Pengertian Energi Panas Matahari Dan Contoh Pemanfaatannya

8 views

Pengertian Energi Panas Matahari Dan Contoh Pemanfaatannya – Energi panas matahari atau energi panas surya atau solar thermal energy (STE) adalah teknologi yang memanfaatkan energi surya untuk sektor industri, perumahan, dan komersial. Pengumpul panas surya diklasifikasikan oleh Administrasi Informasi Energi Amerika Serikat sebagai pengumpul bersuhu rendah, menengah, atau tinggi. Pengumpul suhu rendah umumnya adalah piringan datar yang digunakan untuk memanaskan kolam renang. Pengumpul suhu sedang juga umumnya merupakan piringan datar, tetapi digunakan untuk memanaskan air atau udara untuk penggunaan perumahan dan komersial. Sementara itu, pengumpul suhu tinggi mengkonsentrasikan cahaya matahari dengan menggunakan cermin atau lensa dan umumnya dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan panas hingga 300 derajat C / tekanan 20 bar pada industri dan penghasilan tenaga listrik.

Pengertian Energi Panas 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 di permukaan Bumi berada pada jangkauan spektrum sinar tampak dan inframerah dekat. Sebagian kecil berada pada rentang ultraviolet dekat.

Permukaan darat, 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.

Total energi surya yang diserap oleh atmosfer, lautan, dan daratan Bumi sekitar 3.850.000 eksajoule (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, gas alam, dan uranium.

Energi Surya dapat dimanfaatkan pada berbagai tingkatan di seluruh dunia, yang utamanya bergantung pada jarak dari khatulistiwa.

Pemanfaatan Energi Panas Matahari

Saat ini, manusia telah menggunakan panas dari energi matahari untuk memenuhi berbagai kebutuhan. Bagaimana cara kita memanfaatkan energi panas matahari? Berikut berbagai contoh pemanfaatan panas matahari (solar thermal):

1. Kompor matahari (surya)

Pengertian Energi Panas Matahari

Kompor matahari merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan panas dari energi matahari untuk memenuhi kebutuhan memasak berbagai jenis makanan. Kompor matahari merupakan pemanas yang sangat ramah lingkungan, karena hanya membutuhkan sinar matahari sebagai sumber energinya. Kompor ini hemat biaya dan bebas polusi dibandingkan kompor minyak, batubara, dan kayu bakar. Penggunaan secara massal bisa mengurangi polusi udara dalam jumlah yang besar.

Kompor matahari secara umum terbagi dalam dua, yaitu kompor parabola dan kotak oven. Secara umum, kompor matahari memasak menggunakan tiga metode, yaitu pemanasan, pemanggangan, dan pasteurisasi. Kompor parabola memasak menggunakan metode pemanasan dan pasteurisasi, sementara kotak oven metodenya pemanggangan.

Kompor parabola merupakan alat yang terbuat dari cermin (atau serupa cermin) yang fungsinya menfokuskan panas matahari pada satu titik di pusat parabola. Di titik inilah, panas dari energi matahari akan terkumpul. Panas yang terkumpul ini bisa menghasilkan suhu ratusan hingga 600 derajat celsius. Tinggi rendahnya suhu yang dicapai tergantung teknologi cermin parabola yang dipakai.

Panas yang tinggi di pusat parabola inilah yang dimanfaatkan untuk memasak. Untuk pemanfaatan langsung, alat pemasak seperti panci atau wajan ditempatkan di pusat parabola. Sementara, penggunaan panas tidak langsung dilakukan dengan mengalirkan panas di pusat parabola dengan menggunakan media penghantar panas seperti logam, cairan, dan udara.

Kompor parabola juga dapat digunakan untuk proses pasteurisasi makanan. Prosesnya, panas yang dihasilkan di pusat parabola digunakan untuk memproduksi uap dari proses pemanasan air. Uap inilah yang dimanfaatkan untuk proses pasteurisasi.

Sementara kompor oven merupakan alat berbentuk kotak tertutup. Penutup atas terbuat dari kaca bening yang memiliki dua fungsi, yaitu menyalurkan energi matahari ke dalam kotak dan menahan panas yang ada di dalam kotak agar tidak keluar. Di bagian dalam kotak ada plat kolektor panas sinar matahari yang biasanya terbuat dari logam. Panas dari logam inilah yang akan memanaskan oven. Suhu yang dihasilkan kompor oven lebih rendah dibandingkan kompor parabola, meski begitu pencapaiannya diatas 100 derajat celsiu sehingga cukup layak untuk proses pemanggangan masakan.

Saat ini, sudah banyak negara di Afrika dan Asia yang menggunakan kompor matahari untuk memasak. India merupakan negara yang paling getol menggunakan energi bersih dan sangat murah ini.

2. Pengering Matahari

Pengertian Energi Panas Matahari

Proses pengeringan dengan memanfaatkan sinar matahari sudah dipakai manusia sejak dahulu. Mulai dari menjemur pakaian, mengeringkan bahan-bahan yang basah, serta pengeringan produk pertanian dan perikanan. Sebagian besar pengeringan dilakukan secara tradisional, yaitu dengan cara menjemur di bawah terik matahari di udara terbuka. Namun, cara ini sangat bergantung kepada cuaca. Saat mendung proses pengeringan berlangsung lebih lama, sementara saat hujan pengeringan tidak bisa dilakukan.

Kendala cuaca inilah yang membuat peneliti mengembangkan pengering matahari tertutup. Ada banyak teknologi pengering tertutup, dan yang kita akan bahas adalah pengering sederhana. Disebut sederhana karena teknologi dan kontruksinya sederhana, ukurannya kecil, tidak membutuhkan banyak bahan, pembuatanya tidak rumit, dan yang terpenting biayanya murah, he he he… Pengering ini bisa dibuat sendiri, meski perlu sedikit keahlian pertukangan.

Prinsip kerja pengering tenaga surya

Sinar matahari masuk menembus tutup kaca kemudian akan memanasi plat kolektor yang ada pada dasar kotak pengering. Untuk pengering tenaga surya sederhana, ruang kolektor menjadi satu dengan kotak pengering. Karena diruangan tertutup, panasnya kolektor membuat suhu ruangan meningkat. Selain kolektor, pemanasan juga disumbang dari bahan pembuat kotak pengering yang biasanya terbuat dari seng. Sinar matahari ini juga akan mengenai langsung bahan yang di keringkan sekaligus menyebabkan udara di dalam kotak pengeringan tersebut menjadi sangat panas.

Sementara itu udara luar akan masuk di dalam kotak lewat bawah mengalir ke atas kemudian keluar lewat cerobong. Jadi bahan yang berada di kotak pengeringan tersebut akan di keringkan langsung oleh sinar matahari, serta udara panas di dalam kotak pengeringan tersebut, kemudian jika masih ada uap air akan terbawa oleh udara yang masuk dari bawah menuju ke atas dan keluar melalui cerobong.

Jika sinar matahari tertutup awan udara di dalam kotak pengering tersebut akan tetap panas. Sebab, kotak dibuat kedap dengan adanya isolator,meskipun sepanas sewaktu sinar matahari terik. Jika matahari bersinar kembali, suhu di dalam kotak pengering tersebut akan segera meninggi, tanpa memerlukan waktu yang lama. Adapun pengering tenaga surya yang lebih kompleks, kotak kolektor akan terpisah dengan ruangan pengering. Kolektor panas bisa terbuat dari plat datar, tabung, lensa cekung, dan parabola.

3. Pemanas Air (solar water heating system)

Pengertian Energi Panas Matahari

solar water heating system

Selama 20 tahun terakhir orang Indonesia sudah sering melihat instalasi panel surya untuk pemanas air. Penggunaan pemanas air untuk perumahan hampir terjadi di seluruh dunia. Investasi memasang sistem pemanas air di rumah disebut-sebut sebagai investasi yang efektif karena bisa memanaskan air sepanjang tahun, tanpa terhalang musim. Energi yang dipakai adalah energi matahari yang gratis. Kota Barcelona di Spanyol merupakan salah satu kota percontohan yang menggunakan panas matahari untuk pemanas air secara massif.

Sistem pemanas air tenaga matahari ini dibagi dalam dua, yaitu pasif dan aktif.

a. Pemanas aktif

Ada dua tipe pada sistem pemanas air aktif, yaitu sistem sirkulasi langsung dan tak langsung. Pada sistem sirkulai langsung, air dipanaskan melalui sirkulasi langsung ke penangkap panas (panel surya). Sementara pada sistem tak langsung, panas yang terjadi pada panel surya diserap oleh cairan yang kemudian disirkulasikan ke sistem penyimpanan panas. Secara umum, sistem penyimpanan panas berupa sebuah tabung yang prinsip kerjanya seperti termos untuk menyimpan air panas. Dalam tabung terdapat penyalur panas (heat exchanger) yang memanaskan pipa saluran air rumah. Sistem aktif tak langsung inilah yang banyak digunakan oleh masyarakat.

b. Pemanas Pasif

Sistem pasif hampir serupa dengan aktif dengan biaya yang lebih murah. Namun, tingkat efisiensinya lebih rendah. Meski begitu, sistemnya diprediksi lebih tahan lama. Ada dua sitem dalam pasif ini. Pertama, sistem pasif penangkap panas terintegrasi (integral collector-storage passive stem). Sistem ini efektif untuk wilayah yang memiliki suhu dibawah nol. Aplikasi terbaik untuk kebutuhan air panas pada siang hingga sore hari. Kedua, sistem thermosyphon, yaitu aliran air yang memasuki sistem karena adanya perbedaan suhu air. Air panas akan naik dan air dingin akan berada dibawah. Panel surya sebagai pengumpul panas harus ditempatkan dibawah tangki air sehingga air panas akan naik ke tangki.

4. Penghangat dan Pendingin Ruangan

Panas matahari juga dapat digunakan untuk menghangatkan dan mendinginkan ruangan. Penghangat ruangan, dibutuhkan oleh masyarakat yang mengalami musim dingin di negara empat musim. Berikutnya, masyarakat di pegunungan yang suhunya dingin. Penghangat ruangan memanfaatkan panas yang diterima kolektor panas (panel surya) untuk menghangatkan ruangan. Sementara pendingin udara (air conditioning/AC) bekerja dengan cara mengalirkan panas dari sel surya ke alat yang disebut chiller. Pada chiller, terjadi proses evaporasi gas untuk menghasilkan suhu dingin.

5. Pembangkit Listrik

Dunia telah membangun berbagai Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Pembangkitan listrik dilakukan dengan panel surya penerima panas (solar thermal) dan panel fotovoltaik. Ada berbagai teknologi yang digunakan untuk membangkitkan listik menggunakan panel surya penerima panas, diantaranya, pembangkit menara (power tower) berbasis turbin uap, pembangkit menara berbasis turbin udara (solar updraft), pembangkit parabola, dan pembangkit lensa cekung.

Pengertian Energi Panas Matahari

Salah satu keunggulan PLTS dengan panel thermal adalah daya yang dihasilkan bisa sangat besar, mencapai ratusan MW. Salah satu power tower di Amerika bisa berkapasitas 700 MW. PLTS berbasis panel thermal juga dibangun dilahan yang tidak produktif atau yang sulit ditanami tanaman pangan dan industri karena lahannya yang ekstrim. Lahan yang cocok adalah sahara atau padang pasir yang banyak terdapat di Amerika, Australia, Afrika, dan Timur Tengah. Salah satu kendala ada pada teknologi berbasis turbin uap karena membutuhkan air yang cukup banyak untuk menghasilkan uap, padahal lokasi pembangunannya di tempat ekstrim yang mana air merupakan barang yang sangat berharga. Namun, kendala ini sekarang bisa diatasi dengan teknologi turbin berbasis gas dan aliran udara keatas (solar updraft).

a. Menara Pembangkit (power tower) Berbasis Turbin Uap

Pembangkit ini bekerja dengan cara memusatkan panas matahari menggunakan ratusan cermin datar otomatis yang bisa mengikuti pergerakan matahari yang disebut heliostats. Panas matahari dipantulkan heliostats ke alat penerima panas di puncak menara. Suhu yang terkonsentrasi di penerima panas mencapai 1,350 derajat celsius atau 2.500 fahrenheit. Berikutnya, panas ini kemudian dialirkan menggunakan media, diantaranya air, gas, atau garam cair ke ketel penghasil uap. Panas akan memanaskan ketel sehingga menghasilkan uap. Berikutnya, uap digunakan menggerakkan turbin dan menghasilkan listrik. Turbin uap yang digunakan adalah turbin uap seperti yang dijumpai di Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) bebasis batubara sebagai energi primer.

Dari berbagai media penyimpan dan penghantar panas, garam cair adalah yang terbaik. Ada beberapa garam cair yang digunakan, diantaranya campuran sodium nitrate, potassium nitrate and calcium nitrate, lithium nitrate, dll. Garam cair juga dapat menyimpan panas dalam jangka waktu yang lama (bisa 1 minggu) menggunakan teknologi sistem penyimpanan garam cair (molten salt storage system). Dengan teknologi ini, power tower bisa menghasilkan listrik selama 24 jam, meski cuaca mendung dan malam hari. Tingkat efisiensi sistem ini mencapai 93-97%, sangat ekonomis dibandingkan pembangkit listrik berbahan bakar lainnya. Turbin listrik berkapasitas 100 MW membutuhkan tanki penyimpan panas setinggi 9,1 meter dan berdiameter 24 meter.

Proses pembangkitan listrik dimulai dari pemanasan garam cair di alat penerima panas di puncak menara. Garam meleleh pada suhu 131 derajat selsius, dan tetap dalam kondisi cair pada suhu 290 derajat celsius didalam tanki penyimpan garam cair dingin. Garam cair di tangki penyimpan dingin dialirkan ke penerima panas sehingga suhunya naik menjadi 565 derajat celsius. Lalu, garam cair dikirim ke tanki penyimpanan panas (prinsip kerjanya seperti termos) yang tertutup rapat dan dilengkapi lapisan penahan panas. Dari tangki ini, garam cair panas dialirkan ke generator uap untuk menghasilkan uap. Uap ini lalu digunakan menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik. Setelah dipakai menghasilkan uap, suhu garam cair turun menjadi sekitar 290 derajat celsius dan dialirkan ke tanki penyimpan dingin. Kemudian proses pemanasan dimulai lagi. Begitu seterusnya.

b. Menara Pembangkit (power tower) Berbasis Turbin Udara (Solar Updarft)

Pengertian Energi Panas Matahari

Power Tower berbasis turbin udara menggunakan turbin kaplan atau turbin yang biasa digunakan pada Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Karena menggunakan turbin berbasis udara, power tower jenis ini tidak membutuhkan air dan ini merupakan salah satu keunggulannya karena air merupakan SDA yang sulit didapat di lahan ekstrim.

Ada tiga bagian penting dari menara pembangkit ini, yaitu menara, kanopi, dan turbin. Menara, menara ini merupakan teknologi mesin thermal berbasis matahari. Menara berbentuk cerobong ini dapat mengubah panas menjadi energi mekanik. Proses naiknya udara panas ke puncak cerobong terjadi hal yang menjadi dasar pembangkitan listrik. Semakin tinggi menara cerobong akan semakin kuat aliran udara panasnya. Kanopi, berfungsi menangkap panas matahari dan mengalirkannya ke tempat penyimpanan panas yang dibangun dibawahnya. Penyimpanan panas menggunakan sistem penyimpanan panas bawah tanah. Jadi, kanopi harus terbuat dari alat penerima panas yang memiliki efisiensi tinggi. Turbin, berfungsi mengubah aliran udara panas menjadi listrik. Saat ini, perusahaan asal Australia EnviroMission mengumumkan akan membangun pembangkit jenis ini di California dengan kapasitas 200 MW.

c. Pembangkit Parabola

Memiliki kapasitas lebih kecil, sekitar 3-25 kilowatt per satu parabola. Ada tiga bagian dari pembangkit ini, yaitu cermin parabola, penerima panas yang diletakkan puncak parabola, dan mesin stirling yang akan menghasilkan listrik. Cermin parabola akan memusatkan panas matahari ke penerima panas. Panas di penerima panas kemudian dialirkan dengan media ke mesin stirling. Untuk pembangkit parabola, media yang digunakan adalah hydrogen atau helium. Gas panas akan diubah menjadi listrik menggunakan mesin stirling. Mesin ini menggunakan gas panas untuk menggerakkan piston dan menciptakan tenaga mekanik.

d. Pembangkit Lensa Cekung

Pembangkit lensa cekung berpangku pada sistem konsentrasi linier (Linear concentrating solar power/CSP) untuk menghasilkan listrik. Ada dua teknologi dalam pembangkitan lensa cekung, yaitu sistem pengumpul parabola (parabolic trough system) dan sistem reflektor fresnel linier (linear fresnel reflector system). Untuk pembangkitan listrik menggunakan mesin uap biasa. Satu sistem besar bisa menghasilkan listrik 50-250 MW.

Penutup

Demikian yang dapat Jagoan Ilmu bagikan, tentang pengertian energi panas matahari dan contoh pemanfaatannya, dimana solar thermal energy bisa dimanfaatkan dalam sektor industri maupun perumahan. Sekian dan terima kasih telah mengunjungi Jagoan Ilmu, semoga bermanfaat dan sampai jumpa lagi di artikel berikutnya.

Sumber:

  • https://id.wikipedia.org/wiki/Energi_surya
  • https://id.wikipedia.org/wiki/Energi_panas_surya
  • http://www.energi-ku.com/2015/03/pemanfaatan-panas-sinar-matahari-solar.html

Tags: #electro #Engineering #fisika #physics #Teknik

Leave a reply "Pengertian Energi Panas Matahari Dan Contoh Pemanfaatannya"

Author: 
author
Jangan pernah meremehkan diri sendiri. Bila kamu tak bahagia dengan hidupmu, perbaiki apa yang salah, dan TERUSLAH MELANGKAH.