MAKALAH ENERGI BARU DAN TERBARUKAN ENERGI SURYA
Oleh : 1.
Ambarwati Terraningtyas
(14030224010)
2.
Fendik Dwiatmoko
(14030224018)
3.
Nurvita Widiyanti
(14030224028)
4.
Thoifatul Munawaroh
(14030224042)
Dosen Pembimbing : Prof. Madlazim
JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA 2017
1
KATA PENGANTAR
Bismillaahirrahmaanirrahiim. Segala puji bagi Allah SWT. yang telah memudahkan urusan dalam segala perkara serta menghiaskan manusia dengan ilmu-Nya supaya dengan itu berbedalah antara manusia dengan makhluk lain yang diciptakan Allah SWT. di alam ini. Penulis dapat menyelesaikan tugas ini dalam bentuk makalah sesuai dengan waktu yang tepat dengan topic ―Energi Surya”. Penyusunan makalah ini merupakan salah satu langkah yang ditempuh oleh Tim untuk melengkapi perkuliahan Energi Baru Terbarukan. Penulis menyadari bahwa makalah ini masih banyak memiliki kekurangan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan penulis demi kesempurnaan karya ini pada masa yang akan datang. Akhir kata, penulis berharap semoga makalah ini ini dapat bermanfaat.
Surabaya, 16 April 2017
Penulis
2
DAFTAR ISI
Kata Pengantar…………………………..................………….........…...
2
Daftar Isi……………………………………………..........…......................
3
Bab I - Pendahuluan A.
Pegertian Energi Surya…………………………………......................
4
B.
Energi Dari Matahari………………......……………………………
5
C.
Perkembangan Energi Surya………………......………………………
7
D.
Penggunaan Massa Sekarang………………......………………………
9
E.
Perkembangan Potensi Energi Surya ………………......………………
10
Bab II – Konversi Energi A.
B.
C.
Konversi Energi Surya Menjadi Energi Listrik………………......……
11
Pembangkit Listrik Tenaga Termal………………......……………
11
Sel Surya Fotovoltaik………………......…………………………………
12
Perbedaan Pembangkit Listrik Tenaga Termal Dengan Sel Surya Fotovoltaik………………......…………………………………
14
Konversi Energi Surya Sebagai Bahan Bakar………………......………
15
Mobil Tenaga Surya………………......…………………………....
15
Kompor Tenaga Surya………………......…………………………
17
Konversi Energi Surya Sebagai Pemanas………………......…………
19
Bab III – Efisiensi Energi Surya A. B.
Pengertian Efisiensi Energi………………......………………………… Efisiensi Berbagai Jenis Sel
22 24
3
Surya………………......………………..... C.
Penyebab Turunnya Efisiensi………………......………………………
24
D.
Keuntungan Energi Surya………………......…………………………
25
E.
Kerugian Energi Surya………………......……………………………
26
Daftar Pustaka………………......…………………………................................
28
4
BAB I PENDAHULUAN
A. PENGERTIAN ENERGI SURYA Energi surya adalah energi yang berupa sinar dan panas dari matahari (radiasi energi dalam bentuk panas dan cahaya yang dipancarkan oleh matahari). Didapat dengan mengubah energi panas surya melalui perlatan tertentu menjadi sumberdaya dalam bentuk lain. Energi surya menjadi salah satu sumber pembangkit daya selain air, uap, angin, biogas, batubara, dan minyak bumi. Energi ini dapat dimanfaatkan dengan menggunakan serangkaian teknologi seperti pemanas surya, fotovoltaik surya, listrik panas surya, arsitektur surya, dan fotosintesis buatan. Tanpa energi yang datang dari matahari, planet kita tidak akan mampu mendukung kehidupan dan energi surya adalah bentuk energi paling berlimpah yang tersedia di planet kita. Jika dilihat pada proses penyerapan, pengubahan, dan penyaluran energi surya, teknologi energi surya secara umum dikategorikan menjadi dua kelompok, yakni teknologi pemanfaatan pasif dan teknologi pemanfaatan aktif. Contoh pemanfaatan energi surya secara aktif adalah penggunaan panel fotovoltaik dan panel penyerap panas. Contoh pemanfaatan energi surya secara pasif meliputi mengarahkan bangunan ke arah matahari, memilih bangunan dengan massa termal atau kemampuan dispersi cahaya yang baik, dan merancang ruangan dengan sirkulasi udara alami. Energi surya merupakan salah satu energi yang sedang giat dikembangkan saat ini oleh Pemerintah Indonesia karena sebagai negara tropis, Indonesia mempunyai potensi energi surya yang cukup besar. Berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, radiasi surya di Indonesia dapat diklasifikasikan berturut-turut sebagai berikut: untuk kawasan barat dan timur Indonesia dengan distribusi penyinaran di Kawasan Barat Indonesia (KBI) sekitar 4,5 kWh/m2/hari dengan variasi bulanan sekitar 10%, dan dikawasan Timur Indonesia (KTI) sekitar 5,1 kWh/m2/hari dengan variasi bulanan sekitar 9%. Dengan 5
demikian, potensi energi surya rata-rata Indonesia sekitar 4,8 kWh/m2/hari dengan variasi bulanan sekitar 9%. Energi surya memiliki potensi besar dan sudah banyak teknologi surya yang berkembang dengan sangat cepat. Namun, meskipun pertumbuhan industri energi surya global berlangsung dengan cepat, masih dibutuhkan banyak waktu sebelum energi surya menjadi pesaing yang nyata untuk bahan bakar fosil sebagai sumber energi utama. Hal ini karena sektor energi surya masih kalah dalam hal paritas biaya dibandingkan bahan bakar fosil. Energi surya adalah sumber energi terbarukan yang paling penting (energi angin pada dasarnya juga berasal dari energi surya), dan hanya energi panas bumi dan pasang surut yang tidak memperoleh energi mereka dari matahari. Banyak orang menggunakan istilah energi surya dan tenaga surya sebagai sinonim meskipun hal ini mengandung kesalahan karena tenaga surya mengacu pada konversi sinar matahari menjadi listrik (dalam banyak kasus menggunakan photovoltaic). Pemanfaatan energi surya memiliki potensi masa depan yang sangat besar, tidak hanya dalam menyediakan listrik dan panas tetapi juga untuk digunakan pada proses industri serta pengembangan kendaraan surya. Meskipun energi surya adalah bentuk energi paling berlimpah yang tersedia di planet bumi, energi surya tetap bukanlah sumber energi yang sempurna. Hal ini tidak hanya merujuk pada kalahnya paritas biaya dibandingkan bahan bakar fosil tetapi juga karena masalah intermitten (tidak kontinyu). Seperti yang kita ketahaui, energi surya tidak tersedia pada malam hari dan karenanya membutuhkan solusi penyimpanan energi yang memadai untuk menutup kekurangan ini.
B. ENERGI DARI MATAHARI Bumi menerima 174 petawatt (PW) radiasi surya yang datang (insolasi) di bagian atas dari Atmosfer. Sekitar 30% dipantulkan kembali ke luar angkasa, sedangkan sisanya diserap oleh awan, lautan, dan daratan. Sebagian besar spektrum cahaya matahari yang sampai dipermukaan Bumi berada pada jangkauan spektrum sinar tampak dan inframerah dekat. Sebagian kecil berada pada rentang ultraviolet dekat. Permukaan darat,
6
samudra dan atmosfer menyerap radiasi surya, dan hal ini mengakibatkan temperatur naik. Udara hangat yang mengandung uap air hasil penguapan air laut meningkat dan menyebabkan sirkulasi atmosferik atau konveksi. Ketika udara tersebut mencapai posisi tinggi, di mana temperatur lebih rendah, uap air mengalami kondensasi membentuk awan, yang kemudian turun ke Bumi sebagai hujan dan melengkapi siklus air. Panas laten kondensasi air menguatkan konveksi, dan menghasilkan fenomena atmosferik seperti angin, siklon, dan anti-siklon. Cahaya matahari yang diserap oleh lautan dan daratan menjaga temperatur rata-rata permukaan pada suhu 14 °C. Melalui proses fotosintesis, tanaman hijau mengubah energi surya menjadi energi kimia, yang menghasilkan makanan, kayu, dan biomassa yang merupakan komponen awal bahan bakar fosil. Fluks energi surya pertahun dan konsumsi energi manusia Energi Surya
3.850.000 EJ
Angin
2.250 EJ
Potensi Biomassa
100-300 EJ
Penggunaan energi utama (2010)
539 EJ
Listrik (2010)
66,5 EJ
Tabel 1.1 Fluks energi surya pertahun dan konsumsi energi manusia Total energi surya yang diserap oleh atmosfer, lautan, dan daratan Bumi sekitar 3.850.000 Energi dari mataharieksajoule (EJ) per tahun. Pada tahun 2002, jumlah energi ini dalam waktu satu jam lebih besar dibandingkan jumlah energi yang digunakan dunia selama satu tahun. Fotosintesis menyerap sekitar 3.000 EJ per tahun dalam bentuk biomassa. Potensi teknis yang tersedia dari biomassa adalah 100-300 EJ per tahun. Jumlah energi surya yang mencapai permukaan planet Bumi dalam waktu satu tahun sangatlah besar. Jumlah ini diperkirakan dua kali lebih banyak dibandingkan dengan semua sumber daya alam Bumi yang tidak terbarukan yang bisa diperoleh digabungkan, seperti batubara, minyak bumi,
7
gas alam, dan uranium. Energi Surya dapat dimanfaatkan pada berbagai tingkatan di seluruh dunia, yang utamanya bergantung pada jarak dari khatulistiwa.
C. PERKEMBANGAN ENERGI SURYA Tenaga listrik dari cahaya matahari pertama kali ditemukan oleh Alexandre-Edmund Becquerel seorang ahli fisika Perancis pada tahun 1839. Temuanya ini merupakan cikal bakal teknologi solar cell. Percobaanya dilakukan dengan menyinari dua elektrode dengan berbagai macam cahaya. Elektroda tersebut dibalut (coated) dengan bahan yang sensitif terhadap cahaya, yaitu AgCl dan AgBr dan dilakukan pada kotak hitam yang dikelilingi dengan campuran asam. Dalam percobaanya ternyata tenaga listrik meningkat manakala intensitas cahaya meningkat. Selanjutnya penelitian dari Becquerel dilanjutkan oleh peneliti-peneliti lain. Tahun 1873
seorang
insinyur Inggris Willoughby Smith menemukan Selenium sebagai suatu elemen photo conductivity. Kemudian tahun 1876, William Grylls dan Richard Evans Day membuktikan bahwa Selenium menghasilkan arus listrik apabila disinari dengan cahaya matahari. Hasil penemuan mereka menyatakan bahwa Selenium dapat mengubah tenaga matahari secara langsung menjadi listrik tanpa ada bagian bergerak atau panas. Sehingga disimpulkan bahwa solar cell sangat tidak efisien dan tidak dapat digunakan untuk menggerakkan peralatan listrik. Tahun 1894 Charles Fris membuat Solar Cell pertama yang seungguhnya yaitu suatu bahan semiconductor (selenium) dibalut dengan lapisan tipis emas. Embargo minyak pada tahun 1973 dan krisis energi pada tahun 1979 menyebabkan perubahan kebijakan energi di dunia dan teknologi surya kembali dilirik. Strategi pemasangan difokuskan pada program insentif seperti program pengunaan fotovoltaik di Amerika Serikat dan program Sunshine di Jepang. Usaha lain yang dilakukan meliputi pembentukan fasilitas riset di Amerika Serikat (SERI, sekarang NREL), Jepang (NEDO), dan Perkembangan, penggunaan, dan ekonomiJerman (Institut Fraunhofer untuk sistem energi surya).
Pemanas
air
surya
komersil
mulai
8
dipasarkan di Amerika Serikat pada tahun 1890an. Penggunaan pemanas ini meningkat sampai dengan tahun 1920 tapi kemudian digantikan oleh pemanas berbahan bakar yang lebih murah dan diandalkan. Seperti fotovoltaik, pemanas air surya kembali dilirik setalah krisis minyak tahun 1970, namun permintaan menurun pada tahun 1980an dikarenakan menurunnya harga minyak Bumi. Perkembangan pemanasan air surya berkembang secara berangsur selama tahun 1990an dan laju pertumbuhan sekitar 20% per tahun sejak 1999. Tingkat efisiensi yang dicapai baru 1% sehingga belum juga dapat dipakai sebagai sumber energi, namun kemudian dipakai sebaga sensor cahaya. Tahun 1905 Albert Einsten mempublikasikan tulisanya mengenai photoelectric effect. Tuisanya ini mengungkapkan bahwa cahaya terdiri dari paket-paket atau ―quanta of energy‖ ynag sekarang ini lazim disebut ―photon‖. Teorinya ini sangat sederhana namun revolusioner. Kemuian tahun 1916 pendapat Einsten megenai photoelectric effect dibuktikan oleh percobaan Robert Andrew Millikan seorang ahli fisika berkebangsaan Amerika dan ia mendapatkan Nobel Prize untuk karya photoelectric effect yang dipublikasikan 18 tahun sebelumnya. Pada tahun 1955 metode itu belum banyak dikembangkan. Selama kurun waktu lebih dari satu abad itu, sumber energi yang banyak digunakan adalah minyak bumi dan batu bara. Upaya pengembangan kembali cara memanfaatkan energi surya baru muncul lagi pada tahun 1958. Sel silikon yang dipergunakan untuk mengubah energi surya menjadi sumberdaya mulai diperhitungkan sebagai metode baru, karena dapat digunakan sebagai sumber daya bagi satelit angkasa luar. Hingga tahun 1980 an efisien dari hasil penelitian terhadap solar cell masih sangat rendah sehingga belum dapat digunakan sebagai sumber daya listrik. Tahun 1982, Hans Tholstrup seorang Australia mengendarai mobil berenaga surya pertama untuk jarak 4000 Km dalam waktu 20 hari dengan kecepatan maksimum 72 Km/jam. Tahun 1985 University of South Wales Australia memecahkan rekor efisiensi solar cell mencapai 20% dibawah kondisi satu cahaya matahari. Tahun 2007 University of Delaware berhasil
9
menemukan solar cell technology yang efisiensinya mencapai 42,8%. Hal ini merupakan rekor terbaru untuk ―thin film photovoltaicsolar cell‖. Perkembangan dalam riset solar cell telah mendorong komersialisasi dan produksi
solar
cell
untuk
penggunaanya
sebagai
sumber
daya
listrik.Walaupun umumnya diremehkan, pemanas dan pendingin air surya adalah teknologi surya yang paling banyak digunakan dengan perkiraan kapasitas 154 GW pada tahun 2007.
D. PENGGUNAAN MASA SEKARANG Banyak pakar energi serta ilmuwan percaya bahwa tinggal masalah waktu sebelum energi surya menjadi sumber energi yang paling penting di planet bumi. International Energy Agency (IEA) tahun 2011 telah mengumumkan bahwa teknologi energi surya memiliki potensi untuk memasok sepertiga energi dunia pada tahun 2060, mengingat bahwa para pemimpin dunia telah berkomitmen untuk membatasi dampak perubahan iklim.
Memanfaatkan
energi
matahari
dan
tidak
terus
menerus
menggunakan bahan bakar fosil akan memperlambat dampak perubahan iklim dan memberikan cukup waktu bagi banyak spesies untuk beradaptasi dengan perubahan iklim dan karenanya akan membantu melestarikan keanekaragaman hayati di planet bumi. Tidak hanya itu, energi surya akan meningkatkan keamanan energi dan kemandirian energi di banyak negara di dunia, serta memastikan kemajuan dalam keberlanjutan masa depan energi bersih. Pada tahun 2011, Badan Energi Internasional menyatakan bahwa "perkembangan teknologi energi surya yang terjangkau, tidak habis, dan bersih akan memberikan keuntungan jangka panjang yang besar. Perkembangan ini akan meningkatkan keamanan energi negara-negara melalui pemanfaatan sumber energi yang sudah ada, tidak habis, dan tidak tergantung pada impor, meningkatkan kesinambungan, mengurangi polusi, mengurangi biaya mitigasi perubahan iklim, dan menjaga harga bahan bakar fosil tetap rendah dari sebelumnya. Keuntungan-keuntungan ini berlaku global. Oleh sebab itu, biaya insentif tambahan untuk pengembangan awal
10
selayaknya dianggap sebagai investasi untuk pembelajaran; inventasi ini harus digunakan secara bijak dan perlu dibagi bersama.‖
E.
PERKEMBANGAN POTENSI ENERGI SURYA Badan Energi Internasional mengatakan energi surya dapat membantu menyelesaikan permasalahan penting dunia: ―Perkembangan teknologi energi surya yang terjangkau, tidak habis, dan bersih akan memberikan keuntungan jangka panjang yang besar. Perkembangan ini akan meningkatkan keamanan energi negara-negara melalui pemanfaatan sumber energi yang sudah ada, tidak habis, dan tidak tergantung pada impor, meningkatkan kesinambungan, mengurangi polusi, mengurangi biaya mitigasi perubahan iklim, dan menjaga harga bahan bakar fosil tetap rendah dari sebelumnya. Keuntungankeuntungan ini berlaku global. Oleh sebab itu, biaya insentif tambahan untuk pengembangan
awal
selayaknya
dianggap
sebagai
investasi
untuk
pembelajaran; inventasi ini harus digunakan secara bijak dan perlu dibagi bersama‖. Pada tahun 2011, Badan Energi Internasional mengatakan teknologi energi surya seperti papan fotovoltaik, pemanas air surya, dan pembangkit listrik dengan cermin dapat menyediakan sepertiga energi dunia pada tahun 2060 jika politikus mau mengatasi perubahan iklim. Energi dari matahari dapat memainkan peran penting dalam de- karbonisasi ekonomi global bersamaan dengan pengembangan efisiensi energi dan menerapkan biaya pada produsen gas rumah kaca. "Kekuatan dari teknologi surya adalah varietasnya yang luas dan fleksibilitas dari aplikasinya, mulai dari skala kecil hingga ke skala besar‖. ―Kita telah buktikan... bahwa setelah persediaan minyak dan batubara kita habis, manusia dapat menerima energi tak terbatas dari sinar matahari.— Frank Shuman, New York Times, 2 Juli, 1916[103]―
11
BAB II KONVERSI ENERDI SURYA
A.
KONVERSI ENERGI SURYA MENJADI ENERGI LISTRIK Pembangkit Listrik Surya Termal Dalam pembangkit ini, energi cahaya matahari akan digunakan untuk memanaskan suatu fluida yang kemudian fluida tersebut akan memanaskan air. Air yang panas akan menghasilkan uap yang digunakan untuk memutar turbin sehingga dapat menghasilkan energi listrik. Pembangkit Listrik Termal Surya dapat bekerja dalam berbagai cara. Pembangkit ini juga biasa dikenal sebagai pembangkit listrik surya terkonsentrasi (concentrated solar power plants). Tipe yang paling banyak digunakan adalah desain parabola cekung. Cermin parabola dirancang untuk menangkap dan memfokuskan berkas cahaya ke satu titik fokus, seperti seorang anak yang menggunakan kaca pembesar untuk membakar kertas. Pada titik fokus tersebut terdapat pipa hitam yang panjangnya sepanjang cermin tersebut. Didalam pipa tersebut terdapat fluida yang dipanaskan hingga temperatur yang sangat tinggi, seringkali diatas 300 derajad fahrenheit (150 derajad celcius). Fluida panas tersebut dialirkan dalam pipa menuju ke ruang pembangkitan energi listrik untuk memasak air, menghasilkan uap air dan menghasilkan energi listrik.
12
Sel Surya Fotovoltaik Sel surya fotovoltaik merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi sinar matahari secara langsung menjadi energi listrik. Pada dasarnya sel tersebut merupakan suatu diode semikonduktor yang bekerja menurut suatu proses khusus yang dinamakan proses tidak seimbang (non-equibilirium
process)
dan
berlandaskan
efek
fotovoltaik
(photovoltaic effects). Efek fotovoltaik ini ditemukan oleh Becquerel pada tahun 1839, dimana Becquerel mendeteksi adanya tegangan foto ketika sinar matahari mengenai elektroda pada larutan elektrolit. Pada tahun 1954 peneliti di Bell Telephone menemukan untuk pertama kali sel
13
surya silikon berbasis p-n junction dengan efisiensi 6%. Sekarang ini, sel surya silikon mendominasi pasar sel surya dengan pangsa pasar sekitar 82% dan efisiensi lab dan komersil berturut-turut yaitu 24,7% dan 15%. Prinsip kerja sel surya silikon adalah berdasarkan konsep semikonduktor p-n junction. Pada sel surya terdapat junction antara dua lapisan tipis yang terbuat dari bahan semikonduktor yang masing-masing diketahui sebagai semikonduktor jenis p ( positif ) dan semikonduktor jenis n ( negatif ). Struktur sel surya konvensional silikon p-n junction dapat dilihat pada Gambar dibawah ini.
Gambar Struktur sel surya Silikon p-n junction
Semikonduktor tipe-n didapat dengan mendoping silikon dengan unsur dari golongan V sehingga terdapat kelebihan elektron valensi dibanding atom sekitar. Pada sisi lain semikonduktor tipe-p didapat dengan doping oleh golongan III sehinggaelektron valensinya defisit satu dibanding atom sekitar. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n disambungkan maka akan terjadi difusi hole dari tipe-p menuju tipe-n dan difusi elektron dari tipe-n menuju tipe-p. Difusi tersebut akan meninggalkan daerah yang lebih positif pada batas tipe-n dan daerah lebih negatif pada batas tipe-p. Batas tempat terjadinya perbedaan muatan pada p-n junction disebut dengan daerah deplesi. Adanya
14
perbedaan muatan pada daerah deplesi akan mengakibatkan munculnya medan listrik yang mampu menghentikan laju difusi selanjutnya. Medan listrik tersebut mengakibatkan munculnya arus drift. Namun arus ini terimbangi oleh arus difusi sehingga secara keseluruhan tidak ada arus listrik yang mengalir pada semikonduktor p-n junction. tersebut. Ketika junction disinari, photon yang mempunyai energi sama atau lebih besar dari lebar pita energi material tersebut akan menyebabkan eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi dan akan meninggalkan hole pada pita valensi. Elektron dan hole ini dapat bergerak dalam material sehingga menghasilkan pasangan elektronhole. Apabila ditempatkan hambatan pada terminal sel surya, maka elektron dari arean akan kembali ke area-p sehingga menyebabkan perbedaan potensial dan arus akan mengalir. Skema cara kerja sel surya silikon ditunjukkan pada Gambar dibawah ini.
Skema Cara Kerja Sel Surya Silikon
Perbedaan Tenaga Surya Termal Dengan Sel Surya Fotovoltaik Seperti yang telah di jelaskan diatas, maka dapat disimpulkan Pembangkit listrik tenaga surya adalah pembangkit listrik yang
15
mengubah energi surya menjadi energi listrik. Pembangkitan listrik bisa dilakukan dengan dua cara, yaitu secara langsung menggunakan fotovoltaik dan secara tidak langsung dengan pemusatan energi surya. Fotovoltaik mengubah secara langsung energi cahaya menjadi listrik menggunakan efek fotoelektrik. Pemusatan energi surya menggunakan sistem lensa atau cermin dikombinasikan dengan sistem pelacak untuk memfokuskan energi matahari ke satu titik untuk menggerakan mesin kalor.
B.
KONVERSI ENERGI SURYA SEBAGAI BAHAN BAKAR Mobil Tenaga Surya
Mobil tenaga surya buatan anak bangsa Mobil Tenaga Surya ―Solar Car‖ atau tenaga matahari, yaitu tipe kendaraan listrik yang memakai tenaga matahari untuk sumber dayanya. Daya matahari di tangkap dengan memakai panel cell surya lalu dipakai untuk menggerakkan motor listrik yang berperan untuk memutar roda. Supaya bisa dipakai dengan cara stabil maka pada mobil surya dilengkapi dengan area untuk menyimpan energy (energy storage) biasanya dipakai accu/aki atau batterai. Dilengkapai dengan alat control pengatur kecepatan maka mobil ini bisa melaju sesuai sama dengan kecepatan sesuai sama dengan kecepatan yang dirancang.
16
Penggunaan tenaga surya dalam mobil bertenaga surya yaitu untuk menyerap panas teriknya sinar matahari. Panas yang dihasilkan dalam solar cell akan dialihkan ke Baterai Control Regulator (BRC). Untuk menambah arus yang dipakai, bisa menggunakan aki untuk disalurkan ke baterai. Tenaga yang dihasilkan dalam mobil diolah di power inverter untuk mengubah dari arus AC ke DC. Dinamo AC yang ditentukan haruslah sebesar 1PK atau 750 watt. Dalam sebuah mobil bertenaga surya bisa dipakaikan 3 baterai yang masng-masing diberi kekuatan sebesar 100 ampere. Jadi, penggunaan 3 baterai dalam sebuah mobil bertenaga surya ini bisa mencapai 300 ampere. Sebuah solar cell akan mampu bertahan menyimpan tenaga sebanyak 6 ampere dalam mobil bertenaga surya. Jika kekuatan baterai 100 ampere, maka mobil ini akan bisa menempuh jarak 100 km dalam 40 km/jam. Salah satu kekurangan mobil ini yaitu hanya mampu bertahan dimusim kemarau. Jika musim penghujan datang inilah kekurangan mobil tenaga surya diuji. Tidak adanya sinar matahari yang cukup membuat mobil ini susah bergerak. Jadi pemakaian mobil tenaga surya ini sangat terbatas, bisa saja mobil ini melaju tanpa tenaga surya, tetapi belum adanya perkembangan lebih lanjut dan belum adanya standarisasi dari mobil ini. Sebagian besar bensin tersusun dari hidrokarbon alifatik yang diperkaya dengan iso-oktana atau benzena untuk menaikkan nilai oktan. Salah satu bentuk pemanfaatan energi surya yaitu dengan panel surya. Panel
surya
adalah
perangkat
rakitan
sel-sel
fotovoltaik
yang
mengkonversi sinar matahari menjadi listrik. Ketika memproduksi panel surya, produsen harus memastikan bahwa sel-sel surya saling terhubung secara elektrik antara satu dengan yang lain pada sistem tersebut. Sel surya juga perlu dilindungi dari kelembaban dan kerusakan mekanis karena hal ini dapat merusak efisiensi panel surya secara signifikan dan menurunkan masa pakai dari yang diharapkan. Contoh Lainnya adalah C-MAX Solar Energy Concept Car
17
Mobil ini diproduksi oleh produsen mobil Ford Motors Amerika Serikat. Mobil ini dapat memanfaatkan tenaga surya dengan menggunakan konsentrator khusus yang bertindak seperti kaca pembesar, mengarahkan sinar matahari ke panel-panel surya pada atap mobil. Sebuah sel surya mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Konversi ini didasarkan pada fenomena efek fotovoltaik. Sinar matahari terdiri dari foton dengan tingkat energi yang berbeda, tergantung darimana spektrum mereka berasal. Ketika sinar matahari datang, permukaan bahan fotovoltaik menyemburkan elektron yang menghasilkan generasi listrik. Fenomena ini dikenal sebagai efek fotovoltaik.
Cara Kerja Mobil Tenaga Surya Kompor Tenaga Surya
18
Kompor tenaga surya adalah perangkat masak yang menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi. Berhubung kompor jenis ini tidak menggunakan bahan bakar konvensional dan biaya operasinya rendah, organisasi kemanusiaan mempromosikan penggunaannya ke seluruh dunia untuk mengurangi penggundulan hutan dan penggurunan, yang disebabkan oleh penggunaan kayu sebagai bahan bakar untuk memasak. Kompor surya dapat digunakan di luar rumah, terutama dalam situasi ketika konsumsi bahan bakar
minimal atau resiko kebakaran menjadi
pertimbangan penting. Semuanya menggunakan panas dari dan cahaya matahari untuk memasak makanan.
Desain Kompor tenaga surya
Beberapa prinsip dasar kompor surya adalah sebagai berikut: Pemusatan cahaya matahari. Beberapa perangkat, biasanya berupa cermin atau sejenis bahan metal/logam yang memantulkan cahaya, digunakan untuk memusatkan cahaya dan panas matahari ke arah area memasak yang kecil, membuat energi lebih terkonsentrasi dan lebih berpotensi menghasilkan panas yang cukup untuk memasak. Mengubah cahaya menjadi panas. Bagian dalam kompor surya dan panci, dari bahan apapun asal yang berwarna hitam, dapat meningkatkan efektivitas pengubahan cahaya menjadi panas. Panci berwarna hitam dapat menyerap hampir semua cahaya matahari dan mengubahnya menjadi panas, secara mendasar meningkatkan efektivitas kerja kompor surya. Semakin baik kemampuan panci menghantarkan panas, semakin cepat kompor dan oven bekerja. 19
Memerangkap panas. Upaya mengisolasi udara di dalam kompor dari udara di luarnya akan menjadi penting. Penggunaan bahan yang keras dan bening seperti kantong plastik atau tutup panci berbahan kaca memungkinkan cahaya untuk masuk ke dalam panci. Setelah cahaya terserap dan berubah jadi panas, kantong plastik atau tutup berbahan gelas akan memerangkap panas di dalamnya seperti efek rumah kaca. Hal ini memungkinkan kompor untuk mencapai temperatur yang sama ketika hari dingin dan berangin seperti halnya ketika hari cerah dan panas. Strategi memanaskan suatu barang dengan menggunakan tenaga matahari menjadi kurang efektif jika hanya menggunakan salah satu prinsip tersebut di atas. Pada umumnya kompor surya menggunakan sedikitnya dua cara atau bahkan ketiga prinsip dasar kompor surya untuk menghasilkan temperatur yang cukup untuk memasak. Terlepas dari kebutuhan akan adanya cahaya matahari dan kebutuhan untuk menempatkan kompor surya pada posisi yang tepat sebelum menggunakannya, kompor ini tidak berbeda jauh dengan kompor konvensional. Namun demikian, salah satu kerugiannya adalah karena kompor surya umumnya mematangkan makanan pada saat hari panas, ketika orang-orang
cenderung
enggan
memakan
makanan
yang
panas.
Bagaimanapun, penggunaan panci tebal yang lambat menghantarkan panas (seperti panci dari besi tuang/cor) dapat mengurangi kecepatan hilangnya panas dan dengan menggabungkannya dengan penggunaan pengisolasi panas, kompor dapat tetap menghangatkan makanan sampai malam hari. Penutup kompor biasanya dapat dibuka untuk menempatkan panci ke dalamnya. Kotak kompor umumnya mempunyai satu atau lebih pemantul cahaya dari bahan kertas alumunium atau bahan reflektif lainnya untuk memantulkan lebih banyak cahaya ke bagian dalam kotak. Panci pemasak dan bagian dalam bawah kompor sebaiknya berwarna gelap atau hitam. Dinding bagian dalam kompor harus dapat memantulkan cahaya untuk mengurangi hilangnya panas dan mengarahkan pantulan cahaya ke arah panci dan dasar kompor yang berwarna gelap, yang bersentuhan langsung dengan panci.
20
C.
KONVERSI ENERGI SURYA SEBAGAI PEMANAS Pemanas air tenaga surya bekerja berdasarkan dua fenomena: Warna hitam penyerap panas, dan air panas mengalir ke atas. Sistem ini sangat sederhana dan bagian yang bergerak hanyalah air itu sendiri. Permukaan Selektif Type dari suatu sistem yang dipasang tergantung pada penggunaan air dan kondisi udara luar. Permukaan yang dicat hitam dapat ditingkatkan dengan menggunakan permukaan 'selektif'. Permukaan absorber diproses melalui dua tahap, dengan lapisan nickel dan lapisan akhir menggunakan black chrome.Kinerja dari black chrome sangat superior karena kemampuannya menyerap dan menahan energi matahari. Permukaan selektif digunakan untuk kondisi dingin, berawan untuk mengatasi radiasi matahari yang rendah. Prinsip Thermosiphon Langsung Pada absorber yang diisi air dingin, pada waktu matahari memanaskan kolektor, air panas mengalir keatas masuk kedalam tangki. Air dingin turun kebagian bawah kolektor.Matahari memanaskan air tersebut di dalam kolektor, dan sirkulasi berlangsung terus menerus.Prinsip ini disebut effek Thermosiphon. Makin besar beda temperatur air, makin cepat aliran air panas ke tangki.Pada waktu tidak ada sinar matahari, maka effek Thermosiphon berhenti, dan air disimpan dalam tangki, tetapi panas karena adanya isolasi tangki yang tebal dan massif. Prinsip Thermosiphon Dengan Heat Exchanger Pada daerah dengan temperatur mencapai titik beku. Sistem konvensional dengan Open Circuit tidak cocok karena air beku akan mengembang dan memecah pipa pada absorber yang memerlukan biaya perbaikan yang tinggi dan tidak ditanggung sebagai garansi oleh pabrikan. Solahart mengembagkan dan mem-paten-kan sistem Heat Exchanger yang unik yang dikenal dengan nama 'Jacketed Solar Water Heater'. Design ini meng-eliminir kemungkinan kerusakan
21
tersebut.
Jacket
dipasang
sekeliling
silinder
penyimpan dan
dihubungkan dengan absorber. Prinsip Thermosiphon yang sama berproses pada sistem ini. Panas yang dihasilkan kemudian ditransfer ke air yang disimpan dalam tangki. Booster Pemanas Air Tenaga Surya Jumlah air yang dipanaskan oleh matahari bervariasi pada kondisi iklim suatu daerah. Bahkan pada waktu kondisi berawan dan hujan, tetap ada sejumlah energi matahari yang diserap oleh absorber. Ada beberapa daerah di dunia dimana Pemanas Air Tenaga Surya memenuhi kebutuhan air panas tanpa memakai booster. Tetapi, bagi kebanyakan orang, booster diperlukan untuk menutupi kekurangan radiasi matahari pada musim dingin atau hujan. Booster listrik adalah yang paling umum dipakai, walaupun booster yang paling efisien dan bersih adalah gas booster buatan Solahart. Apapun jenis booster yang dipakai, thermostat akan mengontrol secara otomatis penggunaan energi booster. Pada gas booster, penyalaan api sepenuhnya otomatis. Dengan
booster
listrik
atau
gas,
pemakai
dapat
mengatur
pemakaiannya pada saat biayanya lebih murah. Pemanasan Kembali Air Apabila semua air panas pada Solahart habis dipakai, maka diperlukan hanya sebentar untuk memanaskan kembali. Waktu pemanasan tergantung pada sinar matahari dan jenis booster. Dari temperatus 20 C, booster listrik memerlukan kira-kira satu jam untuk mengasilkan air panas untuk shower pada 45 C. Umumnya gas booster lebih cepat. Pemanasan kembali akan lebih cepat pada saat matahari mencapai puncaknya (jam 9.00 pagi sampai dengan jam 3.00 sore). Apabila air panas dipakai pada pagi hari, maka matahari akan memanaskan kembali air dingin. Faktor ini menghemat biaya dan menjamin lingkungan yang bersih. Prinsip Dasar Pengeringan
22
Proses pengeringan pada prinsipnya menyangkut proses pindah panas dan pindah massa yang terjadi secara bersamaan (simultan). Pertamatama panas harus ditransfer dari medium pemanas ke bahan. Selanjutnya setelah terjadi penguapan air, uap air yang terbentuk harus dipindahkan melalui struktur bahan ke medium sekitarnya. Proses ini akan menyangkut aliran fluida di mana cairan harus ditransfer melalui struktur bahan selama proses pengeringan berlangsung. Jadi panas harus disediakan untuk menguapkan air dan air harus mendifusi melalui berbagai macam tahanan agar supaya dapat lepas dari bahan dan berbentuk uap air yang bebas. Lama proses pengeringan tergantung pada bahan yang dikeringkan dan cara pemanasan yang digunakan. Pengeringan sederhana (dengan cara penjemuran). Penjemuran adalah usaha pembuangan atau penurunan kadar air suatu bahan untuk memperoleh tingkat kadar air yangseimbang dengan kelembaban nisbi udara atmosfir. Rumah Pengering Surya Atap seluas 100 m2 dan berfungsi juga sebagai kolektor matahari. Udara masuk ke kolektor sehingga menjadi panas. Dengan menggunakan kipas angin (blower), udara panas tersebut kemudian "ditarik" dan dihembus ke tempat
pengering.
Pemasangan atap dibuat dengan kemiringan 10° pada arah utaraselatan. Rumah pengering ini dirancang untuk memeroses 2-3 ton biji kakao basah, menggunakan 4 buah blower aksial. Unit ini mampu berfungsi dengan efektif. Satu siklus pengolahan berlangsung selama 5 hari. Dengan pengoperasian tungku pada malam hari, waktu pengeringan lebih singkat yaitu sekitar 36-44 jam
23
Gambar: Rumah pengering menggunakan energi sinar matahari
24
BAB III EFISIENSI ENERGI SURYA
A. PENGERTIAN EFISIENSI ENERGI Efisiensi energi didefinisikan sebagai semua metode, teknik, dan prinsip-prinsip yang memungkinkan untuk dapat menghasilkan penggunaan energi lebih efisien dan membantu penurunan permintaan energi global. Contoh efisiensi energi adalah menggunakan lampu hemat energi dan bukannya bola lampu pijar tradisional. Efisiensi energi menjadi topik energi yang sangat populer karena kebutuhan dunia akan energi terus bertambah. Dengan meningkatkan efisiensi energi global, berarti diperlukan lebih sedikit energi untuk memenuhi permintaan energi global yang juga akan mengakibatkan turunnya harga energi. Ilmu pengetahuan terus mencari teknologi energi yang terbaru dan lebih efisien, terutama di sektor energi terbarukan. Banyak sumber energi terbarukan perlu meningkatkan efisiensi secara signifikan untuk dapat kompetitif dengan bahan bakar fosil, dan ilmu pengetahuan sampai saat ini belum menghasilkan solusi yang memadai untuk membuat energi terbarukan lebih efisien. Berapa banyak peningkatkan efisiensi energi akan memberikan kontribusi terhadap pengurangan penggunaan energi global? Menurut International Energy Agency, meningkatnya efisiensi energi pada bangunan, proses industri dan transportasi dapat mengurangi sepertiga kebutuhan energi dunia pada tahun 2050. Tentu saja hal ini akan mengurangi emisi gas rumah kaca yang berbahaya, yang berkontribusi terhadap perubahan iklim. Meningkatkan efisiensi energi juga dapat meningkatkan keamanan energi dan kemandirian energi karena bisa mengurangi impor bahan bakar asing bagi banyak negara di dunia, dan juga memperlambat laju penipisan cadangan sumber daya energi dalam negeri. Efisiensi energi harus diimplementasikan pada tingkat multidimensi agar mendapatkan efek terbaik. Ini berarti bahwa kita harus berusaha untuk meningkatkan efisiensi energi
25
semampu mungkin, di semua sektor (rumah kita, kantor, kendaraan dan industri). Efisiensi energi juga merupakan salah satu prasyarat utama untuk perkembangan ekonomi dunia, skenario terbaik-nya adalah ledakan pertumbuhan ekonomi yang besar tanpa diikuti konsumsi energi yang luar biasa besar pula. Dalam dekade terakhir ini dunia telah meningkatkan efisiensi energi meskipun dibayangi dengan pertumbuhan konsumsi energi luar biasa di negara kekuatan baru seperti Cina dan India. Setiap orang dari kita dapat melakukan sesuatu untuk meningkatkan efisiensi energi, tidak hanya dengan menggunakan lampu hemat energi dan bukan bola lampu pijar tradisional tetapi juga dengan membeli peralatan modern yang hemat energi lainnya untuk mengganti yang lama. Hal ini tidak hanya meningkatkan efisiensi energi tetapi juga merupakan salah satu langkah yang paling efisien untuk mengurangi emisi gas rumah kaca yang berkontribusi terhadap dampak perubahan iklim.
B. EFISIENSI BERBAGAI JENIS SEL SURYA
C. PENYEBAB TURUNNYA EFISIENSI Pantulan dari permukaan sel
26
Cahaya yg tdk cukup energi utk memisahkan elektron dari ikatan atomiknya. Besarnya energi yang diperlukan:
Cahaya yg memiliki energi ekstra di atas yg diperlukan. Elektron dan lubang yg dibangkitkan bisa secara acak akan bergabung sebelum menyumbang energi listrik. Elektron dan lubang yg dibangkitkan bisa bergabung kembali akibat dari cacat material. Pembayangan yg dihasilkan dari kontak elektrik di permukaan atas. Degradasi unjuk kerja akibat suhu operasi. Rerugi efisiensi berkaitan dengan cahaya yg energinya terlalu kecil atau terlalu besar. Cahaya berfrekuensi rendah (aras kemerahan) energinya lebih kecil dibanding cahaya berfrekuensi lebih tinggi. Cahaya yg memasuki sel surya bisa : Menembus sel. Diserap, menimbulkan panas dalam bentuk getaran atomik. Memisahkan elektron dari ikatannya, menghasilkan pasangan elektron. Menghasilkan pasangan elektron-lubang, tetapi kelebihan energi sehingga menjadi panas.
D. KEUNTUNGAN ENERGI SURYA Tersedia
bebas
dan
dapat
diperoleh
secara
gratis
di
alam.
Matahari merupakan sumber energi yang benar-benar bebas untuk digunakan oleh setiap orang. Tidak ada yang memiliki Matahari, jadi setelah Anda menutupi biaya investasi awal, pemakaian energi selanjutnya dapat dikatakan gratis. Persediaan energi surya hampir tak terbatas, yang bersumber dari matahari (surya). Kita sudah mengetahui, bahwa energi surya merupakan sumber energi terbarukan. Matahari hampir tak terbatas sebagai sumber energi, 27
dan energi surya tidak dapat habis, tidak seperti bahan bakar fosil yang akhirnya akan habis. Setelah bahan bakar fosil habis, dunia akan memerlukan alternatif sumber energi yang baik, dan energi surya jelas terlihat sebagai salah satu alternatif terbaik. Tanpa polusi dan emisi gas rumah kaca sehingga dapat mengurangi pemanasan global. Energi surya merupakan sumber energi yang ramah lingkungan karena tidak memancarkan emisi karbon berbahaya yang berkontribusi terhadap perubahan iklim seperti pada bahan bakar fosil. Setiap watt energi yang dihasilkan dari matahari berarti kita telah mengurangi pemakaian bahan bakar fosil, dan dengan demikian kita benar-benar telah mengurangi dampak perubahan iklim. Penelitian terbaru melaporkan bahwa rata-rata sistem rumah surya mampu mengurangi 18 ton emisi gas rumah kaca di lingkungan setiap tahunnya. Energi surya juga tidak memancarkan oksida nitrogen atau sulfur dioksida yang berarti tidak menyebabkan hujan asam atau kabut asap. Dapat dibangun di daerah terpencil karena tidak memerlukan transmisi energi maupun transportasi sumber energi. Energi surya adalah salah satu pilihan energi terbaik untuk daerah-daerah terpencil, bilamana jaringan distribusi listrik tidak praktis atau tidak memungkinkan untuk di-instal.
E. KERUGIAN ENERGI SURYA
Secara umum membutuhkan investasi awal yang besar (mahal). Kelemahan utama dari energi surya adalah biaya awal yang tinggi. Panel surya terbuat dari bahan mahal, bahkan dengan penurunan harga yang terjadi hampir setiap tahun, harganya tetap terasa mahal.
Untuk mencapai efisiensi rata-rata yang tinggi, pada umumnya tipe sel surya memerlukan permukaan areal yang luas. Oleh karenanya anda seringkali menjumpai panel-panel fotovoltaik berbentuk persegi empat yang menyerupai lembaran papan kayu lapis. Panel surya juga perlu untuk ditingkatkan efisiensinya. Untuk mencapai tingkat efisiensi yang memadai dibutuhkan lokasi instalasi yang luas, dan panel surya ini idealnya diarahkan ke matahari, tanpa hambatan seperti pohon dan gedung tinggi,
28
untuk mencapai tingkat efisiensi yang diperlukan. Proyek-proyek energi surya skala besar (pembangkit listrik tenaga surya yang besar) akan membutuhkan lahan yang luas, dan banyak air untuk tujuan pendinginan.
Efisiensi sel surya sangat dipengaruhi oleh polusi udara dan kondisi cuaca.
Sel surya hanya mampu membangkitkan energi sepanjang siang hari saja.
Pembuatan sel surya masih mahal.
29
DAFTAR PUSTAKA
Anonymous, 2009. Pemanfaatan PLTS Sebagai Energi Alternatif Potensial di Indonesia Chayun Budiono, 2003. Tantangan dan Peluang Usaha Pengembangan Ssitem Energi Terbarukan di Indonesia "Energy conversion by photosynthetic organisms" . Food and Agriculture Organization of the United Nations. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017 Energy (available energy) Flow Charts 2.7 YJ solar energy each year for two billion years vs. 1.4 YJ non-renewable resources available once. "Natural Forcing of the Climate System" . Intergovernmental Panel on Climate. Change. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017 "Radiation Budget" . NASA Langley Research Center. 2006-10-17. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017 Somerville, Richard. "Historical Overview of Climate Change Science" (PDF). Intergovernmental Panel on Climate Change. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017 Vermass, Wim. "An Introduction to Photosynthesis and Its Applications" . Arizona State University. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017 Smil (2006), hal. 12 Archer, Cristina; Jacobson, Mark. "Evaluation of Global Wind Power" . Stanford. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017 "Renewable Energy Sources" (PDF). Renewable and Appropriate Energy Laboratory. p. 12. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017 "Total
Primary
Energy
Consumption"
.
Energy
Information
Administration. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017 "Total Electricity Net Consumption" . Energy Information Administration. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017 Solar energy: A new day dawning? Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017
30
Powering the Planet: Chemical challenges in solar energy utilization retrieved. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017 PVWatts Viewer Weiss, Werner; Bergmann, Irene; Faninger, Gerhard. "Solar Heat Worldwide -Markets and Contribution to the Energy Supply 2006" (PDF). International Energy Agency. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017 Saiful Manan, Energi Matahari, Sumber Energi Alternatif Yang Effisien, Handal dan Ramah Lingkungan di Indonesia, Semarang: Program Diploma III Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Diponegoro "Solar Energy Perspectives: Executive Summary" . International Energy Agency.2011. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2011-12-03. Solar Fuels and Artificial Photosynthesis. Royal Society of Chemistry 2012.
http://www.rsc.org/ScienceAndTechnology/Policy/Documents/solar-
fuels.asp. Smil (1991), hal. 240. http://www.alpensteel.com/article/115-102-energi-matahari-suryasolar/2250-pemanfaatan-energi-surya-dimulai. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017 https://tenagamatahari.wordprees.com/beranda/sejarah-solar-cell/. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017 http://www.greenpeace.org/seasia/d/campaigns/perubahan-iklimglobal/Energi-Bersih/Energi_matahari/. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017 https://id.m.wikipedia.org/wiki/Energi_surya. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017 http://www.indoenergi.com/2012/04/pengertian-energi-surya.html?m=1. Diakses Pada Tanggal : 16 April 2017
31
