MATAHARI sebagai SUMBER ENERGI
Matahari merupakan suatu bola gas yang pijar dan ternyata tidak berbentuk bulat betul. Matahari mempunyai fungsi dan manfaat yang sangat penting bagi bumi. Energi pancaran matahari telah membuat bumi tetap hangat bagi kehidupan, membuat udara dan air di bumi bersirkulasi, dan banyak hal lainnya. Matahari juga merupakan sumber energi (sinar panas) terbesar di bumi. Energi yang terkandung dalam batu bara dan minyak bumi sebenarnya juga berasal dari matahari. Matahari juga mengontrol stabilitas peredaran bumi yang juga berarti mengontrol terjadinya siang dan malam, tahun serta mengontrol planet-planet lainnya. Tanpa matahari, sulit dibayangkan kalau akan ada kehidupan di bumi. Karena berkat adanya sinar matahari, dunia ini menjadi hidup karena sinar matahari memberikan energi pada semua mahluk bumi. Pemanfaatan sumber energi matahari sudah digunakan orang sejak dahulu. Panas Matahari biasa digunakan untuk mengeringkan cucian, mengeringkan hasil bumi, pertanian dan masih banyak lagi. Berikut beberapa contoh matahari sebagai sumber energi bagi berlangsungnya kehidupan, antara lain :
1. Untuk Pemanas Air
(Alat Pemanas air tenaga matahari)
2. Untuk Pembangkit Listrik
Selain untuk pemanas air, cahaya matahari mempunyai potensi yang dapat dirubah menjadi energi listrik. Alat yang digunakan untuk merubah cahaya matahari menjadi listrik ini adalah panel surya / solar sel. Teknologi Solar Energy yang umum saat ini yaitu solar cell, terdiri dari beberapa komponen utama yaitu panel surya sebagai penerima radiasi matahari, baterai tempat penyimpanan listrik, dan alat pengotrol pengubah energi matahari menjadi energi listrik. Prinsip dasar dari solar cell ini cukup sederhana, yaitu mengubah energi dari matahari menjadi energi listrik yang bisa dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Sumber energi yang digunakan berasal dari matahari yang tak akan pernah habis sampai akhir zaman, sehingga dapat dikatakan sumber energi matahari adalah ‘ sumber energi yang kekal abadi’ bagi kita.
Solar sel ini terbuat dari bahan dasar utama berupa silikon melalui proses yang rumit dan ditempatkan dibalik kaca atau bahan transparan lainya. Panel surya dalam bentuk miniature biasa kita jumpai dalam kalkulator yang menggunakan tenaga dari cahaya sebagai sumber listriknya.
menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus short-circuit dalam skala milliampere per cm2. Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya. Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut bisa digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Gambar dibawah menunjukan ilustrasi dari modul surya.
Modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya yang dirangkai seri untuk memperbesar total daya output. (Gambar :”The Physics of Solar Cell”, Jenny
Nelson)
a. Substrat/Metal backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material substrat juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau logam seperti aluminium atau molybdenum. Untuk sel surya dye-sensitized (DSSC) dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu material yang konduktif tapi juga transparan sepertii ndium tin oxide (ITO) dan flourine doped tin oxide (FTO).
b. Material semikonduktor
dari prinsip kerja sel surya. Pengertian semikonduktor tipe-p, tipe-n, dan juga prinsip p-n junction dan sel surya akan dibahas dibagian “cara kerja sel surya”.
c. Kontak metal / contact grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material semikonduktor biasanya dilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai kontak negatif.
d. Lapisan antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Material anti-refleksi ini adalah lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke arah semikonduktor sehingga meminimumkan cahaya yang dipantulkan kembali.
e. Enkapsulasi / cover glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.
tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan elektron). (Gambar : eere.energy.gov)
Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junction. (Gambar : sun-nrg.org)
Cara kerja sel surya adalah dengan memanfaatkan teori cahaya sebagai partikel. Sebagaimana diketahui bahwa cahaya baik yang tampak maupun yang tidak tampak memiliki dua buah sifat yaitu dapat sebagai gelombang dan dapat sebagai partikel yang disebut dengan photon. Penemuan ini pertama kali diungkapkan oleh Einstein pada tahun 1905. Energi yang dipancarkan oleh sebuah cahaya dengan panjang gelombang λ dan frekuensi photon V dirumuskan dengan persamaan:
E = h.c/ λ
Untuk memenuhi kebutuhan listrik perumahan, listrik dalam baterai yang masih dalam bentuk arus searah (DC) serta mempunyai tegangan yang kecil (12V) harus lah dirubah dahulu menyesuaikan dengan spesipikasi listrik perumahan yaitu dalam bentuk arus bolak balik 220 Volt menggunakan Inverter.
Solar Sel / Panel Surya
Untuk pengaturan traffic light ada baiknya menggunakan teknologi ini dengan beban lampu menggunakan LED sehingga didapatkan pemakaian listrik yang hemat serta bebas pemadaman jika terjadi gangguan pada jaringan PLN . Dengan menggunakan teknologi ini berarti beban akan penggunaan energi fosil dapat berkurang dan yang lebih penting ramah terhadap lingkungan.
angka sekian, memegang kata-kata dari Profesor Yohannes Surya, kita tak perlu lagi bergantung dengan minyak bumi dan gas alam. Permasalahan baterai juga menjadi kendala. Baterai untuk pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) saat ini sangatlah mahal dengan usia pemakaian yang pendek. Di Indonesia, kebanyakan PLTS tidak menggunakan baterai untuk menekan biaya. Akibatnya, PLTS tersebut tidak bisa menampung surplus energi yang mungkin dihasilkan.
3. Untuk Proses Fotosintesis
Cahaya matahari merupakan sumber energi utama dalam kehidupan. Gambaran yang paling logis terkait dengan hal ini adalah proses fotosintesis pada tumbuhan yang melibatkan sinar matahari sebagai energi yang dibutuhkan. Jika tumbuhan tidak berfotosintesis, maka kehidupan tidak akan berlanjut mengingat sumber makanan bagi herbivora tidak akan tersedia. Sebagai akibatnya, karnivora dan omnivora pun tidak akan mendapatkan sumber makanan lagi. Tumbuhan membersihkan udara untuk kita, menjaga suhu bumi tetap konstan, dan menjaga keseimbangan proporsi gas-gas di atmosfer.
Oksigen yang kita hirup di udara dihasilkan oleh tumbuhan. Bagian penting dari makanan kita juga disediakan oleh tumbuhan. Setiap tahun, seluruh tumbuhan di muka bumi dapat menghasilkan zat-zat atau bahan-bahan sebanyak 200 miliar ton. Berbeda dari sel manusia dan hewan, sel tumbuhan dan organisme berklorofil dapat memanfaatkan langsung energi matahari. Tumbuhan dan organisme berklorofil mengubah energi matahari menjadi energi kimia dan menyimpannya sebagai nutrisi dengan cara yang sangat khusus. Proses ini disebut "fotosintesis".
energi sinar matahari, yang melalui sel-sel yang ber-respirasi, energi tersebut akan dikonversi menjadi energi ATP sehingga dapat digunakan bagi pertumbuhannya.
Reaksi umum dari proses fotosintesis adalah : 6 H2O + 6 CO2 C6H12O6 + 6 O2
Cahaya Proses fotosintesis adalah reaksi yang hanya akan terjadi dengan keberadaan sinar matahari, baik kualitas maupun kuantitasnya. Hasil dari fotosintesis seperti yang sudah tersebut di atas adalah C6H12O6 atau dengan sebutan umum yaitu gula (karbohidrat).
4. Untuk Keberlangsungan Ekosistem
Matahari berperan terhadap keberlangsungan ekosistem. Karbohidrat merupakan jenis molekul yang paling banyak ditemukan di alam. Karbohidrat terbentuk pada proses fotosintesis sehingga merupakan senyawa perantara awal dalam penyatuan karbon dioksida, hidrogen, oksigen, dan energi matahari ke dalam bentuk hayati. Pengubahan energi matahari menjadi energi kimia dalam reaksi biomolekul menjadikan karbohidrat sebagai sumber utama energi metabolit untuk organisme hidup.
Dari karbohidrat hasil fotosintesis dalam tanaman inilah yang merupakan dasar dari perkembangan kehidupan makhluk hidup dalam suatu ekosistem yang kemudian masuk pada piramida makanan dan rantai makanan dalam suatu ekosistem yang dapat dijelaskan sebagai berikut :
b) Energi untuk kegiatan hidup diperoleh dari bahan organik yang disebut energi kimia. Bahan organik dalam komponen biotik awalnya terbentuk dengan bantuan energi cahaya matahari dan unsur-unsur hara, seperti karbon dan nitrogen.
c) Bahan organik yang mengandung energi dan unsur-unsur kimia ditransfer dari suatu organisme ke organisme lain melalui interaksi makan dan dimakan. Peristiwa makan dan dimakan antar organisme dalam suatu ekosistem membentuk struktur trofik yang terdiri dari tingkat-tingkat trofik dimana setiap tingkat trofik merupakan kumpulan berbagai organisme dengan sumber makanan tertentu.
d) Tingkat trofik pertama adalah kelompok organisme autotrof yaitu organisme yang dapat membuat bahan organik sendiri dengan bantuan cahaya matahari yaitu tumbuhan dan fitoplankton. Organisme autotrof disebut Produsen. Produsen pada ekosistem darat adalah tumbuhan hijau sedangkan pada ekosistem perairan adalah fitoplankton, ganggang dan tumbuhan air.
e) Tingkat trofik kedua dari struktur trofik suatu ekosistem ditempati oleh berbagai organisme yang tidak dapat membuat bahan organik sendiri. Organisme tersebut tergolong organisme heterotrof. Bahan organik diperoleh dengan memakan organisme atau sisa-sisa organisme lain sehingga organisme heterotrof disebut juga konsumen. Pada tingkat trofik kedua dari struktur trofik suatu ekosestem adalah Konsumen primer (herbivora).
Radiasi matahari selain untuk mengeringkan pakaian yang kita jemur, juga dapat untuk pengeringan produk pertanian. Dalam hal ini, energi surya dapat dimanfaatkan ke dalam dua bentuk yaitu pemanfaatan secara termal dan pemanfaatan untuk listrik. Pada bidang pertanian pemanfaatan energi surya termal biasa digunakan pada proses pengeringan bahan pertanian. Pengeringan bisa dilakukan secara alami (penjemuran) maupun secara buatan. Terdapat berbagai tipe pengering surya yang telah berkembang saat ini, salah satunya adalah pengeringan yang menggunakan kolektor berbentuk bangunan yang disebut dengan efek rumah kaca (ERK) yang telah dikembangkan di IPB oleh Kamaruddin dan para kolega penelitinya sejak tahun 1993 sampai saat ini secara berkesinambungan.
Pada prinsipnya pengeringan efek rumah kaca yaitu sinar matahari yang memiliki radiasi gelombang panjang masuk untuk kemudian diserap oleh absorber atau komponen lain di dalam bangunan pengering sehingga suhu absorber dan komponen tersebut akan meningkat. Radiasi yang dipancarkan oleh absorber/komponen dalam pengering dalam bentuk gelombang panjang sehingga sulit untuk menembus dinding transparan. Dengan demikian, terjadi peningkatan suhu udara pengering dan udara dihembuskan melalui produk yang akan dikeringkan. Udara yang telah lembab kemudian dikeluarkan dari bangunan pengering.
6. Untuk Kesehatan
a) Sinar matahari menghasilkan vitamin D
Vitamin D membuat tulang dan gigi menjadi kuat. Vitamin ini juga mengurangi resiko kanker, diabetes, dan serangan jantung. Setiap orang memerlukan vitamin D mulai dari bayi, anak-anak, remaja, dan
orang dewasa.
panjang, kacang hijau, kacang merah. Tetapi sumber vitamin D yang terbaik adalah sinar matahari. Tubuh kita membuat vitamin D ketika kulit terkena sinar matahari.
Menurut Dokter Anak dari Chicago, Amerika Serikat, anak-anaka memerlukan vitamin D lebih banyak, yaitu kira-kira 400 unit vitamin D setiap hari atau paling sedikit 4 gelas susu. Jadi, anak-anak dianjurkan untuk bermain di bawah matahari. Waktu terbaik untuk mendapatkan sinar matahari adalah di pagi hari hingga pukul 09.00 pagi. Setelah itu, terlalu banyak sinar matahari dapat menyebabkan kanker kulit. Pada waktu berkas sinar ultraviolet disaring di kulit. Ia mengubah simpanan kolesterol di kulit menjadi vitamin D. Menghadapkan sebagian dari tubuh ke sinar matahari selama 5 menit memberikan 400 unit vitamin D.
b) Sinar matahari mengurangi kolesterol darah
Dengan mengubah kolesterol di bawah kulit menjadi vitamin D, menyebabkan tubuh memberikan peringatan kepada kolesterol yang ada dalam darah untuk keluar dari darah menuju ke kulit, sehingga mengurangi kolesterol dalam darah.
c) Sinar matahari menjadi penawar infeksi dan pembunuh bakteri
Matahari dapat membunuh bakteri penyakit, virus dan jamur. Hal itu berguna untuk perawatan TBC, erysipelas, keracunan darah, peritonitis, pneumonia, mumps, asma saluran pernapasan. Bahkan beberapa dari virus penyebar kanker dibinasakan oleh sinar ultraviolet ini. Infeksi jamur, termasuk candida, bereaksi terhadap sinar matahari. Bakteri di udara dibinasakan dalam waktu 10 menit oleh sinar matahari.
Cahaya matahari bagaikan insulin yang memberikan kemudahan penyerapan glukosa masuk ke dalam sel-sel tubuh. Ini merangsang tubuh untuk mengubah gula darah (glukosa) menjadi gula yang tersimpan (glycogen), yang tersimpan di hati dan otot, sehingga menurunkan gula darah.
e) Sinar Matahari meningkatkan kebugaran pernafasan
Sinar matahari dapat meningkatkan kapasitas darah untuk membawa oksigen dan menyalurkannya ke jaringan-jaringan. Faktor lain yang bisa membantu meningkatkan kebugaran pernafasan ialah bahwa glikogen bertambah di hati dan otot setelah berjemur matahari.
f) Sinar matahari menolong dalam membentuk dan memperbaiki tulang-tulang
Dengan bertambahnya tingkat vitamin D dalam tubuh karena terkena sinar matahari, bisa meningkatkan penyerapan kalsium. Ini menolong pembentukan & perbaikan tulang dan mencegah penyakit seperti rakhitis dan osteomalacia (pelembutan tulang tidak Normal).
g) Sinar matahari meningkatkan beberapa jenis kekebalan
Sinar matahari menambah sel darah putih terutama limfosit, yang digunakan untuk menyerang penyakit. Antibodi (gamma globulins) bertambah. Pengaruh ini bertahan sampai 3 minggu. Nitrofil membunuh kuman-kuman lebih cepat setelah pernafasan dengan sinar matahari. Sepuluh menit di bawah sinar ultraviolet satu atau dua kali setiap minggu dapat mengurangi flu 30-40 %.
Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik. Gambar spectrum elektromagnetik di bawah disusun berdasarkan panjang gelombang (diukur dalam satuan _m) mencakup kisaran energi yang sangat rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah, seperti gelombang radio sampai ke energi yang sangat tinggi, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti radiasi X-ray dan Gamma Ray.
a. Gelombang Radio
Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah atau sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya. Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-muatan ini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator. Gelombang radio ini dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena pula. Kamu tidak dapat mendengar radio secara langsung, tetapi penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi gelombang menjadi energi bunyi. Penggunaan paling banyak adalah komunikasi, untuk meneliti luar angkasa dan sistem radar. Panjang gelombang radar berkisar antara 0.8 – 100 cm.
b. Gelombang mikro
juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR (Radio Detection and Ranging) RADAR berarti mencari dan menentukan jejak sebuah benda dengan menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro. Karena cepat rambat gelombang elektromagnetik c = 3 X 108 m/s, maka dengan mengamati selang waktu antara pemancaran dengan penerimaan. Manfaat gelombang ini antara lain:
Untuk pemanas microwave
Untuk komunikasi RADAR (Radio Detection and Ranging)
Untuk menganalisa struktur atomik dan molekul
Dapat digunakan untuk mengukur kedalaman laut
Digunakan pada rangkaian Televisi
Gelombang RADAR diaplikasikan untuk mendeteksi suatu objek, memandu pendaratan pesawat terbang, membantu pengamatan di kapal laut dan pesawat terbang pada malam hari atau cuaca kabut, serta untuk menentukan arah dan posisi yang tepat.
c. Sinar Inframerah
Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. Jika kamu memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan detektor yang dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum ampermeter sedikit diatas ujung spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah itu disebut radiasi inframerah. Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.
Manfaat dari radiasi infrared adalah:
Untuk terapi fisik, menyembuhkan penyakit cacar dan encok
Untuk fotografi pemetaan sumber daya alam, mendeteksi tanaman yang tumbuh di bumi dengan detail
Untuk fotografi diagnosa penyakit
Digunakan pada remote control berbagai peralatan elektronik (alarm pencuri)
Mengeringkan cat kendaraan dengan cepat pada industri otomotif
Pada bidang militer, dibuat teleskop inframerah yang digunakan
melihat di tempat yang gelap atau berkabut.
Sinar infra merah dibidang militer dimanfaatkan satelit untuk memotret permukaan bumi meskipun terhalang oleh kabut atau awan.
d. Cahaya tampak
Cahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang paling dikenal oleh kita dapat didefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang tampak nervariasi tergantung warnanya mulai dari panjang gelombang kira-kira 4 x 10-7 m untuk cahaya violet (ungu) sampai 7x 10-7 m untuk cahaya merah. Kegunaan cahaya ini salah satunya adlah penggunaan laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran serta membantu penglihatan mata manusia
e. Sinar ultraviolet
Untuk proses fotosintesis pada tumbuhan
Sinar UV diperlukan dalam asimilasi tumbuhan dan dapat membunuh kuman-kuman penyakit kulit.
Membantu pembentukan vitamin D pada tubuh manusia
Dengan peralatan khusus dapat digunakan untuk membunuh kuman penyakit, menyuci hamakan ruangan operasi rumah sakit berikut instrumen-instrumen pembedahan
Untuk memeriksa keaslian tanda tangan di bank-bank.
f. Sinar X
Sinar X mempunyai frekuensi 10 Hz dan panjang gelombangnya sangat pendek yaitu 10 cm. Meskipun seperti itu tapi sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm. Manfaat dari sinar X adalah:
Sinar X ini biasa digunakan dalam bidang kedokteran untuk
memotret kedudukan tulang dalam badan terutama untuk menentukan tulang yang patah. Akan tetapi penggunaan sinar X harus hati-hati sebab jaringan sel-sel manusia dapat rusak akibat penggunaan sinar X yang terlalu lama.
Untuk analisa struktur bahan / kristal
Mendeteksi keretakan / cacat pada logam
Memeriksa barang-barang di bandara udara / pelabuhan.
g. Sinar Gamma
Sinar gamma mempunyai frekuensi 10 Hz atau panjang gelombang 10 cm. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan tubuh. Manfaat dari sinar gamma adalah: Dimanfaatkan dunia kedokteran untuk terapi kanker
Dimanfaatkan untuk sterilisasi peralatan rumah sakit
Untuk pembuatan varietas tanaman unggul tahan penyakit dengan produktivitas tinggi
Untuk mengurangi populasi hama tananaman (serangga)
Untuk medeteksi keretakan /cacat pada logam (seperti kegunaan sinar X juga)
Untuk sistem perunut aliran suatu fluida (misalnya aliran PDAM), mendeteksi kebocoran.
Anonim. 2011. Energi Matahari,
http://www.greenpeace.org/seasia/id/campaigns/perubahan-iklim-global/Energi-Bersih/Energi_matahari/, diakses tanggal (14-02-2014)
Anonim. 2011. Solar Water Heater Pemanas air tenaga surya,
http://sanfordlegenda.blogspot.com/2012/09/Solar-Water-Heater-Pemanas-air-tenaga-surya.html, diakses tanggal (14-02-2014)
Gunawan. 2013. Matahari Sumber Energi Sampai Hari Kiamat,
