Sebuah hambatan adalah seluruh biomass harus melalui beberapa proses berikut: harus dikembangkan, dikumpulkan, dikeringkan, difermentasi dan dibakar.
Seluruh langkah ini membutuhkan banyak sumber daya dan infrastruktur.
2.2 Energi Surya
Matahari adalah pabrik tenaga nuklir yang dengan memakai proses fusi mengubah sejumlah empat ton massa hidrogen yang banyak terdapat di jagad raya
menjadi helium tiap detiknya dan menghasilkan energi dengan laju 10
20
kW- Jamdetik. Berbeda dengan proses fusi nuklir yang berbahaya, proses yang terjadi
merupakan yang paling bersih dan gratis, selain itu energi ini tidak memerlukan sarana angkutan atau transmisi jarak jauh, tidak berisik serta memiliki potensi
yang besar di berbagai lokasi untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi.
Gambar 2.2 Bagian Internal Matahari Literatur 3
2.2.1 Energi Surya Sumber Berbagai Sumber Energi
Energi surya memegang peranan paling penting dari berbagai sumber energi lain yang dimanfaatkan oleh manusia. Energi surya merupakan sumber
berbagai sumber energi. Energi surya mengawali terbentuknya sumber energi
Universitas Sumatera Utara
yang lain dan sumber energi lain akan tercipta selama ada matahari. Sebagian besar radiasi surya yang masuk ke atmosfer akan diserap oleh mahluk hidup yang
memiliki klorofil kemudian menggunakannya untuk membentuk biomassa yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi baik secara langsung maupun melalui
pembentukan bahan bakar fosil. Selain itu, radiasi surya yang jatuh pada permukaan air akan memanaskan dan menguapkan air tersebut sehingga daur
hidrologi terbentuk. Pada topografi permukaan bumi yang berbeda, daur hidrologi yang ada dipermukaan ini dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi.
Ketidakseragaman radiasi surya di permukaan bumi juga membantu dalam pembentukan pusat-pusat tekanan udara tinggi dan rendah yang mengakibatkan
terjadinya angin sebagai sumber energi. Mengingat kembali hukum Termodinamika I, sumber-sumber energi ini pun dapat diubah menjadi bentuk
yang lain seperti listrik, kimia, elektromagnetik, panas, dan lain-lain.
Gambar 2.3 Surya sebagai Sumber Berbagai Sumber Energi Literatur 4
Universitas Sumatera Utara
2.2.2 Potensi Energi Surya
Potensi energi surya pada suatu wilayah sangat bergantung pada posisi antara matahari dengan kedudukan wilayah tersebut dipermukaan bumi. Potensi
ini akan berubah tiap waktu, tergantung dari kondisi atmosfer, dan tempat garis lintang serta waktu hari dalam tahun dan jam dalam hari. Indonesia yang berada
dalam wilayah khatulistiwa mempunyai potensi energi surya yang cukup besar sepanjang tahunnya.
Selain menjadi sumber energi bagi sumber energi lainnya, energi surya sangat berpotensi untuk dimanfaatkan secara langsung sebagai sumber energi
alternatif. Pemanfaatan energi surya ini dapat dilakukan secara termal maupun melalui energi listrik. Pemanfaatan secara termal dapat dilakukan secara langsung
dengan membiarkan objek pada radiasi matahari, atau menggunakan peralatan yang mencakup kolektor dan konsentrator surya.
2.2.3 Geometri Surya
Sehubungan dengan bentuk bumi, posisi sumbu rotasi bumi, rotasi dan revolusi bumi mengelilingi matahari maka penerimaan radiasi matahari di suatu
wilayah akan bergantung pada waktu jam pada hari dan hari pada tahun serta bujur dan lintang wilayah tersebut. Perbedaan-perbedaan tersebut dapat
dijelaskan melalui Solar Geometry Geometri Surya. Radiasi surya diterima di permukaan bumi dalam dua cara, yaitu secara
langsung radiasi langsung dan melalui pantulan dari awan atau massa udara radiasi baur. Geometri surya ini lebih mempengaruhi nilai radiasi langsung
yang diterima daripada radiasi baurnya.
Universitas Sumatera Utara
Bentuk bumi yang mendekati bola membuat radiasi matahari akan jatuh pada intensitas yang berbeda di berbagai wilayah di permukaan bumi. Koordinat
pada bumi dinyatakan dengan bujur B dan lintang L. Pada suatu wilayah bujur mempengaruhi penerimaan radiasi pada satu hari sedangkan lintang
mempengaruhi penerimaan radiasi rata-rata dalam satu tahun. Sudut jam merupakan sudut antara normal permukaan bumi dan sinar
matahari yang diproyeksikan berdasarkan pandangan dari kutub selatan Sudut ini berubah sepanjang hari akibat adanya rotasi bumi. Perhitungan sudut ini juga
ditentukan oleh bujur dimana pengukuran radiasi dilakukan. Sudut jam dihitung menggunakan
24 360
12 ×
− =
S
t
ω Literatur 5
dimana t
s
merupakan waktu surya yang dihitung berdasarkan:
60 15
EQT B
Z t
t
L s
+ −
+ =
Literatur 5 oleh karena itu sudut jam bernilai negatip sebelum jam 12 dan positip setelah jam
12 waktu surya. Akibat adanya tumbukan meteor pada berjuta tahun yang lalu, sumbu
putar bumi membentuk sudut inklinasi kira-kira 23.45
o
terhadap sumbu yang tegak lurus bidang edarnya. Selama revolusi bumi dalam waktu 365.25 hari,
radiasi matahari yang jatuh ke suatu wilayah di permukaan bumi akan berbeda. Pada tanggal 21 Juni, 23 Desember, 21 September dan 21 Maret sudut yang
dibentuk antara bidang ekuator berada pada nilai-nilai yang ekstrim. Karena posisi sumbu rotasi bumi ini tetap maka saat bumi berevolusi sudut
yang terbentuk antara sinar matahari terhadap suatu bidang di equator akan
Universitas Sumatera Utara
berubah sepanjang tahun. Sudut ini disebut sebagai deklinasi surya. Hubungan antara deklinasi surya terhadap hari selama satu tahun dinyatakan sebagai:
−
= 360
370 80
45 .
23 n
Sin
δ Literatur 5
Karena permukaan bumi merupakan permukaan yang melengkung, maka akan lebih mudah untuk menganalisis sudut datang matahari pada sistem
koordinat horizontal. Dengan menggunakan sistem koordinat horizontal, radiasi matahari terhadap permukaan bidang datar
Azimuth surya merupakan sudut antara proyeksi sinar matahari di bidang horzontal dari arah selatan. Altitude tinggi matahari merupakan sudut yang
dibentuk antara sinar matahari dengan proyeksinya pada bidang horizontal. Sedangkan sudut zenit sudut datang merupakan komplemen dari sudut tinggi
surya yaitu diukur dari zenit. Sudut zenit ini ditentukan berdasarkan persamaan: δ
φ ω
δ φ
α θ
sin sin
cos cos
cos sin
cos +
= =
z
dimana α
ω δ
ψ
cos sin
cos sin
=
Literatur 5 Pada waktu sinar melintasi atmosfer, sebagian energi terserap, besarnya
penurunan energi sepanjang garis lintang ini ditentukan oleh konstanta penurunan energi extinction coefficient B.
−
=
z DN
B P
P A
I θ
cos exp
Literatur 5
Universitas Sumatera Utara
H P
P 00001184
. exp
− =
Dimana: I
DN
= radiasi langsung Wm
2
A, B = tetapan H = ketinggian suatu tempat di atas permukaan laut m
PP
o
= nisbah tekanan di suatu tempat terhadap tekanan atmosfer baku
θ
z
= sudut datang terhadap normal, zenith derajat Besarnya nilai konstanta B sangat bergantung pada kejernihan atmosfer
sedangkan besarnya konstanta A dan B dapat dilihat pada tabel 2.1. Perhitungan energi global pada keadaan cerah dengan memakai rumus di atas harus
ditambahkan sebesar 5-10 karena adanya radiasi baur. Tabel 2.1. Nilai konstanta A,B dan C
Tanggal Hari
Ke- Ф
A Wm
2
B C
Persamaan Waktu menit
21 Januari 21 Februari
21 Maret 21 April
21 Mei 21 Juni
21 Juli 21 Agustus
21 September 21 Oktober
21 Nopember 21 desember
19.85 54.06
80.00 110.47
140.15 172.50
201.84 232.49
265.00 292.34
324.20 357.50
-20 -10
0.0 +11.6
+20.0 +23.45
+20.60 +12.30
+0.00 -10.50
-19.80 -23.45
1230 1215
1186 1136
1104 1088
1085 1107
1150 1192
1221 1233
0.142 0.144
0.156 0.180
0.196 0.205
0.207 0.201
0.177 0.160
0.149 0.142
0.058 0.060
0.071 0.097
0.121 0.134
0.136 0.122
0.092 0.073
0.063 0.057
-11.2 -13.9
-7.5 +1.1
+3.3 -1.4
-6.2 -2.4
+7.5 +15.4
+13.8 +1.6
Sumber: DuffieBeckman, 1981
Universitas Sumatera Utara
Pada suatu bidang datar, besarnya iradiasi global, H yang merupakan penjumlahan antara radiasi langsung dan baur, dapat ditentukan dengan rumus
berikut:
DN DN
glo
CI I
H +
=
α
sin
Literatur 5 Suku pertama ruas kanan merupakan komponen radiasi langsung, sedangkan
suku kedua mengacu pada radiasi baur. Dimana: α = sudut ketinggian surya altitude
C = presentase sinar baur
2.3 Kolektor Datar
