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
Kolektor datar dan konsentrator merupakan alat yang digunakan untuk mengumpulkan energi radiasi surya sedemikian sehingga energi termal yang
dihasilkan dapat dimanfaatkan secara lebih praktis untuk berbagai proses.
Kolektor datar surya terdiri dari cover penutup transparan, absorber dan insulator. Radiasi surya yang jatuh pada permukaan bahan transparan dalam
gelombang pendek akan diteruskan oleh bahan transparan untuk kemudian diserap oleh absorber. Warna hitam pada absorber memiliki sifat absorpsi terhadap radiasi
yang lebih besar sehingga sebagian besar radias matahari akan diserap. Penyerapan radiasi ini akan membuat suhu absorber menjadi tinggi. Radiasi
panas akan dipancarkan oleh absorber akan tetapi dalam bentuk gelombang panjang. Kebanyakan bahan transparan akan memiliki sifat opak terhadap radiasi
gelombang panjang dan oleh karena itu sebagian radiasi gelombang panjang ini dipantulkan kembali oleh bahan transparan menuju absorber. Sebagian radiasi
yang dipantulkan tersebut akan diserap kembali dan sisanya akan mengalami
Universitas Sumatera Utara
proses yang sama yaitu sebagian dipantulkan kembali ke absorber. Dengan demikian, kehilangan panas akibat radiasi menjadi minimal dengan menggunakan
kolektor datar. Selain itu, penutup transparan juga berfungsi sebagai penahan kehilangan panas yang dibawa oleh udara di atas absorber menuju lingkungan.
Panas dari absorber dimanfaatkan melalui penukar panas ke media pembawa panas. Media pembawa panas yang umum digunakan dapat merupakan
udara atau air. Ketika menggunakan air sebagai media, absorber akan mengkonduksikan panas menuju ke permukaan pipa-pipa bagian luar.
Selanjutnya berlangsung konduksi panas dari permukaan luar ke permukaan dalam. Dengan proses konveksi, panas akan berpindah dari permukaan dalam ke
air yang mengalir di dalam pipa tersebut, sehingga suhu air akan meningkat. Air dengan suhu yang tinggi kemudian dimanfaatkan pada di bagian lain di luar
kolektor datar. Proses yang mirip terjadi ketika udara digunakan sebagai media pembawa panas, namun dalam hal ini pipa jarang digunakan. Udara di atas atau
di bawah absorber dipanaskan melalui proses konveksi akibat kontak langsung dengan absorber. Udara dengan suhu tinggi ini kemudian dialirkan keluar
kolektor untuk dimanfaatkan pada proses-proses yang memerlukan udara panas. Kinerja sebuah kolektor surya akan bergantung dari karakteristik
absorptivitas dari absorber, transmisivitas dari bahan transparan, overall heat transfer coefficient koefisien pindah panas keseluruhan dari insulator, bahan
transparan serta absorber. Absorptivitas merupakan porsi cahaya yang diserap oleh suatu objek; transmisivitas merupakan porsi cahaya yang diteruskan oleh
suatu objek; sedangkan koefisien pindah panas keseluruhan merupakan daya hantar panas atau kebalikan dari resistansi panas.
Universitas Sumatera Utara
η τα
L
U
Gambar 2.4 keseimbangan termal kolektor datar
1. Keseimbangan termal
Keseimbangan termal dari kolektor dapat secara sederhana dinyatakan sebagai panas yang dikumpulkan untuk kemudian dimanfaatkan adalah panas
yang diserap dikurangi panas yang hilang ke lingkungan atau dinyatakan sebagai:
L A
Q Q
Q −
= Literatur 9 , Hal :4
Dimana : Q = Panas yang berguna
Q
A
= Panas yang diserap kolektor Q
L
= Kerugian panas ke lingkungan Panas yang dikumpulkan bergantung dari nilai absorptivitas dari absorber
dan transmisivitas dari penutup kolektor. Hasil kali kedua nilai tersebut disebut sebagai efisiensi optik. Panas yang diserap tersebut dinyatakan sebagai:
c A
IA Q
τα =
Literatur 9 , Hal :4 Dimana :
τ = Tetapan Boltzman 5,669 × 10
-8
[Wm
2
.K
4
] α
= Nilai absortivitas bahan I
= Intensitas surya [Wm
2
] Ac
= Luas permukaan kolektor [m
2
]
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan panas yang hilang dari sistem kolektor berbanding lurus dengan beda antara suhu absorber kolektor dengan suhu lingkungan, luas kolektor
dan koefisien pindah panas keseluruhan pada kolektor ke lingkungan. Jika luas kolektor cukup tipis sehingga luas kolektor dan kehilangan panas melalui
insulator diabaikan maka panas yang hilang ini dapat dinyatakan sebagai:
A C
C L
L
T T
A U
Q −
= Literatur 9 , Hal :4
Dimana : UL = Koefesien pindahan panas keseluruhan pada kolektor ke
lingkungan [Wm
2
.ºC] T
C
– T
A
= beda antara suhu absorber kolektor dengan suhu lingkungan [ºC]
Dengan demikian persamaan panas yang berguna dapat dinyatakan sebagai:
A c
c L
c
T T
A U
IA Q
− −
= τα
Untuk setiap satuan luas persamaan qA dapat dinyatakan sebagai:
A C
L
T T
U I
A q
− −
= τα
Literatur 9 , Hal :4
2. Efisiensi kolektor datar
Efisiensi kolektor menyatakan perbandingan antara panas yang dapat dikumpulkan terhadap radiasi matahari.
I T
T U
I q
A c
L
− −
= =
τα η
Literatur 5
Jika
I T
T f
A c
c
− =
f
c
disebut sebagai titik pengoperasian atau fungsi efisiensi efisiensi tertinggi diperoleh ketika suhu absorber sama dengan suhu
lingkungan, yaitu pada f
c
=0. Nilai efisiensi tertinggi kolektor sama dengan
Universitas Sumatera Utara
efisiensi optiknya. Selain itu kurva juga menyatakan bahwa terdapat nilai radiasi dimana efisiensi menjadi nol atau tidak ada panas yang dikumpulkan, yaitu pada:
τα
A c
L t
T T
U I
− =
Literatur 5 Tingkat radiasi ini disebut sebagai tingkat radiasi threshold. Pada nilai-
nilai radiasi dibawah I
t
tersebut suhu kolektor tidak dapat bertahan pada T
c
. Dengan cara yang sama, pada tingkat radiasi tertentu maka terdapat nilai
Tc dimana panas tidak ada yang dikumpulkan disebut sebagai suhu stagnasi yang besarnya adalah:
L A
cs
U I
T T
τα
+ =
Literatur 5 Pada tingkat suhu kolektor T
cs
, sehubungan dengan besarnya perbedaan antara suhu dengan suhu lingkungan maka kehilangan panas yang terjadi sama
dengan tingkat radiasi yang diserap oleh kolektor.
2.4 Destilasi Surya Tipe Basin
