BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi mempunyai peranan yang penting terhadap kehidupan manusia. Ditinjau dari sudut penyediaannya, sumber energi dari bumi dapat dikelompokkan dalam 2 jenis yaitu energi terbarukan atau energi non fosil dan energi tak terbarukan atau energi fosil seperti minyak bumi, batu bara dan gas alam. Energi terbarukan adalah sumber energi yang dihasilkan dari sumber daya energi yang secara alammiah tidak akan habis dan dapat berkelanjutan jika dikelola dengan baik, antara lain: energi panas bumi, energi matahari, biofuel, aliran air sungai, panas surya, angin, biomassa, biogas, ombak laut dan suhu kedalaman laut.
Energi fosil khususnya minyak bumi, merupakan sumber energi utama Negara . Penggunaan energi di Indonesia meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk. Terbatasnya sumber energi fosil menyebabkan perlunya pengembangan energi terbarukan. Yang dimaksud dengan energi terbarukan di sini adalah energi non-fosil yang berasal dari alam dan dapat diperbaharui. Bila dikelola dengan baik, sumber daya itu tidak akan habis.
Pemanfaatan energi terbarukan di Indonesia dapat digolongkan dalam tiga kategori. Yang pertama adalah energi yang sudah dikembangkan secara komersial, seperti biomassa, panas bumi dan tenaga air. Yang kedua adalah energi yang sudah dikembangkan tetapi masih secara terbatas, yaitu energi surya dan energi angin. Dan yang terakhir adalah energi yang sudah dikembangkan, tetapi baru sampai pada tahap penelitian, misalnya energi pasang surut.
Energi panas matahari merupakan salah satu energi yang potensial untuk dikelola dan dikembangkan lebih lanjut sebagai sumber cadangan energi terutama bagi negara-negara yang terletak di khatulistiwa termasuk Indonesia, dimana matahari bersinar sepanjang tahun. Untuk memanfaatkan potensi energi surya ada dua macam teknologi yang sudah diterapkan, yaitu energi surya fotovoltaik dan energi surya fototermik.
Memasak menjadi suatu kegiatan rutin dalam kehidupan manusia. Kompor tenaga surya dapat menjadi alat memasak alternatif yang dapat digunakan oleh penduduk yang mengalami kesulitan akses terhadap kompor gas, listrik, minyak tanah dan kayu bakar.
dilakukan secara tradisional. Para petani dan nelayan di Indonesia memanfaatkan energi surya untuk mengeringkan hasil pertanian dan perikanan secara langsung. Karena jika memakai mesin pengering maka akan memakan biaya yang mahal.
1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan 1. Tujuan
a) Mengetahui manfaat energi surya melalui teknologi energi surya termal (Phototermic) bagi kehidupan khususnya pada kegiatan memasak dan mengeringkan hasil pertanian.
b) Mengetahui cara kerja dari alat pemasak dan pengering hasil pertanian yang memanfaatkan energi surya.
2. Manfaat
a) Mendapatkan salah satu solusi mengurangi pemakaian energi fosil dalam kehidupan sehari-hari.
b) Mengenal beberapa aplikasi teknologi energi surya termal dan cara kerja masing-masing alat.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Energi Surya
Energi surya adalah energi yang didapat dengan mengubah energi panas surya (matahari) melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk lain. Untuk memanfaatkan potensi energi surya tersebut, ada dua macam teknologi yang sudah diterapkan, yaitu teknologi energi fototermik dan energi surya fotovoltaik. Energi surya fototermik atau energi surya termal pada umumnya 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 pendingini.
2.2 Energi Surya non-photovoltaic (Energi surya termal)
Surya termal adalah teknologi yang mengubah radiasi matahari menjadi energi panas dengan menggunakan alat pengumpul panas atau yang biasa disebut Kolektor surya.
1. Kolektor Surya
Kolektor surya merupakan piranti utama dalam system surya termal yang berfungsi mengumpulkan dan menyerap radiasi sinar matahari dan mengkonversinya menjadi 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 pada berbagai aplikasi yang membutuhkan panas. Kolektor surya yang pada umumnya memiliki komponen-komponen utamaii, yaitu
a) Cover, berfungsi untuk mengurangi rugi panas secara konveksi menuju lingkungan
b) Absorber, berfungsi untuk menyerap panas dari radiasi cahaya matahari. c) Kanal, berfungsi sebagai saluran transmisi fluida kerja.
d) Isolator, berfungsi meminimalisasi kehilangan panas secara konduksi dari absorber menuju lingkungan
e) Frame, berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor 2. Tipe Kolektor Surya
Kolektor surya dapat dibuat dalam berbagai bentuk dan ukuran tergantung pada aplikasi yang dibutuhkan.
a) Kolektor Surya Plat Datar
dengan suhu operasi yang cukup rendah yaitu dibawah 80oC. Ciri khas kolektor pelat datar adalah berupa kotak logam/baja terisolasi yang memiliki pelat penyerap (absorber) berwarna hitam dan ditutupi oleh laisan kaca/plastic transparan dan kemudian mentransfernya ke fluida cair atau udara. Keuntungan kolektor surya jenis ini adalah tidak membutuhkan biaya yang tinggi dan dapat menerima radiasi surya langsung maupun radiasi sebaran.
Gambar 1 – Bentuk umum pemanas air dengan kolektor plat datar Cara kerjanya Kolektor plat datar untuk pemas air adalah ketika pagi hari air dipompa dari sumur ke tangki penyimpan hingga penuh. Kemudian saat matahari bersinar, pompa dibawah kolektor dihidupkan untuk menggerakkan fluida kerja. Fluida kerja yang bersirkulasi tersebut akan mentransfer kalor dari kolektor ke tangki penyimpan air. Setelah sore hari maka air hangat dari tangki penyimpan dapat digunakan untuk mandi atau keperluan yang lainiii.
sebagian lagi akan diserap oleh pelat penyerap. Radiasi yang dipantulkan ke penutup beberapa akan dipantulkan kembali ke pelat penyerap, sehingga terjadi pemantulan berulang. Radiasi yang diserap olep pelat penyerap, akan dirubah menjadi energi panas dan ditransmisikan ke fluida kerja yang mengalir di bawah pelat penyerapiv.
b) Kolektor Tabung Hampa
vPenemuan yang paling kontemporer di abad 21 adalah pemanas air dengan kolektor penyerap panas Sistem Tabung Vacuum yang sangat sensitif (cepat) menyerap panas dan sangat efisien menyimpan panas. Tabung vacuum terdiri dari dua tabung kaca yang membentuk lapisan. Tabung lapisan dalam dilapisi dengan lapisan penyerap terbaik yang menyerap energi surya dengan sempurna dan menahan pembuangan panas. Antara dua lapisan tersebut terbentuk suatu ruang vacuum (hampa udara), yang dapat meminimalisasi pembuangan panas. Tabung-tabung ini bekerja sangat baik dalam segala kondisi cuaca bahkan pada saat mendung dan temperatur rendah (bersalju). Tabung ini terbuat dari 100% kaca borosilicate (pyrex). Penyerapan panas pada sistem tabung vacuum diterima secara radiasi. Sehingga, persentase kehilangan panas sangat kecil.
Gambar 3 – Kolektor Surya Tabung Hampa c) Kolektor Parabola / Konsentrator
Gambar 4 – Kolektor Parabola/Konsentrator
2.3 Pentingnya Manfaat Energi Surya Termal untuk Pemasak dan Pengering Hasil Pertanian
1. Untuk Pemasak
Kompor surya sangat menguntungkan bagi keluarga yang setiap hari memasak dengan menggunakan kompor. Dengan menggunakan kompor surya ini maka kebutuhan akan energi fosil dan energi listrik untuk memasak dapat dikurangi. 2. Untuk Pengering Hasil Penelitian
Hal ini biasanya dilakukan petani di desa-desa daerah tropis dengan menjemur hasil panennya dibawah terik sinar matahari. Cara ini sangat menguntungkan bagi para petani karena mereka tidak perlu mengeluarkan biaya untuk mengeringkan hasil panennya. Berbeda dengan petani di negara-negara empat musim yang harus mengeluarkan biaya untuk mengeringkan hasil panennya dengan menggunakan oven yang menggunakan bahan bakar fosil maupun menggunakan listrikvi.
2.4 Mekanisme Kerja Alat Pemasak dan Pengering Hasil Pertanian dengan Energi Surya Termal
1. Kompor Surya
Ketergantungan masyarakat pedesaan terhadap kebutuhan bahan bakar seperti minyak tanah, gas dan dan kayu bakar untuk memasak dapat diatasi dengan memanfaatkan kompor/oven surya. Kompor surya adalah salah satu bentuk kolektor surya yang digunakan sebagai perangkat memasak.
Secara umum kompor surya dibedakan atas beberapa tipe, yaitu a) Kompor Surya Tipe Kotak
Kompor surya tipe ini berbentuk kotak kedap udara dengan interior berwarna gelap dan penutup bagian atas yang terbuat dari kaca/cermin untuk menjebak panas matahari didalam kotak. Prinsip kerjanya sama dengan kolektor surya pelat datar. Kompor tipe ini disebut juga oven surya karena bentuknya menyerupai oven.
Gambar 5 – Kompor Surya Tipe Kotak
masih dapat mematangkan makanan dalam waktu yang lebih lama. Makanan yang mengandung air tidak akan dapat mencapai panas lebih dari 100°C. Kompor juga dapat digunakan untuk menghangatkan makanan dan minuman serta untuk mempasturisasi air dan susu. Karena tidak dapat mencapai temperatur yang tinggi, makanan dapat dimasak sepanjang hari tanpa khawatir menjadi hangus. Kelebihan oven suryavii : tidak menghasilkan asap sehingga pemakaian kompornya sama sekali tidak membahayakan kesehatan orang yang sedang memasak, apalagi kecelakaan seperti kebakaran atau ledakan gas dan sebagainya, bisa memasak beberapa makanan sekaligus, ringan dan portable, mudah pengoperasian dan perawatannya, bisa menyimpan makanan hangat hingga malam, mudah dibuat dan bahan untuk membuatnya terjangkau. Kelemahan oven surya : proses memasak dibutuhkan 2 sampai 3 kali lebih lama daripada kompor minyak, lamanya tergantung pada awan dan penyinaran matahari, tidak bisa digunakan untuk menggoreng dan memanggang.
b) Kompor Surya Tipe Parabola
Gambar 6 – Kompor Surya Tipe Parabola
Prinsip kerja kompor parabola ini mirip dengan kolektor parabola/konsentrator. Kompor parabola terdiri atas sekumpulan cermin pemantul yang disusun berbentuk para bola dan dilengkapi dengan tempat panci di titik focus parabola yang berfungsi sebagai receiver. Cermin parabola akan memfokuskan sinar radiasi surya ke arah panic untuk memasak makanan yang ada di dalam panic. Kompor jenis ini biasanya digunakan untuk memasak dalam skala besar. Kolektor parabola berukuran 1.25 m2 dapat memasak 1 liter air selama lebih kurang 15 menit. Energi yang dihasilkan setara dengan daya 350 W pada hari cerah. Kelebihan kompor surya parabola antara lain proses memasak cepat, bisa memasak hampir semua jenis makanan dan bisa untuk memanggang.
Energi panas yang digunakan untuk menaikkan temperature dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikutviii :
Qu = m x Cp x t
Dengan Qu adalah besar energi panas yang dimanfaatkan oleh kolektor surya (J), m adalah massa zat yang masuk ke kolektor (kg/s), Cp merupakan kalor
jenis zat (J.Kg/oC) dan t adalah perubahan temperatur (oC).
Energi radiasi matahari yang diterima kolektor dapat ditentukan dengan persamaan berikut :
Qradiasi = I x Akolektor
Dengan I adalah intensitas radiasi matahari (W/m2) dan A merupakan luas permukaan kolektor (m2).
Dari kedua persamaan di atas maka efisiensi kompor surya tipe kotak dapat di hitung dengan menggunakan persamaan berikut :
Dengan adalah efisiensi kompor surya (%) 2. Pengering Tenaga Surya
Energi surya dapat dimanfaatkan untuk mengeringkan hasil-hasil pertanian. Pada dasarnya, prinsip kerja pengering tenaga surya terbagi menjadi dua yaitu;
1) Pengeringan secara langsung
Pengeringan dengan cara langsung dimana produk yang akan dikeringkan langsung menerima paparan sinar matahari. Contoh teknologi ini antara lain : a. Rak terbuka (penjemuran tradisional)
b. Rak tertutup (efek rumah kaca)
c. Boks yang diisolasi dan dilengkapi dengan bahan penyerap (menggunakan prinsip kolektor surya plat datar)
Gambar 7 – Sistem Pengering Surya secara Langsung 2) Pengeringan secara tidak langsung
Gambar 8 – Sistem Pengering Surya secara Tidak Langsung 3) Efisiensi Pengering Surya
Efisiensi pengeringan pada hasil pertanian (diambil dari hasil penelitian oleh Ismail Thamrin dan Anton Kharisandi) dinyatakan sebagai perbandingan kalor yang digunakan untuk pengupan kandungan air dari ubi kayu terhadap energi radiasi surya yang tiba di alat pengeringix. Kalor yang digunakan untuk pengeringan kandungan air dari ubi kayu dinyatakan :
Qe = (mb – mk) hfg Dimana :
mb = massa ubi kayu yang akan dikeringkan (kg) mk = massa ubi kayu yang sudah dikeringkan (kg)
hfg = entalpi penguapan pada temperatur rata-rata (KJ/Kg)
Energi radiasi yang tiba di alat pengering dinyatakan dalam persamaan : Qrs = A . Ir . t
Dimana :
A = luas pelat kolektor (m2)
Ir = Intensitas radiasi matahari (W/m2)
t = selisih antara waktu akhir pengeringan dengan waktu awal pengeringan (s) sehingga persamaan efisiensi pengeringan dapat ditulis sebagai berikut :
p
= (Q
e/Q
rs) x 100%
Hasil dari penelitian yang telah dilakukan oleh Ismail Thamrin dan Anton Kharisandi adalah sebagai berikut :
a) Alat pengering ini dalam segi penangkapan sinar matahari dapat dikatakan cukup baik.
b) Efisiensi pengeringan tertinggi terjadi pada rak I yaitu sebesar 17,33 % dan yang terendah sebesar 9,46 % yang terjadi pada rak V, dengan efisiensi keseluruhan alat pengering ini yaitu sebesar 61,47 %
c) laju pengeringan akan lebih cepat pada terjadi pada rak I yaitu sebesar 1,89 gram/menit dibandingkan dengan rak lainnya dan yang terendah pada rak V sebesar 0,73 gram/menit
2.5Kelebihan dan Kekurangan Energi Surya Termal dibandingkan dengan Energi Sel Surya (Photovoltaic)
a) Aplikasi teknologi energi surya termal mudah ditemukan di pasaran dibandingkan energi sel surya yang masih impor.
b) Harganya lebih ekonomis dibandingkan dengan energi sel surya c) Bisa dibuat sederhana oleh masyarakat (cth : Kompor surya)
d) Bahan dan material yang dibutuhkan cukup murah dan mudah ditemukan 2. Kekurangan
a) Teknologi energi surya termal untuk memasak dan mengeringkan hasil pertanian masih sangat terbatas. Akan tetapi, sebagai pemanas air, energi surya termal sudah mencapai tahap komersial. Teknologi surya termal masih belum berkembang karena sosialisasi ke masyarakat luas masih sangat rendah
BAB III PENUTUP
A. Kesimpulan
Ditinjau dari sudut penyediaannya, energi dapat dikelompokkan menjadi energi terbarukan dan energi tak terbarukan (fosil) seperti minyak, gas dan batu bara. Energi terbarukan adalah sumber energi yang secara alamiah tidak akan habis dan berkelanjutan jika dikelola dengan baik seperti energi surya, energi angin, aliran air sungai, ombak laut, panas bumi dan suhu kedalaman laut. Untuk memanfaatkan potensi energi surya ada dua macam teknologi yang sudah diterapkan, yaitu energi surya fotovoltaik (PV) dan energi surya fototermik (surya termal).
Energi surya termal merupakan salah satu energi terbarukan yang diperlukan bagi masyarakat karena memiliki keunggulan-keunggulan dan dapat mengurangi pemakaian energi fosil yang saat ini semakin berkurang. Energi surya termal berfungsi menyerap panas dari radiasi matahari melalui kolektor surya. Energi surya termal sangat berguna bagi kebutuhan rumah tangga seperti memasak dan juga bagi pertanian yang salah satu teknologinya dapat membantu mengeringkan hasil-hasil pertanian. Energi surya termal dapat dijangkau daripada energi sel surya karna harganya yang ekonomis dan juga salah satu teknologinya bisa dibuat sendiri di rumah yaitu kompor surya tipe kotak. Teknologinya bertahan lama sampai 25 tahun dan cara merawat teknologi tersebut juga mudah.
B. Saran dari Penulis
Kebutuhan akan energi dalam tahun kedepan akan semakin meningkat untuk itu energi alternatif diperlukan sebagai cadangan energi mengingat energi fosil misalnya minyak bumi yang semakin berkurang, bisa jadi energi fosil dalam tahun-tahun kedepan tidak dapat memenuhi kebutuhan energi dunia. Sebaiknya, teknologi energi terbarukan ini disosialisasikan secara global agar masyarakat mengetahui bahwa masih ada energi lain yang dapat menggantikan energi fosil.
C. Saran dari Juri tingkat propinsi
1. Meneliti tentang efisiensi pengering surya hasil pertanian atau mengambil hasil penelitian yang telah diteliti sebelumnya tentang efisiensi pengering surya hasil pertanian.
DAFTAR PUSTAKA
Duffie, John A. dan Beckman, William A, 1991, Solar Engineering of Thermal Processes, John Willey dan Sons, Inc New York
Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM). 2010. Pemanfaatan Energi Surya di Indonesia. Ditjen LPE-ESDM.
Ismail Thamrin, Anton Kharisandi. 2011. Rancang bangun alat pengering ubi kayu tipe rak dengan memanfaatkan energi surya. Palembang : Prosiding Seminar Nasional
Made Sucipta, I Made Suardamana, Ketut Astawa. 2010. Analisis Performa Kolektor Surya Pelat Bersirip dengan Variasi Luasan Permukaan Sirip. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin
Matilda M. Gati dkk. 2006. Desain Kolektor Plat Datar untuk Pemanas Air. Makalah Energi Surya
Marwani. 2011. Potensi Penggunaan Kompor Energi Surya untuk Kebutuhan Rumah Tangga. Palembang : Prosiding Seminar Nasional ke 3
Petra Widmer. 2006. Pangan, Papan dan Kebun berguna. Yogyakarta : Kanisius
Dari Internet :
Intisolar.com. 2010. Tipe Kolektor Pemanas Air.
http://www.intisolar.com/pemanas_air/tipe_kolektor_pemanas_air_tenaga_matahari.html (Diakses 07102012 pukul 12.33 PM)
i Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM). 2010. Pemanfaatan Energi Surya di Indonesia. Ditjen
LPE-ESDM.
ii Duffie, John A. dan Beckman, William A, 1991, Solar Engineering of Thermal Processes, John Willey dan
Sons, Inc New York.
iii Matilda M. Gati dkk. 2006. Desain Kolektor Plat Datar untuk Pemanas Air. Makalah Energi Surya. iv Made Sucipta, I Made Suardamana, Ketut Astawa. 2010. Analisis Performa Kolektor Surya Pelat Bersirip
dengan Variasi Luasan Permukaan Sirip. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin
v Intisolar.com. 2010. Tipe Kolektor Pemanas Air.
http://www.intisolar.com/pemanas_air/tipe_kolektor_pemanas_air_tenaga_matahari.html (Diakses 07102012 pukul 12.33 PM)
vi Mhharismansur. 2012. Berbagai Aplikasi Energi Matahari.
http://tanjungsyam.blogspot.com/2012/07/berbagai-aplikasi-energi-matahari.html (Diakses 07102012 pukul 01.33 PM)
vii Petra Widmer. 2006. Pangan, Papan dan Kebun berguna. Yogyakarta : Kanisius
viiiMarwani. 2011. Potensi Penggunaan Kompor Energi Surya untuk Kebutuhan Rumah Tangga.
Palembang : Prosiding Seminar Nasional ke 3
