Energi Matahari dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan Oleh: Murtono. Kata kunci: tenaga surya, reaksi fusi, energi alternatif

Energi Matahari dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan Oleh: Murtono∗ Abstrak Energi matahari merupakan sumber energi utama bagi kehidupan di bumi. Secara konvensional, energi matahari ini digunakan oleh manusia untuk pemanasan dan pengeringan. Sementara tumbuh-tumbuhan menggunakannya untuk proses fotosintesis. Energi matahari dihasilkan dari reaksi fusi nuklir atom hidrogen (11H ) menjadi Tom helium ( 24 H e ) yang dihasilkan dalam bentuk radiasi. Pada perkembangannya kemudian, energi matahari ini digunakan sebagai sel fotovoltaik, cerobong surya, kolam surya, dan pembangkit listrik tenaga surya. Energi matahari akan menjadi energi alternatif guna memenuhi keterbatasan dan krisis energi yang bersumber dari minyak bumi. Kata kunci: tenaga surya, reaksi fusi, energi alternatif A. Pendahuluan Energi merupakan masalah yang sangat penting dan tidak dapat dipisahkan bagi kehidupan manusia. Kehidupan akan berlangsung bila ada energi. Sebuah negara tidak akan mungkin dapat mencapai kemajuannya tanpa menggunakan energi secara luas. Bahkan negara akan kaya-raya karena sumber energinya yang melimpah. Makanya, melakukan sebuah perencanaan dan implementasi secara tepat untuk penyediaan energi ini secara mudah merupakan hal yang sangat signifikan. Demikian pula, naik atau turunnya harga kebutuhan hidup di sebuah negara sangat ditentukan oleh harga energi dunia saat itu. Dengan energi orang begitu mudah menghidupkan sebuah jaringan pengangkutan, jaringan telekomunikasi, memotong kayu, mengambil air dari sumur atau sungai, membawa hasil bumi dari desa ke kota yang kesemuanya itu akan terasa sangat berat dan sulit jika tidak menggunakan energi. Pada jaman dahulu, bahkan hingga saat ini,1 manusia lebih banyak mengandalkan tenaga manusia atau tenaga hewan untuk mengerjakan pekerjaan sehari-hari. Majunya suatu negara ditunjukkan oleh banyaknya tenaga teknis (non-manusia dan non-hewan) yang digunakan sebagai ∗. Dosen Jurusan Tadris MIPA Program Studi Fisika Fakultas Tarbiyah UIN Sunaan Kalijaga Yogyakarta. 1 Yang masih banyak terdapat di negara-negara yang belum maju atau sering disebut negara yang sedang berkembang (developing countries). SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

762. Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. sumber energi. Dari zaman prasejarah sampai awal zaman sejarah, hanya kayu yang lebih banyak digunakan untuk keperluan memasak, pemanasan, alat rumah tangga, perahu, dan peralatan lainnya. Meskipun demikian, pada zaman awal sejarah telah digunakan pula energi angin yang difungsikan untuk menggerakkan layar dalam pengangkutan barangbarang di lautan. Pada perkembangan berikutnya angin juga digunakan untuk menggerakkan kipas angin, menggerakkan pompa air dan alat penggiling gandum. Bahkan pada abad ke-15 Christopher Columbus masih menggunakan energi angin dengan kapal layarnya untuk menemukan benua Amerika. Pada abad ke-13 kebutuhan energi diperkaya dengan ditemukannya batubara. Pada saat ini batubara lebih banyak digunakan untuk memasak dan pemanasan. Mulai abad ke-18 batubara digunakan untuk menggerakkan mesin uap. Penemuan ini membuat Eropa melakukan penggunaan energi batubara secara besar-besaran dalam revolusi industri. Bahkan batubara digunakan sebagai bahan baku untuk membuat kokas yang diperlukan dalam pengerjaan logam. Dengan adanya mesin uap untuk alat angkut pada abad ke-19, pemakaian batubara untuk industri berkembang sangat pesat. Bersamaan dengan itu, awal abad ke-19 ditemukan energi terbaru, yang berperan sekali dalam penerangan dan pemanasan yaitu minyak bumi. Minyak bumi kemudian banyak menggantikan batubara dalam pemanasan, memasak, maupun penerangan karena lebih mudah penggunaannya dan juga lebih mudah diperoleh. Mulai abad ke-20 minyak bumi digunakan sebagai bahan bakar motor untuk pengangkutan dan bahan bakar motor minyak ini secara berangsurangsur mulai menggantikan batubara. Bersamaan dengan itu juga muncul energi sekunder yaitu energi listrik. Energi listrik ini pada awalnya menggunakan batubara sebagai bahan bakar utama pembangkitnya. Kemudian posisi batubara ini berangsur-angsur digantikan oleh minyak dan gas bumi. Bahkan pada masa selanjutnya, hingga kini, digunakan pula sumberdaya air untuk pembangkit tenaga listrik ini. Dalam perkembangannya, muncullah energi panas bumi sebagai energi alternatif untuk pembangkit tenaga listrik dan pemanasan. Kemudian mulai pertengahan abad ke-20 ditemukan pula pemanfaatan energi nuklir yang digunakan untuk pembangkit listrik dalam skala yang besar di samping penggunaan khusus untuk bom nuklir, kapal selam nuklir dan lain-lain. Namun perlu dicatat di sini bahwa penggunaan energi nuklir ini jika tidak hati-hati akan banyak membahayakan manusia karena reaksi intinya. Untuk itulah barangkali hingga saat ini sebagian besar negara masih lebih banyak menggunakan minyak bumi untuk keperluan energinya. SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. 763. Secara historis, energi matahari secara tidak disadari sudah digunakan oleh manusia sepanjang masa. Namun dengan adanya krisis energi pada tahun 1974 khususnya penggunaannya mulai ditingkatkan. Pada pertengahan abad ke-20 energi matahari mulai digunakan untuk pembangkit sel surya (untuk tenaga listrik). Untuk masa mendatang diharapkan energi matahari ini dapat lebih luas penggunaannya menggantikan energi minyak bumi yang semakin menipis. Secara umum penggunaan energi matahari dapat digambarkan sebagai berikut.2. B. Pengertian Energi Energi dapat diartikan sebagai tenaga atau suatu kemampuan untuk melakukan usaha. Bentuk dari energi bermacam-macam. Sebuah benda yang bergerak akan mempunyai energi kinetik. Setengah hasil kali massa benda dengan kuadrat lajunya kita sebut dengan tenaga (energi) kinetik 1 benda.3 Secara matematis dapat dinyatakan sebagai mv 2 dengan m 2 adalah massa benda dan v adalah kecepatan geraknya. Rumus ini tidak berlaku ketika sebuah benda bergerak dengan kecepatan cahaya atau mendekati kecepatan cahaya. Pada keadaan ini besarnya energi menurut Albret Einstein adalah mc2 dengan m adalah massa benda c adalah kecepatan cahaya (c = 3x108 m/sekon). Perumusan ini sering disebut kesetaraan massa dengan energi. Medan listrik mempunyai energi sebesar 2 Abdul Kadir, Energi, Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik, dan Potensi Ekonomi, (Jakarta: Universitas Indonesia, 1995), p. 26 3 David Halliday dan Robert Resnick, Fisika Jilid I, (Jakarta: Erlangga, 1985), p. 185.. SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. 764. 1 CV 2 dengan C adalah kapasitansi dan V adalah beda potensial, 2 1 sedangkan medan magnet mempunyai energi LI 2 dengan L adalah 2 induktansi dan I merupakan besar arus yang mengalir. Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena kedudukannya. Menurut Halliday dan Robert Resnick, tenaga potensial suatu sistem benda adalah usaha yang dapat dilakukan oleh sistem karena posisi relatif bagian-bagiannya, yaitu karena konfigurasinya.4 Berdasarkan teori kuantum, cahaya mempunyai energi foton yang besarnya sesuai dengan konstanta Planck yaitu sebesar h.f, dengan h adalah konstanta Planck (h=6,626.1034 joule.sekon) dan f adalah frekuensi cahaya. Menurut sistem internasional, energi mempunyai satuan joule (joule = kg.m2/s2). Satuan energi lain adalah elektron volt (eV). Satu elektron volt adalah perubahan energi yang dialami sebuah elektron yang yang berada pada medan listrik sehingga timbul tegangan 1 volt.. C. Energi Matahari Matahari merupakan sumber energi utama kehidupan. Sumber energi ini dapat langsung dimanfaatkan untuk pemanasan berupa pancaran langsung. Selain itu, efek tidak langsung dari pemancaran ini banyak sekali. Energi angin terjadi akibat dari udara di suatu tempat kena panas sehingga membuat tekanan berbeda dan mengakibatkan pergerakan udara dari tekanan tinggi (daerah lebih dingin) ke daerah yang tekanannya lebih rendah (daerah lebih panas). Energi air terjadi karena air di lautan dan di danau menguap akibat panas matahari dan naik ke langit menjadi awan dan turun di gunung dalam bentuk air sabagai hujan. Dengan adanya pengaruh gravitasi bumi, air mengalir melalui sungai menuruni lereng gunung menghasilkan potensi energi air. Panas laut terjadi akibat dari radiasi matahari diserap oleh air laut sehingga disimpan dalam air laut. Tumbuh-tumbuhan atau pepohonan dapat hidup karena mendapat zat-zat yang diperlukannya melalui air yang diperoleh dari tanah. Pada saat zat-zat itu diserap tumbuh-tumbuhan, daun menerima energi matahari dan gas CO2 untuk proses memasak (fotosintesis). Energi yang dierima oleh daun disimpan dalam bentuk batang dan dahan dan dibebaskan lagi bila kayu dibakar.5 Energi ini biasanya dikelompokkan ke dalam energi biomassa. 4. Ibid., p. 211. Secara normatif, hal ini antara lain dijelaskan dalam QS Yâsîn (36): 80, "Yaitu Allah yang telah menjadikan untukmu api dari kayu yang hijau yang kemudian kamu nyalakan api dari kayu itu." 5. SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. 765. Begitu juga batubara diperoleh dari timbunan pohon yang telah mengalami perubahan untuk waktu yang cukup lama. Energi matahari telah tersirat dalam Al-Qur’an, antara lain:.
‫و

ا   را و

ا  ا‬ “Dan Allah menciptakan padanya bulan sebagai cahaya dan menjadikan matahari sebagai pelita.” (Nûh [71]: 16)..

‫و


ا
وه‬ "Dan Kami jadikan [Matahari sebagai] pelita yang amat terang." (An-Naba’ [78] :13). Matahari sebagai pelita berarti dipermukaan matahari terdapat sumber energi yang dapat dinyalakan/dibakar sehingga energinya dapat sampai ke bumi. Energi matahari sampai ke bumi dalam bentuk radiasi gelombang elektromagnetik yang sampai ke bumi dalam bentuk radiasi panas. Energi matahari secara tradisional telah digunakan oleh umat manusia untuk pemanasan, pengeringan pakaian, pengeringan padi sebelum ditumbuk, pengawetan bahan makanan, dan lain sebagainya. Pada firman Allloh tersebut bahwa matahari sebagai pelita telah menarik perhatian para ilmuan untuk memikirkan bagaimana terjadinya sumber panas di matahari. Apakah dengan reaksi biasa atau dengan reaksi yang lain, sehingga energinya sangat besar dan tahan lama. Reaksi yang terjadi di matahari dapat dipelajari dari spektrum yang sampai ke bumi. Ternyata dari hasil analisis spektrumnya bahwa energi matahari yang sampai ke bumi terjadi akibat reaksi fusi (reaksi fusi adalah reaksi penggabungan inti-inti yang ringan menjadi inti yang lebih berat sehingga mengasilkan energi) inti hidrogen ( 11 H ) menjadi helium ( 24 He ) atau sering disebut daur proton-proton. Reaksi tersebut adalah sebagai berikut:6 1 1. H + 11H →12 H + e + + υ. Kemudian deuteron ( 12 H ) itu bergabung dengan proton untuk membentuk inti ( 23 H ): 1 1. H + 12H → 23 H + γ. 6. Arthur Beiser, Konsep Fisika Modern, 1987, (Jakarta: Erlangga, 1998), p. 505.. SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. 766. Akhirnya dua inti dua proton: 3 2. 3 2. H bereaksi sehingga menghasilkan inti 24 H ditambah. H + 23H → 24 H + 11H + 11H. Energi total yang dihasilkan adalah ( ∆m)c 2 dengan ∆m adalah perbedaan massa antara empat proton dan massa partikel alfa ditambah dengan dua positron, dan energi yang di bebaskan adalah 24,7 MeV (MeV= mega elektron volt, 1 eV setara dengan 1,6x10-19 joule) sehingga 24,7 MeV = 4x10-12 joule. Dari perhitungan ini berarti bahwa deretan reaksi tersebut harus terjadi 1038 kali tiap sekon. Sedangkan massa matahari sebesar 2 x 1030 kg dan bersesuaian dengan sekitar 1,2 x 1057 proton, empat diantaranya dipakai untuk pembentukan inti helium. Jadi banyaknya deretan reaksi yang mungkin terjadi adalah sekitar 3 x 1056 untuk energi total yang dilepaskan sebesar 1,2 x 1045 joule. Dengan daya keluaran matahari yang sekarang ini berarti umur paronya 1,2 x10 45 j = 3 x1018 sekon . Matahari berumur hanya sekitar 5 billiun 26 4 x10 W tahun, sehingga masih banyak bahan bakar matahari yang tersisa, sehingga umur matahari masih beberapa milzar tahun lagi masih cukup lama. Reaksi fusi yang berlangsung dengan sendirinya hanya terjadi pada kondisi temperatur dan tekanan yang sangat tinggi. Temperatur yang sangat tinggi memungkinkan bahwa inti yang bereaksi mempunyai energi yang cukup untuk mengalahkan gaya tolak-menolak listrik (gaya Coulomb) dan saling mendekati cukup dekat supaya persyaratan daur proton-proton atau daur multilangkah yang lain dipenuhi oleh sejumlah massa yang cukup besar seperti yang terdapat dalam matahari, karena waktu yang cukup panjang diperlukan antara fusi awal suatu proton dan tergabungnya menjadi partikel alfa. Teras matahari diperkirakan bertemperatur sekitar 1,5 x 107 K, sehingga cukup tinggi untuk memulai daur proton-proton. Menurut suatu perkiraan bahwa matahari tiap sekon menkonversi 5 ton materi menjadi energi yang dipancarkan ke angkasa luas sebanyak 6,41 x 107 W/m2. Matahari mempunyai radius 6,96 x 105 km dan terletak ratarata sejauh 1,496 x 108 km dari bumi. Dalam perjalanannya di ruang angkasa dalam kedinginan yang hampir mendekati nol absolut, yaitu sekitar 2 K (-271oC), bola bumi menerima sebagian kecil dari jumlah energi itu. Misalkan sebuah planet tanpa atmosfer mempunyai radius R dan menerima radiasi surya dari matahari.. SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. 767. Jika S merupakan padat/luminositas (merupakan energi yang dipancarkan tiap sekon) radiasi matahari, suatu jumlah energi E1 diterima oleh planet dan sebesar E2 diserap, yaitu sebanyak :7 E 2 = πR 2 S (1 − α ). E2 T2 R Planet. Radiasi Surya E1=1,2 kw/m2. Radiasi Infra merah Planet (E3). Gambar Pemanasan sebuah Planet oleh Matahari. Di mana : E1= energi yang diterima oleh palnet dari matahari E2= Energi yang diserap oleh planet R = radius atau jejari planet. S = padat/luminositas radiasi surya α = angka refleksi atau albedo permukaan planet. Energi E2 yang diserap akan menyebabkan suhu T dari planet akan naik. Pada gilirannya, planet yang hangat atau panas ini akan juga memancarkan sebagian energinya, yaitu sebesar E3 ke angkasa luas. Dengan demikian maka dapat ditulis: E1 = E 2 + E3. Dimana : E1= energi yang diterima dari matahari E2=energi yang diserap planet E3= energi yang dipancarkan oleh planet Dari hukum Stefan-Boltzman diketahui, bahwa pancaran energi karena suhu akan merupakan radiasi infra merah (infrared), yang persatuan luas dinyatakan dengan rumus εσT 4 dengan ε adalah angka pancaran 7. Abdul Kadir, Energi, p. 15.. SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

768. Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. (emissivity atau blackness untuk benda hitam sempurna harga ini sama dengan satu) dari permukaan, σ merupakan suatu konstanta dan T adalah suhu mutlak permukaan (suhu mutlak dengan satua kelvin). Dengan demikian persamaan energi dapat ditulis: E 3 = 4πR 2 εσT 4. Di mana : E3= energi yang dipancarkan oleh planet R = radius planet ε = angka pancaran atau kehitaman permukaan planet σ = konstanta Stefan-Boltzman yang besarnya 5,673 x 108 J/m2.det.K4 T = suhu mutlak permukaan planet. Keseimbangan akan tercapai bila E1=E3 dan dicapai suhu akhir T2. Dalam keadaan demikian maka akan berlaku:. πR 2 S (1 − α ) = 4πR 2εσT24 Atau dapat ditulis  S (1 − α )  T2 =   4εσ . 14. Di mana : T2= suhu akhir planet S = padat radiasi surya α = angka refleksi permukaan ε = angka pancaran permukaan σ = konstanta Ternyata besaran R tidak muncul pada persamaan, sehingga dapat disimpulkan bahwa besar planet tidak mempunyai pengaruh terhadap suhu permukaan. Bila bumi dianggap merupakan benda hitam yang mempunyai harga ε = 1 dengan α = 0,34 dengan radiasi surya sebesar 1.200 W/m2 maka diperoleh suhu akhir T2 sebesar: 1.200(1 − 0,34).10 8 T24 = 4 x5,673 Diperoleh besarnya T2= 243 K atau setara dengan -300C. Hal ini menggambarkan bahwa bumi akan menjadi dingin sekali seandainya tidak terdapat lapisan atmosfer yang bekerja sebagai semacam selimut. Lapisan SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. 769. ini tembus oleh radiasi matahari dan menyerap serta mengembalikan sebagian pancaran infra merah ke bumi, sehingga bumi menjadi lebih panas. Bila β merupakan fraksi dari energi pancaran yang dipantulkan kembali ke bumi maka perumusan E3 menjadi: E 3 = 4πR 2 εσ (1 − β )T 4. Sehingga rumus untuk suhu akhir T2 menjadi :  S (1 − α )  T2 =    4εσ (1 − β ) . 14. Dengan β adalah angka refleksi dari atmosfer. Dari rumus diatas, berapapun harga β positif akan mempertinggi harga T2 dari harga 243K. D. Pemanfaatan Energi Matahari Secara konvensional sejak bumi digelar, sebagai sumber utama energi di bumi adalah matahari. Manusia menggunakan energi matahari untuk pemanasan, pengeringan, dan mengkondisikan suhu bumi agar sesuai dengan suhu yang dibutuhkan oleh mahluk hidup. Pada pemanasan langsung ini dapat ditingkatkan dengan menggunakan pengumpul sinar (kolektor). Sinar matahari ini dikumpulkan pada kolektor sehingga diperoleh suhu yang lebih tinggi. Dengan menggunakan kolektor ini suhu yang diperoleh tidak melebihi 100oC, dan efektifitasnya rendah. Tumbuh-tumbuhan menggunakan energi matahari untuk memasak makanan (proses fotosintesis). Pada proses ini butir-butir hijau daun yang bekerja sebagai sel surya menyerap energi matahari dan mengkonversi dioksida karbon dengan air menjadi senyawa karbon, hidrogen dan oksigen. Hasil konversi itu disimpan dalam bentuk produk lain berupa kayu yang dapat langsung dibakar, batu bara, alkohol kayu dan lain sebagainya. Proses fotosintesis dengan media klorofil (zat hijau daun) dapat dituliskan sebagai: CO2 + H 2 O + E → C x ( H 2 O) y + O2. Di mana : E = energi cahaya CO2 = gas karbondioksida H2O = air Cx(H2O)y = hidrokarbon hasil fotosintesis SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. 770. O2. = oksigen. Hidrokarbon yang terjadi dapat berbentuk gula tebu atau gula bit yang mempunyai rumus senyawa C12H22O11 atau selulosa yang mempunyai rumus yang lebih kompleks berupa (C6H10O5)x. 1.. Konversi Surya Termis Elektris Suatu teknologi pembangkit listrik tenaga surya sederhana yang memanfaatkan konsentrator optik untuk pemanfaatan radiasi matahari, sebuah alat untuk menyerap energi yang dikumpulkan, suatu sistem pengumpul panas, dan sebuah mesin yang agak konvensional untuk pembangkit tenaga listrik.. Matahari. Boiler dan Generator. Menara Deretan Heliostat. Pembangkit Tenaga Listrik dengan Menggunakan Menara dan Deretan Heliostat. Alat ini sering disebut sebagai Konversi Surya Teknis Elektris (KSTE) atau dalam bahasa asing disebut Solar Themal Electric Conversion (STEC). Alat ini dibuat pertama kali di Meadi Mesir pada tahun 1920 dengan kapasitas 45 kW. Diperkirakan untuk sebuah unit KSTE dengan 100 MW listrik akan membutuhkan 12.000 buah heliostat, dengan permukaan refleksi masing-masing 40 m2, sebuah menara penerima setinggi 250 m, yang memikul sebuah penyerap untuk membuat uap bagi sebuah turbin selama enem jam sehari. Desain Pusat Listrik Tenaga Surya (PLTS) kini dilengkapi dengan sebuah boiler agar sentral listrik dapat bekerja siang dan malam. SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. 2.. 771. Konversi Energi Fotovoltaik Energi radiasi surya dapat diubah menjadi arus listrik searah (direct current) dengan mempergunakan lapisan-lapisan tipis dari silikon (Si) murni atau bahan semikonduktor lainnya. Energi ini banyak digunakan pada alatalat elektronik, alat transportasi, pesawat ruang angkasa, bahkan satelit buatan menggunakan energi surya denga sel fotovoltaik. Silikon dapat digunakan sebagai bahan semikonduktor dengan pemurnian minimal satu atom pengotor untuk 1010 atom silikon. Semikonduktor jenis ini disebut dengan semikonduktor intrinsik. Dalam struktur zat padat bahwa semikonduktor pada suhu rendah pita konduksi tidak terisi elektron, tetapi pada suhu kamar elektron dari pita valensi dapat berpindah ke pita konduksi karena mempunyai cukup energi dan dapat berfungsi sebagai pengahntar. Celah antara pita konduksi dengan pita valensi ini disebut dengan celah terlarang atau celah energi. Untuk bahan semikonduktor velah energi mempunayi besar 1,1 eV. Jika elektron pada pita valensi pindah ke pita konduksi maka terdapat sebuah kekosongan (hole) pada pita valensi, dan kekosongan ini dipandang sebagai muatan positif. Jika pada semikonduktor diberi medan listrik maka elektron akan tertarik ke arah berlawanan dengan arah medan listrik. Pada saat yang sama muatan positif (dalam hal ini lubang) akan bergerak ke arah berlawanan dengan arah gerak elektron.. Kelakuan elektron valensi ini dapat dibayangkan sebagai deretan kursi yang kosong pada bagian akhir. Jika orang berpindah ke kursi disebelahnya untuk mengisi kekosongan tersebut, maka kekosongan akan berpidah juga berlawanan dengan perpindahan orang. Begitu juga jika elektron valensi bergerak ke arah kanan maka lubang bergerak ke arah kiri. Daya hantar semikonduktor dapat dinaikkan dengan menyisipkan atom lain ke dalam semikonduktor tersebut. Proses pemasukan atom lain ini dinamakan doping atau pengotoran. Hasil yang diperoleh disebut semikonduktor ekstrinsik. Agar suatu bahan dapat digunakan sebagai pengotor (doping) maka harus mempunyai ukuran yang sama atau hampir sama dengan atom murni agar dapat menempati kisi-kisi pada atom murni dan tidak merusak susunan kristal. Selain itu memiliki elektron valensi yang berbeda satu dengan elektron valensi atom murni. Atom yang mempunyai elektron valensi empat (misalnya atom silikon) disisipi atom yang mempunyai elektron valensi lima (misalnya fosfor, arsenikum) akan diperoleh semikonduktor jenis N. Dari kelima elektron valensi ini hanya empat yang digunakan untuk membentuk ikatan valensi dengan atom silikon, sehingga mempunyai satu sisa elektron yang tidak terikat dengan atom lain. Elektron yang tidak terikat inilah sebagai mayoritas pembawa muatan. Jika kedalam silikon murni di disisipi atom yang memiliki elektron valensi tiga (misalnya indium) maka akan terdapat satu kekosongan SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

772. Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. elektron, karena hanya tiga atom elektron silikon yang digunakan berikatan dengan atom yang disisipkan, sehingga masih ada satu lubang (hole) dari atom silikon. Semikonduktor yang terbentuk disebut semikonduktor jenis P. Sambungan semikonduktor jenis P dengan semikonduktor jenis N (Sambungan P-N) menjadi dasar untuk pembuatan diode yang banyak ditemukan pada peralatan elektronik. Dalam semikonduktor jenis P terdapat banyak kekosongan (hole) yang menjadi pembawa muatan mayoritas sedangkan pada semikonduktor jenis N terdapat banyak elektron sebagai pembawa muatan mayoritas. Jika kedua jenis kristal semikonduktor tersebut disambungkan, maka terjadi sepotong kristal dari dua jenis semikonduktor. Sesaat setelah kedua semikonduktor disambungkan akan terjadi perpindahan pembawa muatan. Elektron pembawa muatan mayoritas di semikonduktor jenis N akan mengalir ke daerah semikonduktor jenis P. Begitu sampai pada semikonduktor jenis P elektron segera mengisi lubang (hole) yang ada di daerah sambungan sehingga daerah tersebut bebas dari pembawa muatan. Pada saat yang bersaman juga terjadi difusi lubang (hole) dari semikonduktor jenis P ke semikonduktor jenis N. Lubang tersebut akan menangkap elektron yang berada di semikonduktor jenis N sehingga daerah sambungan menjadi daerah yang bebas pembawa muatan mayoritas. Semikonduktor jenis P semula bersifat netral, tetapi dengan adanya elektron yang berasal dari semikonduktor jenis N daerah sambungan menjadi bermuatan negatif. Begitu juga semikonduktor jenis N yang semula netral dengan terdifusinya lubang dari semikonduktor jenis P menyebabkan daerah sabungan bermuatan positif. Difusi elektron dan lubang ini akhirnya terhenti karena elektron dan lubang tersebut harus melawan medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan positif dan muatan negatif di daerah sambungan. Daerah sambungan yang bebas oleh pembawa muatan mayoritas disebut sebagai daerah pengosongan (depletion layer) atau lapisan penghalang (barrier layer).. SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. Bahan jenis P N. Bahan jenis. Bahan jenis N. Bahan jenis P. Lubang bergerak melewati sambungan. 773. + + + + +. Tegangan Sambungan / Lapisan Penghalang. Elektron bergerak melewati sambungan. Gambar Sambungan P-N dan Pembentukan tegangan sambungan. Medan listrik yang timbul dalam daerah sambungan ini mempunyai efek sama dengan adanya tegangan pada daerah pengosongan. Tegangan tersebut mengakibatkan terhentinya difusi elektron dan lubang, yang disebut sebagai tegangan sambungan (junction voltage). Jika sambungan P-N itu terkena sinar matahari, maka tiap foton radiasi yang memiliki energi yang melebihi 1,1 eV dapat menghasilkan suatu pasangan elektron-lubang dalam hablur silikon. Pasangan-pasangan elektron-lubang agak terpisah tempatnya, sedemikan hingga daerah P akan memiliki muatan positif terhadap daerah N, dan terdapat perbedaan potensial antara kedua apitan A dan B. Jika kedua daerah dipasang sebuah beban R maka akan mengalir arus listrik I. Dengan demikian terdapat secara langsung suatu konversi elektronika antara radiasi matahari yang masuk dan energi listrik yang dihasilkan antara kedua apitan A dan B. A Radiasi Matahari. Radiasi Matahari. A. P. P. N. N. I. B B Gambar Skema Sambungan P-N. SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006. R.

774. Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. Di daerah N terdapat banyak elektron. Sebaliknya di daerah P hanya sedikit. Elektron di daerah N memiliki kecenderungan untuk bergerak, dan karena sifat sembarang arah disebabkan getaran termal, terdapat kecenderungan untuk memasuki daerah P dari kristal tunggal. Hal ini tidak dapat terjadi karena terdapat suatu kendala pada perbatasan N-P berupa perbedaan kontak antara potensial jenis N dan jenis P. Dengan demikian elektron-elektron mendapatkan suatu halangan potensial pada sambungan, dan hanya elektron-elektron yang memiliki energi cukup saja yang yang dapat melampaui halangan potensial itu. Dalam keadaan seimbang tidak terdapat suatu arus ke salah satu arah. Halangan ini yang merupakan ambang, dan dapat diatasi dengan dipergunakan suatu sumber tegangan dari luar. Tegangan ini akan menurunkan tinggi ambang. Hal ini memungkinkan lebih banyak elektron untuk lewat sehingga dapat mengalir suatu arus listrik yang lebih besar. Dapat dikatakan bahwa arus tersebut berbanding lurus eksponensial dengan besar tegangan. Tetapi bila pemasangan tegangan itu terbalik justru mempertinggi ambang tegangan pada sambungan P-N. 3.. Pusat listrik tenaga surya satelit Menurut pemikiran ini pusat listrik tenaga surya satelit (PLTSS) itu mentransmisikan energi yang diterimanya ke sebuah stasiun tertentu yang terletak dipermukaan bumi, untuk dikonversi menjadi listrik. Sel-sel surya pada PLTSS mengubah energi matahari menjadi energi listrik, yang kemudian diubah lagi menjadi energi dalam bentuk gelombang mikro (microwave) atau laser. Energi gelombang mikro atau laser itu diterima oleh sebuah stasiun bumi, yang kembali mengubahnya menjadi energi listrik, untuk selanjutnya ditransmisikan dan didistribusikan.. SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

Radiasi matahari. Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. 775. Satelit surya. Pancaran gelombang mikro. Orbit sinkron bumi STASIUN PENERIMA DI BUMI. Skema satelit surya yang diperkirakan dikemudian hari. Riset pengembangan ini secra intensif dilakukan oleh Department of Energy di amerika serikat dan National Aeronatics and Space Administration (NASA), yang mempelajari pembuatan sebuah PLTSS raksasa dengan daya 5 giga watt. Dalam PLTSS ini sel surya dijajarkan pada suatu tempat seluas 60 km2 yang akan menangkap sebanyak 800 juta kW daya matahari. Dengan effisiensi 20% maka 160 juta MW yang dapat ditransmisikan ke bumi. Dalam teknologi ini stasiun yang ada di bumi mempunyai antena penerima khusus, berbentuk ellips, yang menyearahkan. Antena ini dinamakan rektana (receiving-rectifiying antenna, rectenna). Dengan areal sekitar 40 km2 stasiun bumi akan dapat menkonversikan 5 sampai 10 MW daya listrik. Energi matahari yang diterima oleh sel-sel surya diubah menjadi energi listrik arus searah. Energi listrik itu perlu disesuaikan sebelum dimasukkan ke dalam generator gelombang mikro. Sebagian dari energi yang terbuang di generator, dapat diolah kembali untuk meningkatkan daya guna (effisiensi). Antena mengirimkan pancaran gelombang mikro ke satelit bumi, yang diterima oleh rektena, supaya penerimaan energi dari angkasa itu tepat pada arah pemancarnya. Melalui satelit bumi energi yang diterima oleh rektena dikonversi menjadi energi listrik dan dimasukkan ke jaringan. Tetapi dalam pembangunan PLTSS ini masih banyak kendala, yaitu pengaruh lingkungan disebabkan transmisi gelombang mikro yang mungkin memakai frekuensi sekitar 2,45 GHz yang menyangkut : a. Interferensi pada gelombang radio. SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

776. Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. b.. Pemanasan setempat ionosfer yang akan mengganggu hubungan satelit komunikasi lain yang ada. c. Pancaran gelombang mikro itu dapat mempunyai efek biologis yang kurang baik. Pemancaran gelombang mikro dengan daya 5 MW mungkin sekali tidak akan dilewati oleh sebuah pesawat terbang tanpa pesawat tersebut menjadi hancur. Mka PLTSS masih sebatas pada pemikiran, karena kendala yang belum bisa teratasi. 4.. Kolam Surya Kolam surya dapat dibuat dengan dua lapisan air yang berbeda kerapatannya. Air yang mempunyai kadar garam tinggi atau lebih rapat akan mampu menyimpan panas yang cukup tinggi. Hal ini banyak terdapat di laut mati (daerah Timur Tengah). Air yang lebih rapat berada di bawah sehingga bagian bawah dari dua lapisan itu akan mempunyai suhu yang lebih panas. Air panas diambil dari bagian bawah kolam surya dan dibawa ke alat penukar panas. Kemudian air menguapkan fluida yang mempunyai titik didih sangat rendah seprti gas freon atau amonia. Gas freon yang telah mendapat panas ini kemudian memutar turbin dan turbin inilah yang mengerakkan generator listrik. Gas freon yang meninggalkan turbin kemudian dicairkan kembali pada sebuah kondensor yang didinginkan dengan air dingin yang di ambil dari lapisan atas kolam surya, setelah dipompa kembali ke permukaan penukar panas untuk diuapkan lagi. Dengan demikian maka siklus berulang kembali. 5.. Cerobong surya Energi matahari yang mencapai bumi dengan luminositas sekitar 1,2 kW/m2, sebagian diserap oleh atmosfer, sebagian dipantulkan kembali ke ruang angkasa, dan diperkirakan hanya 47 % (atau 0,56 kW/m2) yang diserap oleh bumi. Dalam keadaan tunak (steady state) energi ini dipancarkan kembali oleh bumi ke atmosfer dalam bentuk sinar infra merah (sinar infra merah merupakan sinar yang mempuanyi effek panas). Energi yang dipancarkan bumi ini dimanfaatkan untuk pemanasan rumah kaca (greenhouse) untuk memelihara tanaman di musim dingin. Gejala ini sering disebut efek rumah kaca (greenhouse effect). Prinsip effek rumah kaca ini dimanfaatkan untuk membuat instalasi cerobong surya. Sebidang tanah ditutup dengan suatu lapisan plastik, sehingga energi panas yang keluar dari permukaan tanah dimanfaatkan untuk memanaskan udara antara tanah dengan lapisan plastik. Udara yang telah dipanaskan tersebut dialirkan melalui cerobong, dan agar terjadi aliran udara yang terusmenerus perlu dialirkan udara memasuki aliran udara panas tersebut. Kemudian didalam cerobong disediakan kipas yang dapat berputar dan SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. perputarannya digunakan untuk membangkitkan energi listrik.. memutar. generator. 777. untuk. E. Kesimpulan Matahari sebagai sumber utama energi yang berada di bumi melalui radiasinya, baik untuk pemanasan langsung, pengeringan, fotosintesis, sumber pembangkit tenaga listrik baik menggunakan kolektor-kolektor maupun sel Fotovoltaik. Energi yang ada sekarang ini seperti minyak bumi, batu bara, energi air, energi angin, energi nuklir semua berasal dari satu sumber yang tidak langsung dari matahri. Energi yang sudah ada seperti minyak bumi semakin lama-semakin habis. Energi matahari merupakan energi alternatif di masa mendatang bila energi minyak dan gas bumi nanti habis. Oleh karena itu perlu dipersiapkan untuk masa yang akan datang untuk mencukupi kebutuhan energi bagi kehidupan manusia. Disamping itu kita perlu hemat energi, menggunakan energi yang memang perlu saja, serta mengoptimalkan pemakaian energi yang sudah ada. Bisa dibayangkan jika pada suatu saat energi habis maka kehidupan akan lumpuh total. Dapat dikatakan bahwa hari akhir adalah musnahlah semua energi materi di alam ini.. SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.

778. Murtono: Energi Matahri dan Pemanfaatannya bagi Kehidupan. Daftar Pustaka Beiser, Arthur, Konsep Fisika Moderen, Jakarta: Erlangga, 1987. Halliday, David dan Robert Resnick, Fisika Jilid 1, Jakarta: Erlangga, 1985. Kadir, Abdul, Energi, sumber daya, inovasi, tenaga listrik, dan Potensi Ekonomi, Jakarta:UI-Press, 1995. Kittel, Charles, Introduction to Solid State Physics, Sixth Edition, John Wiley & Sons, 1986. Krane, Kenneth, Fisika Moderen, Jakarta: UI-Press, 1992. Meyerof, Walter E., Elements of Nuclear Physics, McGraw-Hill, 1989. Ohring, Milton, The Materials Science of Thin Film, Academic Press: Tokyo, 1991. Searns, Francis W. and Gerhard L Selinger, Thermodinamics, Kinetic Theory, and Statistical Thermodinamics, Sydney:Adison Wesley, 1975. Sulasno, Pusat Pembangkit Tenaga Listrik, Semarang: Satya Wacana, 1993. Vanvlack, Lawrence H., Ilmu dan Teknologi Bahan, Jakarta: Erlangga, 1992. Wardhana, Wisnu Arya, Al Qur’an dan Energi Nuklir, Yogyakarta: Putaka Pelajar, 2004. Wardhana, Wisnu Arya, Aplikasi Teknologi Nuklir, Yogyakarta: Putaka Pelajar, 1987.. SOSIO-RELIGIA, Vol. 5 No. 4, Agustus 2006.