Download - PEMAMFAATAN ENERGI MATAHARI.pdf
-
Makalah Sumber Daya Energi
Teknik Kimia UMI
SUMBER DAYA ENERGI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA
2013
-
Makalah Sumber Daya Energi
Teknik Kimia UMI
A. PENDAHULUAN
Pertumbuhan penduduk yang terus meningkat mengakibatkan kebutuhan energi pun
terus bertambah. Hal ini bertolak belakang dengan ketersediaan energi fosil yang selama ini
menjadi bahan bakar utama yang semakin menipis, energi fosil ini sendiri adalah energi yang
tidak dapat diperbaharui karena membutukan waktu yang sangat lama dalam
pembentukkannya. Untuk memenuhi kebutuhan energi yang terus meningkat, pemerintah
terus mengembangkan berbagai energi alternatif, di antaranya energi terbarukan. Potensi
energi terbarukan, seperti biomassa, panas bumi, energi surya, energi air, dan energi angin
sampai saat ini belum banyak dimanfaatkan, padahal potensi energi terbarukan di Indonesia
sangat besar.
Permintaan energi dunia terus meningkat sepanjang sejarah peradaban umat manusia.
Proyeksi permintaan energi pada tahun 2050 hampir mencapai tiga kali lipat. Tampaknya
masalah energi akan tetap menjadi topik yang harus dicarikan solusinya secara bersama-sama.
Pemanfaatan energi telah berkembang dan meningkat sesuai dengan perkembangan manusia
itu sendiri. Usaha-usaha untuk mendapatkan energy alternatif telah lama dilakukan untuk
mengurangi ketergantungan terhadap sumber daya minyak bumi. Pemanfaatan minyak bumi
diperkirakan akan habis dalam waktu yang tidak lama jika pola pemakaian seperti sekarang
ini yang justru semakin meningkat dengan meningkatnya industri maupun transportasi. Selain
itu dari berbagai penelitian telah didapat gambaran bahwa kualitas udara telah semakin
mengkawatirkan akibat pembakaran minyak bumi.
Indonesia merupakan negara yang memiliki berbagai jenis sumber daya energy dalam
jumlah yang cukup melimpah. Letak Indonesia yang berada pada daerah khatulistiwa, maka
wilayah Indonesia akan selalu disinari matahari selama 10 - 12 jam dalam sehari. Potensi
sumber energi matahari di Indonesia sebagai sumber energi listrik alternatif sangat perlu
dimanfaatkan mengingat, total intensitas penyinaran rata-rata 4,5 kWh per meter persegi
perhari, matahari bersinar berkisar 2000 jam per tahun, sehingga tergolong kaya sumber
energi matahari. Data Ditjen Listrik dan Pengembangan Energipada tahun 1997, kapasitas
terpasang listrik tenaga surya di Indonesia mencapai 0,88 MW dari potensi yang tersedia 1,2
x 109 MW.
ENERGI PANAS MATAHARI SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF
-
Makalah Sumber Daya Energi
Teknik Kimia UMI
Pengalaman dari Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT),
penerapanpembangkit listrik tenaga surya dapat dilaksanakan secara bertahap. Tahapan ini
meliputi beberapa aspek yang meliputi aspek pengenalan sampai pada tahap penyebarluasan.
Tahapan Pertama adalah tahap demonstrasi yaitu tahapan untuk mendapatkan model sistem
tenaga surya, investigasi keandalan sistem, mendapatkan kemampuan ekonomis,
meningkatkan kemampuan peneliti serta investigasi dampak sosial dari proyek listrik tenaga
surya. Tahapan berikutnya adalah demonstrasi ganda tujuan. Tahapan ini adalah untuk
mempelajari kendala dan masalah yang terjadi di lapangan, pengaturan distrubusi sistem serta
pengaturan-pengaturan setelah purna jual. masih perlu pendekatan, berbagai penyuluhan baik
teknis maupun non teknis mengingat kondisi sifat masarakat yang majemuk.. Tahapan
penyebarluasan, tujuan dari tahapan ini adalah menyebarluaskan penerapan PLTS yang secara
teknis, ekonomis dan sosial bisa diterima oleh masyarakat. Memperhatikan argumen yang
telah dikemukakan dan perkembangan industri sel surya saat ini kiranya sangat layak
memberdayakan secara optimal energi matahari menjadi energi listrik.
B. ENERGI MATAHARI
Energi surya atau matahari telah dimanfaatkan di
banyak belahan dunia dan jika dieksplotasi dengan
tepat, energi ini berpotensi mampu menyediakan
kebutuhan konsumsi energi dunia saat ini dalam waktu
yang lebih lama. Matahari dapat digunakan secara
langsung untuk memproduksi listrik atau untuk
memanaskan bahkan untuk mendinginkan. Potensi
masa depat energi surya hanya dibatasi oleh keinginan
kita untuk menangkap kesempatan.Ada banyak cara untuk memanfaatkan energi dari matahari.
Tumbuhan mengubah sinar matahari menjadi energi kimia dengan menggunakan fotosintesis.
Kita memanfaatkan energi ini dengan memakan dan membakar kayu. Bagimanapun, istilah
tenaga surya mempunyai arti mengubah sinar matahari secara langsung menjadi panas atau
energi listrik untuk kegunaan kita. dua tipe dasar tenaga matahari adalah sinar matahari dan
photovoltaic (photo- cahaya, voltaic=tegangan)Photovoltaic tenaga matahari: melibatkan
-
Makalah Sumber Daya Energi
Teknik Kimia UMI
pembangkit listrik dari cahaya. Rahasia dari proses ini adalah penggunaan bahan semi
konduktor yang dapat disesuaikan untuk melepas elektron, pertikel bermuatan negative yang
membentuk dasar listrik.
Manusia telah memanfaatkan energi surya (energi matahari) sejak manusia hadir di muka
bumi ini. Sekitar 5.000 tahun yang lalu, orang-orang "menyembah" matahari. Ra, dewa
matahari, dianggap raja pertama Mesir. Di Mesopotamia, dewa matahari Shamash adalah dewa
utama dan disejajarkan dengan keadilan. Di Yunani ada dua dewa matahari, Apollo dan Helios.
Pengaruh matahari juga muncul pada agama-agama lain: Zoroastrianisme, Mithraisme, agama
Romawi, Hindu, Buddha, Druid di Inggris, suku Aztec di Meksiko, suku Inca di Peru, dan
banyak suku asli Amerika lainnya.
Saat ini kita tahu, bahwa matahari hanyalah bintang yang paling dekat dengan kita. Tanpa
matahari, hidup tidak akan ada di planet bumi. Kita menggunakan energi surya setiap hari
dalam berbagai cara. Ketika kita menggantung cucian di halaman yang akan kering di bawah
sinar matahari, kita menggunakan panas matahari untuk melakukan kerja - mengeringkan
pakaian.
Tanaman menggunakan cahaya matahari untuk memproduksi makanan. Hewan makan
tanaman untuk makanannya. Dan tumbuhan yang membusuk ratusan juta tahun yang lalu
menghasilkan batubara, minyak dan gas alam yang kita gunakan saat ini. Jadi, bahan bakar fosil
ini sebenarnya merupakan sinar matahari yang disimpan berjuta-juta tahun yang lalu.
-
Makalah Sumber Daya Energi
Teknik Kimia UMI
C. PEMAMFAATAN ENERGI MATAHARI
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. Dapat
dilihat dari gambar di atas bahwa energi matahari yang tersedia adalah sebesar 81.000
TerraWatt sedangkan yang dimanfaatkan masih sangat sedikit.
Ada beberapa cara pemanfaatan energi panas matahari yaitu:
1. Pemanasan ruangan
2. Penerangan ruangan
3. Kompor matahari
4. Pengeringan hasi pertanian
5. Distilasi air kotor
6. Pemanasan air
7. Pembangkitan listrik
1. Pemanasan Ruangan
Ada beberapa teknik penggunan energi panas matahari untuk pemanasan ruangan, yaitu:
-
Makalah Sumber Daya Energi
Teknik Kimia UMI
Jendela
Ini merupakan teknik pemanasan dengan menggunakan energi panas matahari yang
paling sederhana. Hanya diperlukan sebuah lubang pada dinding untuk meneruskan panas
matahari dari luar masuk ke dalam bangunan. Ada jendela yang langsung tanpa ada kacanya
dan ada yang menggunakan kaca. Untuk mendapatkan panas yang optimal maka pada jendela
dipasang kaca ganda. Biasanya di daerah-daerah empat musim dinding/tembok bangunan
diganti dengan kaca agar matahari bebas menyinari dan menghangatkan ruangan pada saat
musim dingin.
Dinding Trombe(Trombe Wall)
Dinding trombe adalah dinding yang
diluarnya terdapat ruangan sempit berisi udara. Dinding
bagian luar dari ruangan sempit tersebut biasanya berupa
kaca. Dinding ini dinamai berdasarkan nama penemunya
yaitu Felix Trombe, orang berkebangsaan Perancis.
Prinsip kerjanya adalah permukaan luar ruangan ini akan
dipanasi oleh sinar matahari, kemudian panas tersebut
perlahan-lahan dipindahkan kedalam ruangan sempit.
Selanjutnya panas di dalam ruangan sempit tersebut akan dikonveksikan ke dalam bangunan
melalui saluran udara pada dinding trombe.
Greenhouse
Teknik ini hampir sama dengan dinding trombe
hanya saja jarak antara dinding masif dengan kaca
lebih lebar, sehingga tanaman bisa hidup di dalamnya.
Prinsip kerja greenhouse juga serupa dengan dinding
trombe. Panas masuk melalui kaca ke dalam
greenhouse lalu dikonveksikan ke dalam bangunan
untuk menghangatkan ruangan atau menjaga suhu
rungan tetap stabil meskipun pada waktu siang atau malam hari.
-
Makalah Sumber Daya Energi
Teknik Kimia UMI
2. Penerangan Ruangan
Adalah teknik pemanfaatan energi matahari yang banyak dipakai saat ini. Dengan
teknik ini pada siang hari lampu pada bangunan tidak perlu dinyalakan sehingga menghemat
penggunaan listrik untuk penerangan. Teknik ini dilaksanakan dengan mendesain bangunan
yang memungkinkan cahaya matahari bisa masuk dan menerangi ruangan dalam bangunan.
3. Kompor Matahari
Prinsip kerja dari kompor matahari adalah dengan memfokuskan panas yang diterima
dari matahari pada suatu titik menggunakan sebuah cermin cekung besar sehingga didapatkan
panas yang besar yang dapat digunakan untuk menggantikan panas dari kompor minyak atau
kayu bakar.
Untuk diameter cermin sebesar1,3 meter kompor ini memberikan daya thermal sebesar 800
watt pada panci. Dengan menggunakan kompor ini maka kebutuhan akan energi fosil dan
energi listrik untuk memasak dapat dikurangi.
4. Pengeringan Hasil Pertanian
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
-
Makalah Sumber Daya Energi
Teknik Kimia UMI
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 listrik.
5. Distilasi Air
Cara kerjanya adalah sebuah kolam yang
dangkal, dengan kedalaman 25mm hingga 50 mm,
ditututup oleh kaca. Air yang dipanaskan oleh radiasi
matahari, sebagian menguap, sebagian uap itu
mengembun pada bagian bawah dari permukaan kaca
yang lebih dingin. Kaca tersebut dimiringkan sedikit 10
derajat untuk memungkinkan embunan mengalir
karena gaya berat menuju ke saluran penampungan
yang selanjutnya dialirkan ke tangki penyimpanan.
6. Pemanasan Air
Penyediaan air panas sangat diperlukan oleh masyarakat, baik untuk mandi maupun
untuk alat antiseptik pada rumah sakit dan klinik kesehatan. Penyediaan air panas ini
memerlukan biaya yang besar karena harus tersedia sewaktu-waktu dan biasanya untuk
memanaskan digunakan energi fosil ataupun energi listrik. Namun Dengan menggunakan
pemanas air tenaga surya maka hal ini bukan merupakan masalah karena pemanasan air
dilakukan dengan menyerap panas matahari dengan menggunakan kolektor sehingga tidak
memerlukan biaya bahan bakar.
-
Makalah Sumber Daya Energi
Teknik Kimia UMI
Prinsip kerjanya adalah panas dari matahari diterima oleh kolektor yang terdapat di
dalam terdapat pipa-pipa berisi air. Panas yang diterima kolektor akan diserap oleh air yang
berada di dalam pipa sehingga suhu air meningkat. Air dingin dialirkan dari bawah sedangkan
air panasnya dialirkan lewat atas karena massa jenis air panas lebih kecil daripada massa jenis
air dingin (prinsip thermosipon). Air ini lalu masuk ke dalam penyimpan panas. Pada
penyimpan panas, panas dari air ini dipindahkan ke pipa berisi air yang lain yang merupakan
persediaan air untuk mandi/antiseptik. Sedangkan air yang berasal dari kolektor akan diputar
kembali ke kolektor dengan menggunakan pompa atau hanya menggunakan prinsip
thermosipon. Persediaan air panas akan disimpan di dalam tangki penyimpanan yang terbuat
dari bahan isolator thermal. Pada sistem ini terdapat pengontrol suhu jika suhu air panas yang
dihasilkan kurang dari yang diinginkan maka air akan dimasukkan kembali ke tangki
penyimpan panas untuk dipanaskan kembali.
Kolektor yang digunakan pada pemanas air tenaga panas matahari ini adalah kolektor
surya plat datar yang bagian atasnya terbuat dari kaca yang berwarna hitam redup sedangkan
bagian bawahnya terbuat dari bahan isolator yang baik sehingga panas yang terserap kolektor
tidak terlepas ke lingkungan. Air panas di dalam kolektor bisa mencapai 82 C sedangkan air
panas yang dihasilkan tergantung keinginan karena sistem dilengkapi pengontrol suhu.
-
Makalah Sumber Daya Energi
Teknik Kimia UMI
7. Pembangkit Listrik
Parabolik
Parabolik digunakan di fasilitas listrik tenaga surya terbesar di dunia yang terletak di
Gurun Mojave di Kramer Junction, California. Fasilitas ini telah beroperasi sejak tahun 1980
dan menyumbang sebagian besar listrik yang dihasilkan oleh sektor tenaga listrik surya saat
ini. Sebuah kolektor parabola memiliki reflektor parabola berbentuk panjang yang
memfokuskan sinar matahari pada pipa receiver yang terletak pada fokus parabola. Kolektor
akan mengarah miring ke arah matahari mengikuti gerakan matahari dari timur ke barat di
sepanjang hari untuk memastikan bahwa matahari secara terus-menerus terfokus pada receiver.
Karena bentuk parabolanya, perangkat ini bisa terfokus ke matahari hingga mencapai 30
sampai 100 kali intensitas normal (rasio konsentrasi) pada pipa receiver yang terletak di
sepanjang garis pusat dari lengkungan, mencapai suhu operasi lebih dari 750 F.
"Bidang surya" memiliki baris paralel kolektor panas surya parabola yang selaras pada
sumbu horisontal utara-selatan. Cairan pemindah panas dipanaskan ketika bersirkulasi melalui
pipa receiver dan menuju ke serangkaian "penukar panas" di lokasi pusat. Di sini, cairan
bersirkulasi melalui pipa sehingga dapat mentransfer panas ke air untuk menghasilkan tekanan
tinggi, uap super panas. Uap ini kemudian dialirkan ke turbin uap konvensional dan generator
untuk menghasilkan listrik. Ketika cairan panas melewati penukar panas, ia menjadi dingin,
dan kemudian diresirkulasi melalui bidang surya untuk dipanaskan lagi.
Perangkat Pembangkit Listrik Panas Matahari
Parabolik
-
Makalah Sumber Daya Energi
Teknik Kimia UMI
Pembangkit ini biasanya dirancang untuk beroperasi sepenuhnya menggunakan
energi matahari saja, mengingat energi surya yang cukup memadai. Namun, semua
pembangkit parabola dapat menggunakan energi dari pembakaran bahan bakar fosil untuk
melengkapi output energi surya selama periode dimana matahari bersinar redup, seperti pada
saat hari berawan.
Piringan Surya
Sebuah sistem piring/mesin surya menggunakan kolektor surya yang bisa melacak arah
matahari, sehingga mereka selalu mengarah lurus ke matahari dan memusatkan energi surya
pada titik fokus piring. Rasio konsentrasi Sebuah piring surya jauh lebih tinggi dari parabolik
surya, biasanya lebih dari 2.000, dengan suhu fluida mencapai 1380 F.
Sistem piring/mesin surya mengkonversi panas menjadi tenaga mekanik dengan
mengkompresi fluida ketika cuaca dingin, dan dengan memanaskan cairan yang terkompresi
tadi, cairan akan menggerakkan turbin atau dengan piston menghasilkan kerja. Mesin ini
digabungkan ke generator listrik untuk mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik.
Perangkat Pembangkit Listrik Panas Matahari
Piringan Surya
-
Makalah Sumber Daya Energi
Teknik Kimia UMI
Menara Tenaga Surya
Sebuah menara tenaga surya, atau receiver pusat, menghasilkan listrik dari sinar
matahari dengan memfokuskan energi surya yang terkonsentrasi pada menara penukar panas
(penerima). Sistem ini menggunakan ratusan hingga ribu cermin matahari yang disebut
heliostats untuk mencerminkan dan mengkonsentrasikan energi matahari ke sebuah menara
receiver pusat. Energi yang terkonsentrasi dapat mencapai 1.500 kali energi yang datang dari
matahari.
Energi yang hilang saat transportasi diminimalkan karena energi surya langsung
ditransfer dari heliostats ke receiver tunggal, tidak dipindahkan melalui media transfer ke satu
lokasi sentral, seperti pada teknik parabola.
Prinsip kerya yaitu sinar matahari akan menembus kaca dari alat ini kemudian
memanaskan gas yang terperangkap di bawah kaca. Gas suhu tinggi ini akan memasuki tower
tertutup yang tingginya bisa mencapai 1000 meter vertikal. Oleh karena perbedaan suhu gas
Perangkat Pembangkit Listrik Panas Matahari
Menara Surya
-
Makalah Sumber Daya Energi
Teknik Kimia UMI
pada permukaan bumi dan 1000 meter diatas permukaan bumi, maka gas akan mengalir ke
atas melalui tower ini. Aliran gas/udara tersebut akan memutar turbin gas.
Menara pembangkit listrik harus besar agar menguntungkan secara ekonomis.
Teknik ini adalah teknologi yang menjanjikan untuk pembangkit listrik skala besar. Menara
surya berada dalam tahap awal pengembangan dibandingkan dengan teknologi parabola.
D. KEUNTUNGAN DAN KEKURANGAN ENERGI PANAS MATAHARI
Keuntungan dari penggunaan energi panas matahari antara lain:
Energi panas matahari merupakan energi yang tersedia hampir diseluruh bagian permukaan
bumi dan tidak habis (renewable energy).
Penggunaan energi panas matahari tidak menghasilkan polutan dan emisi yang berbahaya
baik bagi manusia maupun lingkungan.Penggunaan energi panas matahari untuk pemanas
air, pengeringan hasil panen akan dapat mengurangi kebutuhan akan energi fosil.
Pembanguan pemanas air tenaga matahari cukup sederhana dan memiliki nilai ekonomis.
Kerugian dari penggunaan energi panas matahari antara lain:
Sistem pemanas air dan pembangkit listrik tenaga panas matahari tidak efektif digunakan
pada daerah memiliki cuaca berawan untuk waktu yang lama.
Pada musim dingin, pipa-pipa pada sistem pemanas ini akan pecah karena air di dalamnya
membeku.
Membutuhkan lahan yang sangat luas yang seharusnya digunakan untuk pertanian,
perumahan, dan kegiatan ekonomi lainya. Hal ini karena rapat energi matahari sangat
rendah.
Lapisan kolektor yang menyilaukan bisa mengganggu dan membahayakan penglihatan,
misalnya penerbangan.
Sistem hanya bisa digunakan pada saat matahari bersinar dan tidak bisa digunakan ketika
malam hari atau pada saat cuaca berawan.
Penyimpanan air panas untuk perumahan bukan merupakan masalah, tetapi penyimpanan
uap air pada pembangkit listrik memerlukan teknologi yang sulit.
-
Makalah Sumber Daya Energi
Teknik Kimia UMI
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, W. 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Bandung. Pradnya Paramita.
Boyle, G. 1996. Renewable Energy. Milton Keynes. The Open University.
Gordon Feller. India Building Large-Scale Solar Thermal Capacity. Available from
http://www.ecoworld.org/Home/Articles2.cfm?TID=325
Ivan A Hadar. Kompas, 11 Oktober 2005. Keluar dari Ketergantungan (Pasar) BBM.
Passive Solar Architecture Heating. Available from www.azsolarcenter.com/design/pas-2
Solar Cooking. Available from www.energiinfo.org/solar_cooking