Matahari sebagai sumber energi docx
MATAHARI sebagai SUMBER ENERGI
Matahari merupakan suatu bola gas yang pijar dan ternyata tidak
berbentuk bulat betul. Matahari mempunyai fungsi dan manfaat yang sangat
penting bagi bumi. Energi pancaran matahari telah membuat bumi tetap hangat
bagi kehidupan, membuat udara dan air di bumi bersirkulasi, dan banyak hal
lainnya. Matahari juga merupakan sumber energi (sinar panas) terbesar di bumi.
Energi yang terkandung dalam batu bara dan minyak bumi sebenarnya juga
berasal dari matahari. Matahari juga mengontrol stabilitas peredaran bumi yang
juga berarti mengontrol terjadinya siang dan malam, tahun serta mengontrol
planet-planet lainnya. Tanpa matahari, sulit dibayangkan kalau akan ada
kehidupan di bumi. Karena berkat adanya sinar matahari, dunia ini menjadi hidup
karena sinar matahari memberikan energi pada semua mahluk bumi. Pemanfaatan
sumber energi matahari sudah digunakan orang sejak dahulu. Panas Matahari
biasa digunakan untuk mengeringkan cucian, mengeringkan hasil bumi, pertanian
dan masih banyak lagi. Berikut beberapa contoh matahari sebagai sumber energi
bagi berlangsungnya kehidupan, antara lain :
1. Untuk Pemanas Air
Pada era modern saat ini banyak ditemukan pemanas air yang
menggunakan energi matahari, pemanas tersebut biasanya tersimpan
diatap rumah guna mendapatkan sinar matahari secara maksimal. Pemanas
air dengan teknik pemanasan menggunakan sinar matahari ini sangat
efisien karena sama sekali tidak menggunakan bahan bakar minyak, tanpa
listrik, tidak menimbulkan polusi, tetapi air menjadi panas berkat adanya
kolektor pengumpul / penyerap panas matahari. Air dingin akan melewati
kolektor dan menyerap panas dari kolektor untuk selanjutnya air yang
telah panas disimpan dalam tangki air panas.
(Alat Pemanas air tenaga matahari)
2. Untuk Pembangkit Listrik
Selain untuk pemanas air, cahaya matahari mempunyai potensi
yang dapat dirubah menjadi energi listrik. Alat yang digunakan untuk
merubah cahaya matahari menjadi listrik ini adalah panel surya / solar sel.
Teknologi Solar Energy yang umum saat ini yaitu solar cell, terdiri dari
beberapa komponen utama yaitu panel surya sebagai penerima radiasi
matahari, baterai tempat penyimpanan listrik, dan alat pengotrol pengubah
energi matahari menjadi energi listrik. Prinsip dasar dari solar cell ini
cukup sederhana, yaitu mengubah energi dari matahari menjadi energi
listrik yang bisa dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Sumber energi
yang digunakan berasal dari matahari yang tak akan pernah habis sampai
akhir zaman, sehingga dapat dikatakan sumber energi matahari adalah ‘
sumber energi yang kekal abadi’ bagi kita.
Solar sel ini terbuat dari bahan dasar utama berupa silikon melalui proses
yang rumit dan ditempatkan dibalik kaca atau bahan transparan lainya.
Panel surya dalam bentuk miniature biasa kita jumpai dalam kalkulator
yang menggunakan tenaga dari cahaya sebagai sumber listriknya.
Sel surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal
atau sambungan, dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya
berfungsi seperti dioda, dan saat disinari dengan cahaya matahari dapat
menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel surya
komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus
short-circuit dalam skala milliampere per cm2. Besar tegangan dan arus ini
tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel
surya disusun secara seri membentuk modul surya. Satu modul surya
biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc
sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul
surya tersebut bisa digabungkan secara paralel atau seri untuk
memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya yang
dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Gambar dibawah menunjukan ilustrasi
dari modul surya.
Modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya yang dirangkai seri untuk
memperbesar total daya output. (Gambar :”The Physics of Solar Cell”, Jenny
Nelson)
Sesuai dengan perkembangan sains dan teknologi, jenis-jenis
teknologi sel surya pun berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang
disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat, dengan struktur atau
bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula. Gambar diatas
menunjukan ilustrasi sel surya dan juga bagian-bagiannya. Secara umum
terdiri dari :
a. Substrat/Metal backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya.
Material substrat juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik
karena juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya,
sehinga umumnya digunakan material metal atau logam seperti
aluminium atau molybdenum. Untuk sel surya dye-sensitized (DSSC)
dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat
masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu material
yang konduktif tapi juga transparan sepertii ndium tin oxide (ITO) dan
flourine doped tin oxide (FTO).
b. Material semikonduktor
Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang
biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk
sel surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel
surya lapisan tipis. Material semikonduktor inilah yang berfungsi
menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk kasus gambar diatas,
semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum
diaplikasikan di industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan
tipis, material semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk
pasaran yaitu contohnya material Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGS), CdTe
(kadmium telluride), dan amorphous silikon, disamping materialmaterial semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam
penelitian intensif seperti Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTS) dan Cu2O (copper
oxide). Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau
gabungan dari dua material semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p
(material-material yang disebutkan diatas) dan tipe-n (silikon tipe-n,
CdS,dll) yang membentuk p-n junction. P-n junction ini menjadi kunci
dari prinsip kerja sel surya. Pengertian semikonduktor tipe-p, tipe-n,
dan juga prinsip p-n junction dan sel surya akan dibahas dibagian
“cara kerja sel surya”.
c. Kontak metal / contact grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material
semikonduktor biasanya dilapiskan material metal atau material
konduktif transparan sebagai kontak negatif.
d. Lapisan antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang
terserap oleh semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya
dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Material anti-refleksi ini adalah
lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara
semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke
arah
semikonduktor
sehingga
meminimumkan
cahaya
yang
dipantulkan kembali.
e. Enkapsulasi / cover glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul
surya dari hujan atau kotoran.
Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction,
yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini
terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai
penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron
(muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan
hole (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron
dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom
dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon
didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon
tipe-n,
silikon
didoping
oleh
atom
fosfor.
Ilustrasi
dibawah
menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan
elektron). (Gambar : eere.energy.gov)
Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik
sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk
menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak,
maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipep sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan
sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran
elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika
cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong
elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang
selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak
menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan
pada gambar dibawah.
Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junction. (Gambar :
sun-nrg.org)
Cara kerja sel surya adalah dengan memanfaatkan teori cahaya
sebagai partikel. Sebagaimana diketahui bahwa cahaya baik yang tampak
maupun yang tidak tampak memiliki dua buah sifat yaitu dapat sebagai
gelombang dan dapat sebagai partikel yang disebut dengan photon.
Penemuan ini pertama kali diungkapkan oleh Einstein pada tahun 1905.
Energi yang dipancarkan oleh sebuah cahaya dengan panjang gelombang λ
dan frekuensi photon V dirumuskan dengan persamaan:
E = h.c/ λ
Dengan h adalah konstanta Plancks (6.62 x 10-34 J.s) dan c adalah
kecepatan cahaya dalam vakum (3.00 x 108 m/s). Persamaan di atas juga
menunjukkan bahwa photon dapat dilihat sebagai sebuah partikel energi
atau sebagai gelombang dengan panjang gelombang dan frekuensi tertentu.
Untuk memenuhi kebutuhan listrik perumahan, listrik dalam
baterai yang masih dalam bentuk arus searah (DC) serta mempunyai
tegangan yang kecil (12V) harus lah dirubah dahulu menyesuaikan dengan
spesipikasi listrik perumahan yaitu dalam bentuk arus bolak balik 220 Volt
menggunakan Inverter.
Solar Sel / Panel Surya
Untuk pengaturan traffic light ada baiknya menggunakan teknologi
ini dengan beban lampu menggunakan LED sehingga didapatkan
pemakaian listrik yang hemat serta bebas pemadaman jika terjadi
gangguan pada jaringan PLN . Dengan menggunakan teknologi ini berarti
beban akan penggunaan energi fosil dapat berkurang dan yang lebih
penting ramah terhadap lingkungan.
Dari beberapa keunggulan teknologi solar cell, yang menjadi inti
permasalahan mengapa solar cell tidak begitu diminati adalah solar
cell yang ada saat ini tidak begitu ekonomis. Harga seperangkat alat solar
cell skala rumahan yang terdapat di pasaran masih begitu mahal jika
dibandingkan dengan kecilnya arus daya yang dihasilkan. Dalam skala
besar, untuk satu pembangkit listrik berbasis tenaga surya menghabiskan
biaya sekitar sepuluh kali lipat lebih tinggi jika dibandingkan dengan
pembangkit listrik tenaga uap untuk kapasitas yang sama. Selain itu terkait
masalah efisiensi. Diketahui efisiensi penyerapan energi matahari untuk
diubah menjadi energi listrik hanya sekitar 5-10 persen. Idealnya sekitar
25 sampai 50 persen. Jika kita bisa menemukan metode untuk mencapai
angka sekian, memegang kata-kata dari Profesor Yohannes Surya, kita tak
perlu lagi bergantung dengan minyak bumi dan gas alam. Permasalahan
baterai juga menjadi kendala. Baterai untuk pembangkit listrik tenaga
surya (PLTS) saat ini sangatlah mahal dengan usia pemakaian yang
pendek. Di Indonesia, kebanyakan PLTS tidak menggunakan baterai untuk
menekan biaya. Akibatnya, PLTS tersebut tidak bisa menampung surplus
energi yang mungkin dihasilkan.
3. Untuk Proses Fotosintesis
Cahaya matahari merupakan sumber energi utama dalam
kehidupan. Gambaran yang paling logis terkait dengan hal ini adalah
proses fotosintesis pada tumbuhan yang melibatkan sinar matahari sebagai
energi yang dibutuhkan. Jika tumbuhan tidak berfotosintesis, maka
kehidupan tidak akan berlanjut mengingat sumber makanan bagi herbivora
tidak akan tersedia. Sebagai akibatnya, karnivora dan omnivora pun tidak
akan mendapatkan sumber makanan lagi. Tumbuhan membersihkan udara
untuk kita, menjaga suhu bumi tetap konstan, dan menjaga keseimbangan
proporsi gas-gas di atmosfer.
Oksigen yang kita hirup di udara dihasilkan oleh tumbuhan. Bagian
penting dari makanan kita juga disediakan oleh tumbuhan. Setiap tahun,
seluruh tumbuhan di muka bumi dapat menghasilkan zat-zat atau bahanbahan sebanyak 200 miliar ton. Berbeda dari sel manusia dan hewan, sel
tumbuhan dan organisme berklorofil dapat memanfaatkan langsung energi
matahari. Tumbuhan dan organisme berklorofil mengubah energi matahari
menjadi energi kimia dan menyimpannya sebagai nutrisi dengan cara yang
sangat khusus. Proses ini disebut "fotosintesis".
Fotosintesis merupakan proses biologi yang dilakukan tanaman
dan organisme berklorofil untuk menunjang proses hidupnya yakni dengan
memproduksi gula (karbohidrat) pada tumbuhan hijau dengan bantuan
energi sinar matahari, yang melalui sel-sel yang ber-respirasi, energi
tersebut akan dikonversi menjadi energi ATP sehingga dapat digunakan
bagi pertumbuhannya.
Reaksi umum dari proses fotosintesis adalah :
6 H2O + 6 CO2
C6H12O6 + 6 O2
Cahaya Proses fotosintesis adalah reaksi yang hanya akan terjadi dengan
keberadaan sinar matahari, baik kualitas maupun kuantitasnya. Hasil dari
fotosintesis seperti yang sudah tersebut di atas adalah C6H12O6 atau dengan
sebutan umum yaitu gula (karbohidrat).
4. Untuk Keberlangsungan Ekosistem
Matahari
berperan
terhadap
keberlangsungan
ekosistem.
Karbohidrat merupakan jenis molekul yang paling banyak ditemukan di
alam. Karbohidrat terbentuk pada proses fotosintesis sehingga merupakan
senyawa perantara awal dalam penyatuan karbon dioksida, hidrogen,
oksigen, dan energi matahari ke dalam bentuk hayati. Pengubahan energi
matahari menjadi energi kimia dalam reaksi biomolekul menjadikan
karbohidrat sebagai sumber utama energi metabolit untuk organisme
hidup.
Dari karbohidrat hasil fotosintesis dalam tanaman inilah yang
merupakan dasar dari perkembangan kehidupan makhluk hidup dalam
suatu ekosistem yang kemudian masuk pada piramida makanan dan rantai
makanan dalam suatu ekosistem yang dapat dijelaskan sebagai berikut :
a) Komunitas dari suatu ekosistem berinteraksi satu sama lain dan
juga berinteraksi dengan lingkungan abiotik. Interaksi suatu
organisme dengan lingkungannya terjadi untuk kelangsungan
hidupnya. Kelangsungan hidup organisme memerlukan energi.
b) Energi untuk kegiatan hidup diperoleh dari bahan organik yang
disebut energi kimia. Bahan organik dalam komponen biotik
awalnya terbentuk dengan bantuan energi cahaya matahari dan
unsur-unsur hara, seperti karbon dan nitrogen.
c) Bahan organik yang mengandung energi dan unsur-unsur kimia
ditransfer dari suatu organisme ke organisme lain melalui interaksi
makan dan dimakan. Peristiwa makan dan dimakan antar
organisme dalam suatu ekosistem membentuk struktur trofik yang
terdiri dari tingkat-tingkat trofik dimana setiap tingkat trofik
merupakan kumpulan berbagai organisme dengan sumber makanan
tertentu.
d) Tingkat trofik pertama adalah kelompok organisme autotrof yaitu
organisme yang dapat membuat bahan organik sendiri dengan
bantuan cahaya matahari yaitu tumbuhan dan fitoplankton.
Organisme autotrof disebut Produsen. Produsen pada ekosistem
darat adalah tumbuhan hijau sedangkan pada ekosistem perairan
adalah fitoplankton, ganggang dan tumbuhan air.
e) Tingkat trofik kedua dari struktur trofik suatu ekosistem ditempati
oleh berbagai organisme yang tidak dapat membuat bahan organik
sendiri. Organisme tersebut tergolong organisme heterotrof. Bahan
organik diperoleh dengan memakan organisme atau sisa-sisa
organisme lain sehingga organisme heterotrof disebut juga
konsumen. Pada tingkat trofik kedua dari struktur trofik suatu
ekosestem adalah Konsumen primer (herbivora).
5. Untuk Proses Pengeringan
Radiasi matahari selain untuk mengeringkan pakaian yang kita
jemur, juga dapat untuk pengeringan produk pertanian. Dalam hal ini,
energi surya dapat dimanfaatkan ke dalam dua bentuk yaitu pemanfaatan
secara termal dan pemanfaatan untuk listrik. Pada bidang pertanian
pemanfaatan energi surya termal biasa digunakan pada proses pengeringan
bahan pertanian. Pengeringan bisa dilakukan secara alami (penjemuran)
maupun secara buatan. Terdapat berbagai tipe pengering surya yang telah
berkembang saat ini, salah satunya adalah pengeringan yang menggunakan
kolektor berbentuk bangunan yang disebut dengan efek rumah kaca (ERK)
yang telah dikembangkan di IPB oleh Kamaruddin dan para kolega
penelitinya sejak tahun 1993 sampai saat ini secara berkesinambungan.
Pada prinsipnya pengeringan efek rumah kaca yaitu sinar matahari
yang memiliki radiasi gelombang panjang masuk untuk kemudian diserap
oleh absorber atau komponen lain di dalam bangunan pengering sehingga
suhu absorber dan komponen tersebut akan meningkat. Radiasi yang
dipancarkan oleh absorber/komponen dalam pengering dalam bentuk
gelombang panjang sehingga sulit untuk menembus dinding transparan.
Dengan demikian, terjadi peningkatan suhu udara pengering dan udara
dihembuskan melalui produk yang akan dikeringkan. Udara yang telah
lembab kemudian dikeluarkan dari bangunan pengering.
6. Untuk Kesehatan
a) Sinar matahari menghasilkan vitamin D
Vitamin D membuat tulang dan gigi menjadi kuat. Vitamin ini juga
mengurangi resiko kanker, diabetes, dan serangan jantung. Setiap
orang memerlukan vitamin D mulai dari bayi, anak-anak, remaja, dan
orang
dewasa.
Vitamin D terdapat pada susu, roti, gandum, beras merah, toge, kacang
panjang, kacang hijau, kacang merah. Tetapi sumber vitamin D yang
terbaik adalah sinar matahari. Tubuh kita membuat vitamin D ketika
kulit terkena sinar matahari.
Menurut Dokter Anak dari Chicago, Amerika Serikat, anak-anaka
memerlukan vitamin D lebih banyak, yaitu kira-kira 400 unit vitamin
D setiap hari atau paling sedikit 4 gelas susu. Jadi, anak-anak
dianjurkan untuk bermain di bawah matahari. Waktu terbaik untuk
mendapatkan sinar matahari adalah di pagi hari hingga pukul 09.00
pagi. Setelah itu, terlalu banyak sinar matahari dapat menyebabkan
kanker kulit. Pada waktu berkas sinar ultraviolet disaring di kulit. Ia
mengubah simpanan kolesterol di kulit menjadi vitamin D.
Menghadapkan sebagian dari tubuh ke sinar matahari selama 5 menit
memberikan 400 unit vitamin D.
b) Sinar matahari mengurangi kolesterol darah
Dengan mengubah kolesterol di bawah kulit menjadi vitamin D,
menyebabkan tubuh memberikan peringatan kepada kolesterol yang
ada dalam darah untuk keluar dari darah menuju ke kulit, sehingga
mengurangi kolesterol dalam darah.
c) Sinar matahari menjadi penawar infeksi dan pembunuh bakteri
Matahari dapat membunuh bakteri penyakit, virus dan jamur. Hal
itu berguna untuk perawatan TBC, erysipelas, keracunan darah,
peritonitis, pneumonia, mumps, asma saluran pernapasan. Bahkan
beberapa dari virus penyebar kanker dibinasakan oleh sinar ultraviolet
ini. Infeksi jamur, termasuk candida, bereaksi terhadap sinar matahari.
Bakteri di udara dibinasakan dalam waktu 10 menit oleh sinar
matahari.
d) Sinar matahari mengurangi gula darah
Cahaya matahari bagaikan insulin yang memberikan kemudahan
penyerapan glukosa masuk ke dalam sel-sel tubuh. Ini merangsang
tubuh untuk mengubah gula darah (glukosa) menjadi gula yang
tersimpan (glycogen), yang tersimpan di hati dan otot, sehingga
menurunkan gula darah.
e) Sinar Matahari meningkatkan kebugaran pernafasan
Sinar matahari dapat meningkatkan kapasitas darah untuk
membawa oksigen dan menyalurkannya ke jaringan-jaringan. Faktor
lain yang bisa membantu meningkatkan kebugaran pernafasan ialah
bahwa glikogen bertambah di hati dan otot setelah berjemur matahari.
f) Sinar matahari menolong dalam membentuk dan memperbaiki tulangtulang
Dengan bertambahnya tingkat vitamin D dalam tubuh karena
terkena sinar matahari, bisa meningkatkan penyerapan kalsium. Ini
menolong pembentukan & perbaikan tulang dan mencegah penyakit
seperti rakhitis dan osteomalacia (pelembutan tulang tidak Normal).
g) Sinar matahari meningkatkan beberapa jenis kekebalan
Sinar matahari menambah sel darah putih terutama limfosit, yang
digunakan untuk menyerang penyakit. Antibodi (gamma globulins)
bertambah. Pengaruh ini bertahan sampai 3 minggu. Nitrofil
membunuh kuman-kuman lebih cepat setelah pernafasan dengan sinar
matahari. Sepuluh menit di bawah sinar ultraviolet satu atau dua kali
setiap minggu dapat mengurangi flu 30-40 %.
7. Energi radiasi Matahari berbentuk sinar dan gelombang elektromagnetik
Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan
panjang gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik.
Gambar spectrum elektromagnetik di bawah disusun berdasarkan panjang
gelombang (diukur dalam satuan _m) mencakup kisaran energi yang
sangat rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah,
seperti gelombang radio sampai ke energi yang sangat tinggi, dengan
panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti radiasi X-ray dan
Gamma Ray.
a. Gelombang Radio
Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau
frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya
rendah atau sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz
ke
atas
dan
dikelompokkan
berdasarkan
lebar
frekuensinya.
Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang
dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-muatan ini
dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator.
Gelombang radio ini dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena
pula. Kamu tidak dapat mendengar radio secara langsung, tetapi
penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi gelombang
menjadi energi bunyi. Penggunaan paling banyak adalah komunikasi,
untuk meneliti luar angkasa dan sistem radar. Panjang gelombang radar
berkisar antara 0.8 – 100 cm.
b. Gelombang mikro
Gelombang mikro (mikrowaves) adalah gelombang radio dengan
frekuensi paling tinggi yaitu diatas 3 GHz. Jika gelombang mikro
diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada
benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, maka
makanan menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat.
Proses inilah yang dimanfaatkan dalam microwave oven untuk
memasak makanan dengan cepat dan ekonomis. Gelombang mikro
juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR (Radio Detection and
Ranging) RADAR berarti mencari dan menentukan jejak sebuah benda
dengan menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar memanfaatkan
sifat pemantulan gelombang mikro. Karena cepat rambat gelombang
elektromagnetik c = 3 X 108 m/s, maka dengan mengamati selang
waktu antara pemancaran dengan penerimaan. Manfaat gelombang ini
antara lain:
Untuk pemanas microwave
Untuk komunikasi RADAR (Radio Detection and Ranging)
Untuk menganalisa struktur atomik dan molekul
Dapat digunakan untuk mengukur kedalaman laut
Digunakan pada rangkaian Televisi
Gelombang RADAR diaplikasikan untuk mendeteksi suatu objek,
memandu pendaratan pesawat terbang, membantu pengamatan di
kapal laut dan pesawat terbang pada malam hari atau cuaca kabut,
serta untuk menentukan arah dan posisi yang tepat.
c. Sinar Inframerah
Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014
Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. Jika kamu
memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan
detektor yang dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum
ampermeter sedikit diatas ujung spektrum merah. Sinar yang tidak
dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah itu disebut radiasi
inframerah. Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekulmolekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda
panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah
yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.
Manfaat dari radiasi infrared adalah:
Untuk terapi fisik, menyembuhkan penyakit cacar dan encok
Radiasi inframerah dapat juga digunakan dalam alarm pencuri.
Untuk fotografi pemetaan sumber daya alam, mendeteksi tanaman
yang tumbuh di bumi dengan detail
Untuk fotografi diagnosa penyakit
Digunakan pada remote control berbagai peralatan elektronik
(alarm pencuri)
Mengeringkan cat kendaraan dengan cepat pada industri otomotif
Pada bidang militer, dibuat teleskop inframerah yang digunakan
melihat di tempat yang gelap atau berkabut.
Sinar infra merah dibidang militer dimanfaatkan satelit untuk
memotret permukaan bumi meskipun terhalang oleh kabut atau
awan.
d. Cahaya tampak
Cahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang paling
dikenal oleh kita dapat didefinisikan sebagai bagian dari spektrum
gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia.
Panjang gelombang tampak nervariasi tergantung warnanya mulai dari
panjang gelombang kira-kira 4 x 10-7 m untuk cahaya violet (ungu)
sampai 7x 10-7 m untuk cahaya merah. Kegunaan cahaya ini salah
satunya adlah penggunaan laser dalam serat optik pada bidang
telekomunikasi dan kedokteran serta membantu penglihatan mata
manusia
e. Sinar ultraviolet
Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz
sampai 1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombang 10 -8m sampai
10-7 m. Gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala
listrik. Matahari adalah sumber utama yang memancarkan sinar
ultraviolet dipermukaan bumi, lapisan ozon yang ada dalam lapisan
atas atmosferlah yang berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan
meneruskan sinar ultraviolet yang tidak membahayakan kehidupan
makluk hidup di bumi. Manfaat dari sinar UV adalah:
Untuk proses fotosintesis pada tumbuhan
Sinar UV diperlukan dalam asimilasi tumbuhan dan dapat
membunuh kuman-kuman penyakit kulit.
Membantu pembentukan vitamin D pada tubuh manusia
Dengan peralatan khusus dapat digunakan untuk membunuh
kuman penyakit, menyuci hamakan ruangan operasi rumah sakit
berikut instrumen-instrumen pembedahan
Untuk memeriksa keaslian tanda tangan di bank-bank.
f. Sinar X
Sinar X mempunyai frekuensi 10 Hz dan panjang gelombangnya
sangat pendek yaitu 10 cm. Meskipun seperti itu tapi sinar X
mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal
beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm. Manfaat dari
sinar X adalah:
Sinar X ini biasa digunakan dalam bidang kedokteran untuk
memotret kedudukan tulang dalam badan terutama untuk
menentukan tulang yang patah. Akan tetapi penggunaan sinar X
harus hati-hati sebab jaringan sel-sel manusia dapat rusak akibat
penggunaan sinar X yang terlalu lama.
Untuk analisa struktur bahan / kristal
Mendeteksi keretakan / cacat pada logam
Memeriksa barang-barang di bandara udara / pelabuhan.
g. Sinar Gamma
Sinar gamma mempunyai frekuensi 10 Hz atau panjang gelombang
10 cm. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius
jika diserap oleh jaringan tubuh. Manfaat dari sinar gamma adalah:
Dimanfaatkan dunia kedokteran untuk terapi kanker
Dimanfaatkan untuk sterilisasi peralatan rumah sakit
Untuk sterilisasi makanan, bahan makanan kaleng
Untuk pembuatan varietas tanaman unggul tahan penyakit dengan
produktivitas tinggi
Untuk mengurangi populasi hama tananaman (serangga)
Untuk medeteksi keretakan /cacat pada logam (seperti kegunaan
sinar X juga)
Untuk sistem perunut aliran suatu fluida (misalnya aliran PDAM),
mendeteksi kebocoran.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2011. Energi Matahari,
http://www.greenpeace.org/seasia/id/campaigns/perubahan-iklim-global/EnergiBersih/Energi_matahari/, diakses tanggal (14-02-2014)
Anonim. 2011. Solar Water Heater Pemanas air tenaga surya,
http://sanfordlegenda.blogspot.com/2012/09/Solar-Water-Heater-Pemanas-airtenaga-surya.html, diakses tanggal (14-02-2014)
Gunawan. 2013. Matahari Sumber Energi Sampai Hari Kiamat,
http://teknologi.kompasiana.com/terapan/2013/10/13/matahari-sumber-energisampai-hari-kiamat-598430.html, diakses tanggal (14-02-2014)
Matahari merupakan suatu bola gas yang pijar dan ternyata tidak
berbentuk bulat betul. Matahari mempunyai fungsi dan manfaat yang sangat
penting bagi bumi. Energi pancaran matahari telah membuat bumi tetap hangat
bagi kehidupan, membuat udara dan air di bumi bersirkulasi, dan banyak hal
lainnya. Matahari juga merupakan sumber energi (sinar panas) terbesar di bumi.
Energi yang terkandung dalam batu bara dan minyak bumi sebenarnya juga
berasal dari matahari. Matahari juga mengontrol stabilitas peredaran bumi yang
juga berarti mengontrol terjadinya siang dan malam, tahun serta mengontrol
planet-planet lainnya. Tanpa matahari, sulit dibayangkan kalau akan ada
kehidupan di bumi. Karena berkat adanya sinar matahari, dunia ini menjadi hidup
karena sinar matahari memberikan energi pada semua mahluk bumi. Pemanfaatan
sumber energi matahari sudah digunakan orang sejak dahulu. Panas Matahari
biasa digunakan untuk mengeringkan cucian, mengeringkan hasil bumi, pertanian
dan masih banyak lagi. Berikut beberapa contoh matahari sebagai sumber energi
bagi berlangsungnya kehidupan, antara lain :
1. Untuk Pemanas Air
Pada era modern saat ini banyak ditemukan pemanas air yang
menggunakan energi matahari, pemanas tersebut biasanya tersimpan
diatap rumah guna mendapatkan sinar matahari secara maksimal. Pemanas
air dengan teknik pemanasan menggunakan sinar matahari ini sangat
efisien karena sama sekali tidak menggunakan bahan bakar minyak, tanpa
listrik, tidak menimbulkan polusi, tetapi air menjadi panas berkat adanya
kolektor pengumpul / penyerap panas matahari. Air dingin akan melewati
kolektor dan menyerap panas dari kolektor untuk selanjutnya air yang
telah panas disimpan dalam tangki air panas.
(Alat Pemanas air tenaga matahari)
2. Untuk Pembangkit Listrik
Selain untuk pemanas air, cahaya matahari mempunyai potensi
yang dapat dirubah menjadi energi listrik. Alat yang digunakan untuk
merubah cahaya matahari menjadi listrik ini adalah panel surya / solar sel.
Teknologi Solar Energy yang umum saat ini yaitu solar cell, terdiri dari
beberapa komponen utama yaitu panel surya sebagai penerima radiasi
matahari, baterai tempat penyimpanan listrik, dan alat pengotrol pengubah
energi matahari menjadi energi listrik. Prinsip dasar dari solar cell ini
cukup sederhana, yaitu mengubah energi dari matahari menjadi energi
listrik yang bisa dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Sumber energi
yang digunakan berasal dari matahari yang tak akan pernah habis sampai
akhir zaman, sehingga dapat dikatakan sumber energi matahari adalah ‘
sumber energi yang kekal abadi’ bagi kita.
Solar sel ini terbuat dari bahan dasar utama berupa silikon melalui proses
yang rumit dan ditempatkan dibalik kaca atau bahan transparan lainya.
Panel surya dalam bentuk miniature biasa kita jumpai dalam kalkulator
yang menggunakan tenaga dari cahaya sebagai sumber listriknya.
Sel surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal
atau sambungan, dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya
berfungsi seperti dioda, dan saat disinari dengan cahaya matahari dapat
menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel surya
komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus
short-circuit dalam skala milliampere per cm2. Besar tegangan dan arus ini
tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel
surya disusun secara seri membentuk modul surya. Satu modul surya
biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc
sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul
surya tersebut bisa digabungkan secara paralel atau seri untuk
memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya yang
dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Gambar dibawah menunjukan ilustrasi
dari modul surya.
Modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya yang dirangkai seri untuk
memperbesar total daya output. (Gambar :”The Physics of Solar Cell”, Jenny
Nelson)
Sesuai dengan perkembangan sains dan teknologi, jenis-jenis
teknologi sel surya pun berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang
disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat, dengan struktur atau
bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula. Gambar diatas
menunjukan ilustrasi sel surya dan juga bagian-bagiannya. Secara umum
terdiri dari :
a. Substrat/Metal backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya.
Material substrat juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik
karena juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya,
sehinga umumnya digunakan material metal atau logam seperti
aluminium atau molybdenum. Untuk sel surya dye-sensitized (DSSC)
dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat
masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu material
yang konduktif tapi juga transparan sepertii ndium tin oxide (ITO) dan
flourine doped tin oxide (FTO).
b. Material semikonduktor
Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang
biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk
sel surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel
surya lapisan tipis. Material semikonduktor inilah yang berfungsi
menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk kasus gambar diatas,
semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum
diaplikasikan di industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan
tipis, material semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk
pasaran yaitu contohnya material Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGS), CdTe
(kadmium telluride), dan amorphous silikon, disamping materialmaterial semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam
penelitian intensif seperti Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTS) dan Cu2O (copper
oxide). Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau
gabungan dari dua material semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p
(material-material yang disebutkan diatas) dan tipe-n (silikon tipe-n,
CdS,dll) yang membentuk p-n junction. P-n junction ini menjadi kunci
dari prinsip kerja sel surya. Pengertian semikonduktor tipe-p, tipe-n,
dan juga prinsip p-n junction dan sel surya akan dibahas dibagian
“cara kerja sel surya”.
c. Kontak metal / contact grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material
semikonduktor biasanya dilapiskan material metal atau material
konduktif transparan sebagai kontak negatif.
d. Lapisan antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang
terserap oleh semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya
dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Material anti-refleksi ini adalah
lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara
semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke
arah
semikonduktor
sehingga
meminimumkan
cahaya
yang
dipantulkan kembali.
e. Enkapsulasi / cover glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul
surya dari hujan atau kotoran.
Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction,
yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini
terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai
penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron
(muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan
hole (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron
dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom
dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon
didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon
tipe-n,
silikon
didoping
oleh
atom
fosfor.
Ilustrasi
dibawah
menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan
elektron). (Gambar : eere.energy.gov)
Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik
sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk
menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak,
maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipep sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan
sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran
elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika
cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong
elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang
selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak
menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan
pada gambar dibawah.
Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junction. (Gambar :
sun-nrg.org)
Cara kerja sel surya adalah dengan memanfaatkan teori cahaya
sebagai partikel. Sebagaimana diketahui bahwa cahaya baik yang tampak
maupun yang tidak tampak memiliki dua buah sifat yaitu dapat sebagai
gelombang dan dapat sebagai partikel yang disebut dengan photon.
Penemuan ini pertama kali diungkapkan oleh Einstein pada tahun 1905.
Energi yang dipancarkan oleh sebuah cahaya dengan panjang gelombang λ
dan frekuensi photon V dirumuskan dengan persamaan:
E = h.c/ λ
Dengan h adalah konstanta Plancks (6.62 x 10-34 J.s) dan c adalah
kecepatan cahaya dalam vakum (3.00 x 108 m/s). Persamaan di atas juga
menunjukkan bahwa photon dapat dilihat sebagai sebuah partikel energi
atau sebagai gelombang dengan panjang gelombang dan frekuensi tertentu.
Untuk memenuhi kebutuhan listrik perumahan, listrik dalam
baterai yang masih dalam bentuk arus searah (DC) serta mempunyai
tegangan yang kecil (12V) harus lah dirubah dahulu menyesuaikan dengan
spesipikasi listrik perumahan yaitu dalam bentuk arus bolak balik 220 Volt
menggunakan Inverter.
Solar Sel / Panel Surya
Untuk pengaturan traffic light ada baiknya menggunakan teknologi
ini dengan beban lampu menggunakan LED sehingga didapatkan
pemakaian listrik yang hemat serta bebas pemadaman jika terjadi
gangguan pada jaringan PLN . Dengan menggunakan teknologi ini berarti
beban akan penggunaan energi fosil dapat berkurang dan yang lebih
penting ramah terhadap lingkungan.
Dari beberapa keunggulan teknologi solar cell, yang menjadi inti
permasalahan mengapa solar cell tidak begitu diminati adalah solar
cell yang ada saat ini tidak begitu ekonomis. Harga seperangkat alat solar
cell skala rumahan yang terdapat di pasaran masih begitu mahal jika
dibandingkan dengan kecilnya arus daya yang dihasilkan. Dalam skala
besar, untuk satu pembangkit listrik berbasis tenaga surya menghabiskan
biaya sekitar sepuluh kali lipat lebih tinggi jika dibandingkan dengan
pembangkit listrik tenaga uap untuk kapasitas yang sama. Selain itu terkait
masalah efisiensi. Diketahui efisiensi penyerapan energi matahari untuk
diubah menjadi energi listrik hanya sekitar 5-10 persen. Idealnya sekitar
25 sampai 50 persen. Jika kita bisa menemukan metode untuk mencapai
angka sekian, memegang kata-kata dari Profesor Yohannes Surya, kita tak
perlu lagi bergantung dengan minyak bumi dan gas alam. Permasalahan
baterai juga menjadi kendala. Baterai untuk pembangkit listrik tenaga
surya (PLTS) saat ini sangatlah mahal dengan usia pemakaian yang
pendek. Di Indonesia, kebanyakan PLTS tidak menggunakan baterai untuk
menekan biaya. Akibatnya, PLTS tersebut tidak bisa menampung surplus
energi yang mungkin dihasilkan.
3. Untuk Proses Fotosintesis
Cahaya matahari merupakan sumber energi utama dalam
kehidupan. Gambaran yang paling logis terkait dengan hal ini adalah
proses fotosintesis pada tumbuhan yang melibatkan sinar matahari sebagai
energi yang dibutuhkan. Jika tumbuhan tidak berfotosintesis, maka
kehidupan tidak akan berlanjut mengingat sumber makanan bagi herbivora
tidak akan tersedia. Sebagai akibatnya, karnivora dan omnivora pun tidak
akan mendapatkan sumber makanan lagi. Tumbuhan membersihkan udara
untuk kita, menjaga suhu bumi tetap konstan, dan menjaga keseimbangan
proporsi gas-gas di atmosfer.
Oksigen yang kita hirup di udara dihasilkan oleh tumbuhan. Bagian
penting dari makanan kita juga disediakan oleh tumbuhan. Setiap tahun,
seluruh tumbuhan di muka bumi dapat menghasilkan zat-zat atau bahanbahan sebanyak 200 miliar ton. Berbeda dari sel manusia dan hewan, sel
tumbuhan dan organisme berklorofil dapat memanfaatkan langsung energi
matahari. Tumbuhan dan organisme berklorofil mengubah energi matahari
menjadi energi kimia dan menyimpannya sebagai nutrisi dengan cara yang
sangat khusus. Proses ini disebut "fotosintesis".
Fotosintesis merupakan proses biologi yang dilakukan tanaman
dan organisme berklorofil untuk menunjang proses hidupnya yakni dengan
memproduksi gula (karbohidrat) pada tumbuhan hijau dengan bantuan
energi sinar matahari, yang melalui sel-sel yang ber-respirasi, energi
tersebut akan dikonversi menjadi energi ATP sehingga dapat digunakan
bagi pertumbuhannya.
Reaksi umum dari proses fotosintesis adalah :
6 H2O + 6 CO2
C6H12O6 + 6 O2
Cahaya Proses fotosintesis adalah reaksi yang hanya akan terjadi dengan
keberadaan sinar matahari, baik kualitas maupun kuantitasnya. Hasil dari
fotosintesis seperti yang sudah tersebut di atas adalah C6H12O6 atau dengan
sebutan umum yaitu gula (karbohidrat).
4. Untuk Keberlangsungan Ekosistem
Matahari
berperan
terhadap
keberlangsungan
ekosistem.
Karbohidrat merupakan jenis molekul yang paling banyak ditemukan di
alam. Karbohidrat terbentuk pada proses fotosintesis sehingga merupakan
senyawa perantara awal dalam penyatuan karbon dioksida, hidrogen,
oksigen, dan energi matahari ke dalam bentuk hayati. Pengubahan energi
matahari menjadi energi kimia dalam reaksi biomolekul menjadikan
karbohidrat sebagai sumber utama energi metabolit untuk organisme
hidup.
Dari karbohidrat hasil fotosintesis dalam tanaman inilah yang
merupakan dasar dari perkembangan kehidupan makhluk hidup dalam
suatu ekosistem yang kemudian masuk pada piramida makanan dan rantai
makanan dalam suatu ekosistem yang dapat dijelaskan sebagai berikut :
a) Komunitas dari suatu ekosistem berinteraksi satu sama lain dan
juga berinteraksi dengan lingkungan abiotik. Interaksi suatu
organisme dengan lingkungannya terjadi untuk kelangsungan
hidupnya. Kelangsungan hidup organisme memerlukan energi.
b) Energi untuk kegiatan hidup diperoleh dari bahan organik yang
disebut energi kimia. Bahan organik dalam komponen biotik
awalnya terbentuk dengan bantuan energi cahaya matahari dan
unsur-unsur hara, seperti karbon dan nitrogen.
c) Bahan organik yang mengandung energi dan unsur-unsur kimia
ditransfer dari suatu organisme ke organisme lain melalui interaksi
makan dan dimakan. Peristiwa makan dan dimakan antar
organisme dalam suatu ekosistem membentuk struktur trofik yang
terdiri dari tingkat-tingkat trofik dimana setiap tingkat trofik
merupakan kumpulan berbagai organisme dengan sumber makanan
tertentu.
d) Tingkat trofik pertama adalah kelompok organisme autotrof yaitu
organisme yang dapat membuat bahan organik sendiri dengan
bantuan cahaya matahari yaitu tumbuhan dan fitoplankton.
Organisme autotrof disebut Produsen. Produsen pada ekosistem
darat adalah tumbuhan hijau sedangkan pada ekosistem perairan
adalah fitoplankton, ganggang dan tumbuhan air.
e) Tingkat trofik kedua dari struktur trofik suatu ekosistem ditempati
oleh berbagai organisme yang tidak dapat membuat bahan organik
sendiri. Organisme tersebut tergolong organisme heterotrof. Bahan
organik diperoleh dengan memakan organisme atau sisa-sisa
organisme lain sehingga organisme heterotrof disebut juga
konsumen. Pada tingkat trofik kedua dari struktur trofik suatu
ekosestem adalah Konsumen primer (herbivora).
5. Untuk Proses Pengeringan
Radiasi matahari selain untuk mengeringkan pakaian yang kita
jemur, juga dapat untuk pengeringan produk pertanian. Dalam hal ini,
energi surya dapat dimanfaatkan ke dalam dua bentuk yaitu pemanfaatan
secara termal dan pemanfaatan untuk listrik. Pada bidang pertanian
pemanfaatan energi surya termal biasa digunakan pada proses pengeringan
bahan pertanian. Pengeringan bisa dilakukan secara alami (penjemuran)
maupun secara buatan. Terdapat berbagai tipe pengering surya yang telah
berkembang saat ini, salah satunya adalah pengeringan yang menggunakan
kolektor berbentuk bangunan yang disebut dengan efek rumah kaca (ERK)
yang telah dikembangkan di IPB oleh Kamaruddin dan para kolega
penelitinya sejak tahun 1993 sampai saat ini secara berkesinambungan.
Pada prinsipnya pengeringan efek rumah kaca yaitu sinar matahari
yang memiliki radiasi gelombang panjang masuk untuk kemudian diserap
oleh absorber atau komponen lain di dalam bangunan pengering sehingga
suhu absorber dan komponen tersebut akan meningkat. Radiasi yang
dipancarkan oleh absorber/komponen dalam pengering dalam bentuk
gelombang panjang sehingga sulit untuk menembus dinding transparan.
Dengan demikian, terjadi peningkatan suhu udara pengering dan udara
dihembuskan melalui produk yang akan dikeringkan. Udara yang telah
lembab kemudian dikeluarkan dari bangunan pengering.
6. Untuk Kesehatan
a) Sinar matahari menghasilkan vitamin D
Vitamin D membuat tulang dan gigi menjadi kuat. Vitamin ini juga
mengurangi resiko kanker, diabetes, dan serangan jantung. Setiap
orang memerlukan vitamin D mulai dari bayi, anak-anak, remaja, dan
orang
dewasa.
Vitamin D terdapat pada susu, roti, gandum, beras merah, toge, kacang
panjang, kacang hijau, kacang merah. Tetapi sumber vitamin D yang
terbaik adalah sinar matahari. Tubuh kita membuat vitamin D ketika
kulit terkena sinar matahari.
Menurut Dokter Anak dari Chicago, Amerika Serikat, anak-anaka
memerlukan vitamin D lebih banyak, yaitu kira-kira 400 unit vitamin
D setiap hari atau paling sedikit 4 gelas susu. Jadi, anak-anak
dianjurkan untuk bermain di bawah matahari. Waktu terbaik untuk
mendapatkan sinar matahari adalah di pagi hari hingga pukul 09.00
pagi. Setelah itu, terlalu banyak sinar matahari dapat menyebabkan
kanker kulit. Pada waktu berkas sinar ultraviolet disaring di kulit. Ia
mengubah simpanan kolesterol di kulit menjadi vitamin D.
Menghadapkan sebagian dari tubuh ke sinar matahari selama 5 menit
memberikan 400 unit vitamin D.
b) Sinar matahari mengurangi kolesterol darah
Dengan mengubah kolesterol di bawah kulit menjadi vitamin D,
menyebabkan tubuh memberikan peringatan kepada kolesterol yang
ada dalam darah untuk keluar dari darah menuju ke kulit, sehingga
mengurangi kolesterol dalam darah.
c) Sinar matahari menjadi penawar infeksi dan pembunuh bakteri
Matahari dapat membunuh bakteri penyakit, virus dan jamur. Hal
itu berguna untuk perawatan TBC, erysipelas, keracunan darah,
peritonitis, pneumonia, mumps, asma saluran pernapasan. Bahkan
beberapa dari virus penyebar kanker dibinasakan oleh sinar ultraviolet
ini. Infeksi jamur, termasuk candida, bereaksi terhadap sinar matahari.
Bakteri di udara dibinasakan dalam waktu 10 menit oleh sinar
matahari.
d) Sinar matahari mengurangi gula darah
Cahaya matahari bagaikan insulin yang memberikan kemudahan
penyerapan glukosa masuk ke dalam sel-sel tubuh. Ini merangsang
tubuh untuk mengubah gula darah (glukosa) menjadi gula yang
tersimpan (glycogen), yang tersimpan di hati dan otot, sehingga
menurunkan gula darah.
e) Sinar Matahari meningkatkan kebugaran pernafasan
Sinar matahari dapat meningkatkan kapasitas darah untuk
membawa oksigen dan menyalurkannya ke jaringan-jaringan. Faktor
lain yang bisa membantu meningkatkan kebugaran pernafasan ialah
bahwa glikogen bertambah di hati dan otot setelah berjemur matahari.
f) Sinar matahari menolong dalam membentuk dan memperbaiki tulangtulang
Dengan bertambahnya tingkat vitamin D dalam tubuh karena
terkena sinar matahari, bisa meningkatkan penyerapan kalsium. Ini
menolong pembentukan & perbaikan tulang dan mencegah penyakit
seperti rakhitis dan osteomalacia (pelembutan tulang tidak Normal).
g) Sinar matahari meningkatkan beberapa jenis kekebalan
Sinar matahari menambah sel darah putih terutama limfosit, yang
digunakan untuk menyerang penyakit. Antibodi (gamma globulins)
bertambah. Pengaruh ini bertahan sampai 3 minggu. Nitrofil
membunuh kuman-kuman lebih cepat setelah pernafasan dengan sinar
matahari. Sepuluh menit di bawah sinar ultraviolet satu atau dua kali
setiap minggu dapat mengurangi flu 30-40 %.
7. Energi radiasi Matahari berbentuk sinar dan gelombang elektromagnetik
Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan
panjang gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik.
Gambar spectrum elektromagnetik di bawah disusun berdasarkan panjang
gelombang (diukur dalam satuan _m) mencakup kisaran energi yang
sangat rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah,
seperti gelombang radio sampai ke energi yang sangat tinggi, dengan
panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti radiasi X-ray dan
Gamma Ray.
a. Gelombang Radio
Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau
frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya
rendah atau sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz
ke
atas
dan
dikelompokkan
berdasarkan
lebar
frekuensinya.
Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang
dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-muatan ini
dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator.
Gelombang radio ini dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena
pula. Kamu tidak dapat mendengar radio secara langsung, tetapi
penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi gelombang
menjadi energi bunyi. Penggunaan paling banyak adalah komunikasi,
untuk meneliti luar angkasa dan sistem radar. Panjang gelombang radar
berkisar antara 0.8 – 100 cm.
b. Gelombang mikro
Gelombang mikro (mikrowaves) adalah gelombang radio dengan
frekuensi paling tinggi yaitu diatas 3 GHz. Jika gelombang mikro
diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada
benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, maka
makanan menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat.
Proses inilah yang dimanfaatkan dalam microwave oven untuk
memasak makanan dengan cepat dan ekonomis. Gelombang mikro
juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR (Radio Detection and
Ranging) RADAR berarti mencari dan menentukan jejak sebuah benda
dengan menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar memanfaatkan
sifat pemantulan gelombang mikro. Karena cepat rambat gelombang
elektromagnetik c = 3 X 108 m/s, maka dengan mengamati selang
waktu antara pemancaran dengan penerimaan. Manfaat gelombang ini
antara lain:
Untuk pemanas microwave
Untuk komunikasi RADAR (Radio Detection and Ranging)
Untuk menganalisa struktur atomik dan molekul
Dapat digunakan untuk mengukur kedalaman laut
Digunakan pada rangkaian Televisi
Gelombang RADAR diaplikasikan untuk mendeteksi suatu objek,
memandu pendaratan pesawat terbang, membantu pengamatan di
kapal laut dan pesawat terbang pada malam hari atau cuaca kabut,
serta untuk menentukan arah dan posisi yang tepat.
c. Sinar Inframerah
Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014
Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. Jika kamu
memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan
detektor yang dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum
ampermeter sedikit diatas ujung spektrum merah. Sinar yang tidak
dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah itu disebut radiasi
inframerah. Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekulmolekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda
panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah
yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.
Manfaat dari radiasi infrared adalah:
Untuk terapi fisik, menyembuhkan penyakit cacar dan encok
Radiasi inframerah dapat juga digunakan dalam alarm pencuri.
Untuk fotografi pemetaan sumber daya alam, mendeteksi tanaman
yang tumbuh di bumi dengan detail
Untuk fotografi diagnosa penyakit
Digunakan pada remote control berbagai peralatan elektronik
(alarm pencuri)
Mengeringkan cat kendaraan dengan cepat pada industri otomotif
Pada bidang militer, dibuat teleskop inframerah yang digunakan
melihat di tempat yang gelap atau berkabut.
Sinar infra merah dibidang militer dimanfaatkan satelit untuk
memotret permukaan bumi meskipun terhalang oleh kabut atau
awan.
d. Cahaya tampak
Cahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang paling
dikenal oleh kita dapat didefinisikan sebagai bagian dari spektrum
gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia.
Panjang gelombang tampak nervariasi tergantung warnanya mulai dari
panjang gelombang kira-kira 4 x 10-7 m untuk cahaya violet (ungu)
sampai 7x 10-7 m untuk cahaya merah. Kegunaan cahaya ini salah
satunya adlah penggunaan laser dalam serat optik pada bidang
telekomunikasi dan kedokteran serta membantu penglihatan mata
manusia
e. Sinar ultraviolet
Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz
sampai 1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombang 10 -8m sampai
10-7 m. Gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala
listrik. Matahari adalah sumber utama yang memancarkan sinar
ultraviolet dipermukaan bumi, lapisan ozon yang ada dalam lapisan
atas atmosferlah yang berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan
meneruskan sinar ultraviolet yang tidak membahayakan kehidupan
makluk hidup di bumi. Manfaat dari sinar UV adalah:
Untuk proses fotosintesis pada tumbuhan
Sinar UV diperlukan dalam asimilasi tumbuhan dan dapat
membunuh kuman-kuman penyakit kulit.
Membantu pembentukan vitamin D pada tubuh manusia
Dengan peralatan khusus dapat digunakan untuk membunuh
kuman penyakit, menyuci hamakan ruangan operasi rumah sakit
berikut instrumen-instrumen pembedahan
Untuk memeriksa keaslian tanda tangan di bank-bank.
f. Sinar X
Sinar X mempunyai frekuensi 10 Hz dan panjang gelombangnya
sangat pendek yaitu 10 cm. Meskipun seperti itu tapi sinar X
mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal
beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm. Manfaat dari
sinar X adalah:
Sinar X ini biasa digunakan dalam bidang kedokteran untuk
memotret kedudukan tulang dalam badan terutama untuk
menentukan tulang yang patah. Akan tetapi penggunaan sinar X
harus hati-hati sebab jaringan sel-sel manusia dapat rusak akibat
penggunaan sinar X yang terlalu lama.
Untuk analisa struktur bahan / kristal
Mendeteksi keretakan / cacat pada logam
Memeriksa barang-barang di bandara udara / pelabuhan.
g. Sinar Gamma
Sinar gamma mempunyai frekuensi 10 Hz atau panjang gelombang
10 cm. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius
jika diserap oleh jaringan tubuh. Manfaat dari sinar gamma adalah:
Dimanfaatkan dunia kedokteran untuk terapi kanker
Dimanfaatkan untuk sterilisasi peralatan rumah sakit
Untuk sterilisasi makanan, bahan makanan kaleng
Untuk pembuatan varietas tanaman unggul tahan penyakit dengan
produktivitas tinggi
Untuk mengurangi populasi hama tananaman (serangga)
Untuk medeteksi keretakan /cacat pada logam (seperti kegunaan
sinar X juga)
Untuk sistem perunut aliran suatu fluida (misalnya aliran PDAM),
mendeteksi kebocoran.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2011. Energi Matahari,
http://www.greenpeace.org/seasia/id/campaigns/perubahan-iklim-global/EnergiBersih/Energi_matahari/, diakses tanggal (14-02-2014)
Anonim. 2011. Solar Water Heater Pemanas air tenaga surya,
http://sanfordlegenda.blogspot.com/2012/09/Solar-Water-Heater-Pemanas-airtenaga-surya.html, diakses tanggal (14-02-2014)
Gunawan. 2013. Matahari Sumber Energi Sampai Hari Kiamat,
http://teknologi.kompasiana.com/terapan/2013/10/13/matahari-sumber-energisampai-hari-kiamat-598430.html, diakses tanggal (14-02-2014)