluar
2.4 Perkembangan Teknologi Pemanas Air 1. Akhir Tahun 1800an
Solar Water Heater (Pemanas Air Tenaga Surya atau Matahari) mulai tumbuh dan berkembang di akhir tahun 1800 an di California, Amerika Serikat. Adalah seorang Clarence M Kemp yang mematenkan pemanas air tenaga surya/matahari komersial pertama di dunia pada tahun 1891 [9].
Konsep sistem pemanas yang dibuat oleh Kemp, menempatkan tangki air bercat hitam (terdiri dari tiga tangki) di dalam sebuah kotak kaca yang tertutup kemudian dibagian bawah kotak dipanaskan, air dingin dalam tangki menyerap panas dan air tersebut menjadi cukup panas untuk mandi atau keperluan lainnnya. Tetapi Pemanas air komersial pertama ini memiliki kekurangan yaitu air yang dipanaskan akan terus disimpan didalam tangki, yang pada malam hari air tersebut terkena suhu malam sehingga pada saat pagi hari air menjadi tidak terlalu panas untuk dipergunakan. Pada tahun 1895, Kemp menjual hak eksklusif manufaktur sistem pemanas air nya kepada dua pengusaha dari Pasadena, California.
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].
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
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. Pada tahun 2005, 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
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.
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
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
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
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).
