SISTEM KONVERSI ENERGI SURYA energi
VERDIAN 13113004
TUGAS SISTEM KONVERSI ENERGI I
SISTEM KONVERSI ENERGI SURYA
A. Pendahuluan
Energi surya merupakan energi pancaran sinar matahari. Daya yang dihasilkna
matahari berkisar 3,8 x 1023 kW, tetapi hanya sebagian yang berhasil diserap oleh bumi,
sekitar 1,8 x 1014 kW. Dari daya matahari yang diserap oleh bumi, hanya 60% saja yang
mencapai permukaan bumi. Energi surya tersebut dipancarkan secara merata ke bagian bumi
yang menghadap ke matahari dengan fluks rata-rata sekitar 1 kW/m2. Dibandingkan dengan
sumber energi lain seperti bahan bakar fosil ataupun energi nuklir, energi surya memiliki
densitas energi yang lebih rendah. Tetapi energi dari radiasi matahari tersebut dapat di
fokuskan untuk mendapatkan densitas yang lebih tinggi.
Energi surya berpindah dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan panjang
gelombang sekitar 0,3 m sampai 3 m, berada pada zona gelombang ultraviolet, sinar
tampak dan zona gelombang inframerah. Besarnya radiasi matahari yang mengenai
permukaan terhadap jarak antara bumi dengan matahari disebut solar constant, Io. Besarnya
nilai tersebut yang terukur oleh NASA adalah 1377 W/m2. Nilai radiasi tersebut bergantung
terhadap posisi bumi terhadap matahari. Dari hubugan tersebut dapat dituliskan persamaan
sebagai berikut
Persamaan diatas dapat didekati dengan persamaan berikut
dengan,
dimana, N = hari ke-N terhitung dari 1 Januari
Gambar 01. Posisi kedudukan bumi terhadap matahari selama satu tahun
1
VERDIAN 13113004
B. Radiasi Matahari pada Permukaan
Ketika radiasi matahari, I, melewati atmosfer bumi, sebagian kecil energi radiasi
tersebut diserap oleh uap air di udara, sebagian tersebarkan oleh molekul air, uap air, aerosol
dan partikel debu. Bagian dari radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi tanpa
perubahan arah datang disebut radiasi langsung (direct radiation), IbN. Sementara radiasi
yang mencapai permukaan bumi akibat dari radiasi yang tersebar dari molekul-molekul di
atmosfer disebut radiasi difus (diffuse radiation). Kedua nilai radiasi tersebut dapat dihitung
dengan persamaan-persamaan berikut
Akibat pengaruh dari partikel-partikel di atmosfer, persamaan diatas dikoreksi menjadi
dimana,
= sudut zenith (sudut antara arah sinar matahari dengan sumbu vertikal)
= atmospheric optical depth
Cn = Clearness Number, nilainya berkisar antara 0,85-1,15
Radiasi total pada permukaan horizontal dapat dihitung dengan persamaan
C adalah faktor difus langit.
Tabel 01. Nilai rata-rata dari dan faktor difus langit (C) pada hari ke-21 setiap bulannya.
(diambil dari : Threlkeld, J.L. dan Jordan, R.C., ASHRAE Trans., 64, 45, 1958.)
Besar radiasi untuk permukaan miring dengan sudut datang
(direct radiation) dapat dihitung dengan persamaan
dengan sudut
terhadap arah radiasi langsung
didefinisikan
dimana,
dan
adalah reflektifitas dari permukaan ke lingkungan. Untuk permukaan biasa nilai
0,2 sedangkan untuk permukaan yang tertutup oleh salju, nilai berkisar 0,8.
2
berkisar
VERDIAN 13113004
Sudut dan geometri dari arah datang sinar matahari pada permukaan miring ditunjukkan pada
gambar berikut
Gambar 02. Arah datang sinar matahari pada permukaan miring
C. Pengukuran Radiasi Matahari
Ada dua jenis alat yang digunakan dalam pengukuran radiasi matahari yaitu :
1. Pyranometer, digunakan untuk mengukur radiasi langsung dan difus pada permukaan.
Alat ini juga dapat untuk mengukur radiasi difusi dengan menghalangi radiasi langsung
dengan menggunakan pita bayangan.
2. Pyrheliometer, hanya digunakan untuk mengukur radiasi langsung pada permukaan
normal terhadap arah datang sinar. Pada umumnya alat ini dipasangi dengan alat
pemosisian untuk mempertahankan posisinya lurus dengan matahari.
Gambar 03. Dua instrumen dasar yang digunakan dalam pengukuran radiasi matahari :
pyranometer (gambar kiri) dan pyrheliometer (gambar kanan)
D. Konversi Energi Surya
Pemanfaatan energi surya untuk keperluan penghangatan ruangan dan pemanasasn air
telah lama dikenal. Beberapa dekade terakhir, peneliti mengembangkan beberapa
pemanfaatan dari energi surya seperti untuk keperluan proses pemanasan pada industri,
3
VERDIAN 13113004
proses refrigerasi dan pengondisian udara, pengeringan dan pengawetan produk pertanian dan
pembangkitan listrik. Dalam memanfaatkan energi surya tersebut diperlukan alat untuk
menangkap radiasi matahari berupa kolektor termal yang terdiru dari beberapa bagian seperti
1. Permukaan penangkap (absorber) radiasi matahari, biasanya berwarna hitam,
bersifat konduktor
2. Insulator yang dipasang dibelakang permukaan penangkap radiasi untuk
mengurangi panas yang hilang ke lingkungan
3. Perangkap reradiasi termal dari permukaan penangkap, dapat berupa kaca, yang
berfungsi untuk melewatkan radiasi dengan panjang gelombang yang lebih pendek
dan menghalangi radiasi dengan panjang gelombang yang lebih panjang dari
absorber.
4. Medium untuk menyimpan panas dari radiasi seperti udara, air, dan lain-lain.
Kolektor yang menghasilkan temperatur tinggi memiliki reflektor sinar matahari yang
memfokuskan sinar matahari yang datang ke permukaan penangkap. Temperatur kolektor
dapat mencapai 1000oC, desain kolekter dan pemilihan medium penyimpan panas didasarkan
atas temperatur yang diinginkan dan faktor ekonomi dari pemanfaatan energi surya tersebut.
Tabel 02. Jenis-jenis kolektor beserta temperatur kerjanya (diambil dari : Goswami, D.Y.,
Alternative Energy in Agriculture, Vol. 1, CRC Press, Boca Raton, FL, 1980.)
Kolektor Pelat Datar (Flat Plate Collector)
Kolektor pelat datar dirancang untuk menggunakan cairan seperti air atau oli sebagai
media perpindahan panas. Pada kolektor jenis ini digunakan material tembus pandang, pada
umumnya menggunakan kaca. Fungsi dari material tembus pandang tersebut adalah untuk
melewatkan radiasi matahari yang memilik panjang gelombang pendek dan menghalangi
radiasi matahari dengan panjang gelombang yang lebih panjang untuk lewat. Fungsi lainnya
adalah mengurangi panas yang hilang akibat konveksi pada permukaan atas dari pelat
absorber. Selain kaca dapat digunakan juga jenis material lain seperti polikarbonat, aklirik
dan polietilen.
Bagian bawah dari material tembus pandang tersebut terdapat permukaan penyerap
panas atau absorber. Permukaan penyerap ini biasanya terbuat dari tembaga karena memiliki
konduktivitas termal yang tinggi dan ketahanan terhadap korosi yang bagus. Untuk
penggunaan pada temperatur rendah seperti penghangat air kolam renang digunakan material
plastik jenis polimer etilen-propilen (ethylene propylene polymer) yang memiliki harga yang
lebih murah tetapi konduktivitas termalnya juga rendah. Untuk mengkompensasi
konduktivitas termal yang rendah, maka luas permukaan penyerap diperbesar. Untuk
4
VERDIAN 13113004
meningkatkan kemampuan penyerapan radiasi dan mengurangi efek emisi dari absorber,
pelat penyerap dilapisi dengan material berwarna hitam atau dicat hitam. Nilai absortivitas
dan emisivitas dari beberapa jenis material dapat dilihat pada tabel berikut
Tabel 03. Absortivitas dan emisivitas dari beberapa material
(diambil dari : Duffie, J.A. and Beckman, W.A., Solar Engineering of Thermal Processes,
John Wiley and Sons, New York, 1980.)
Performansi Kolektor Termal
Efisiensi dari kolektor dapat dihitung dengan persamaan berikut
dimana
A = luas permukaan kolektor
I = energi matahari yang datang per satuan luas
m = laju massa dari fluida
Cp = panas spesifik dari fluida
To = temperatur keluar fluida
Ti = temperatur masuk fluida
Solar Ponds
Merupakan kombinasi dari kolektor dan penyimpan panas dalam satu unit. Radiasi
matahari masuk ke dalam kolam, menembus air sebelum akhirnya diserap oleh absorber.
Panas yang ditangkap dapat disimpan dalam kolam dengan membuat lapisan yang bersifat
diam dan transparan pada permukaan kolam. Penambahan garam ke dalam kolam dapat
meningkatkan densitas air kolam pada bagian yang lebih rendah dari kolam. Jenis kolam ini
disebut salt gradient solar pond. Terdapat dua jenis garam yang sering digunakan untuk
kolam jenis ini yaitu NaCl dan MgCl2.
Gambar 04. Skematik dari salt gradient soal pond (kiri) dan kurva kadar garam terhadap
kedalaman kolam (kanan)
5
VERDIAN 13113004
Sistem Pemanasan Air dengan Energi Surya
Terdapat dua jenis sistem pemanasan air dengan energi surya yaitu sirkulasi alami atau sistem
surya pasif (thermosyphon) dan sirkulasi paksa atau sistem surya aktif.
Sirkulasi alami
Sistem ini tidak membutuhkan pompa untuk mensirkulasikan air. Tangki
penyimpanan pada sistem ini terletak diatas kolektor. Ketika air dalam kolektor
mengalami pemanasan, air tersebut akan naik ke dalam tangki karena perubahan
massa jenis dan akan terbentuk sirkulasi.
Gambar 05. Skematik dari sistem pemanansan air thermosyphon
Sirkulasi paksa
Sistem ini memiliki 3 jenis konfigurasi sirkulasi paksa yaitu putaran terbuka, putaran
tertutup dan putaran tertutup dengan aliran balik. Kekurangan dari sistem ini adalah
dibutuhkannya pompa untuk mengalirkan air ke bagian kolektor setiap kali kolektor
mengalami pemanasan. Kerugian dari aliran disebabkan oleh karena adanya gesekan
pada pipa. Air yang digunakan dicampur dengan propilen glikol atau etilen glikol
untuk mencegah terjadinya pembekuan pada temperatur yang rendah. Pada temperatur
tinggi, tekanan dari putaran air akan meningkat. Peningkatan tekanan tersebut dapat
menyebabkan kebocoran oleh karena itu sebagian air dibiarkan menguap melalui
katup tekanan ketika tekanan sangat tinggi. Pada sistem putaran tertutup dengan aliran
balik digunakan tangki kecil yang berfungsi untuk menampung aliran balik dari
kolektor ketika pompa dimatikan.
Gambar 06. Konfigurasi dari sistem pemanasan air tipe : (A) Putaran terbuka, (B) Putaran
tertutup, (C) Putaran tertutup dengan aliran balik
(Diambil dari : Goswami, D.Y., Alternative Energy in Agriculture, Vol. 1, CRC Press, Boca
Raton, FL, 1986.)
6
VERDIAN 13113004
Sistem Penghangat Ruangan dengan Energi Surya
Penghangat ruangan dengan energi surya dapat diklasifikasikan menjadi pasif dan
aktif berdasarkan metode perpindahan panasnya. Sistem yang menggunakan pompa atau alat
untuk mengalirkan fluida untuk memindahkan transfer disebut sistem aktif. Sedangkan sistem
yang memanfaatkan fenomena alam untuk terjadinya perpindahan panas disebut sistem pasif.
Contoh dari sistem pasif adalah penghangat ruangan secara langsung, rumah kaca dan
Trombe wall. Sistem aktif menyimpan panas yang tertangkap dalam air ataupun batuan.
Panas dari air dapat dipindahkan ke ruangan melalui unit kumparan air dengan kipas. Panas
yang tersimpan dalam batuan dapat dipindahkan ke udara dengan mengalirkan udara tersebut
melewati batuan tersebut.
Gambar 07. Skematik dari sistem aktif penghangat ruangan energi surya
Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Tenaga surya dapat digunakan untuk menghasilkan listrik dengan menggunakan siklus
termodinamika seperti siklus Rankine, Striling dan Brayton. Pemilihan jenis siklus dan fluida
kerja yang digunakan bergantung pada temperatur kerja dari sistem surya tersebut.
Temperatur kerja dari sistem surya tersebut bergantung pula pada jenis kolektor yang
digunakan. Hingga kini, terdapat beberapa jenis sistem pembangkit tenaga surya yaitu :
Sistem Parabolic Trough
Merupakan sistem yang paling banyak digunakan dalam pembangkitan listrik. Sitem
ini dapat digabung dengan sistem pembangkit tenaga gas. Efisiensi dari sistem
gabungan tersebut dapat mencapai 60%.
Gambar 08. Skematik
dari Sistem Parabolic
Trough (kiri) dan
sistem gabungan
pembangkit surya-gas
(kanan)
7
VERDIAN 13113004
Sistem Penerima Sentral
Sistem ini dapat menghasilkan temperatur yang sangat tinggi sehingga menghasilkan
efisiensi yang lebih tinggi daripada sistem parabolic trough. Akan tetapi sistem ini
akan bersifat ekonomis pada kapasitas tinggi seperti diatas 100MW. Absorber pada
sistem ini dapat memanaskan fluida kerja sampai temperatur 600oC-1000oC.
Gambar 09. Skematik dari sistem penerima sentral
Sistem piringan parabolik
Sistem ini dapat menghasilkan temperatur yang sangat tinggi, dapat digunakan untuk
menggerakkan siklus Rankine, Stirling dan Brayton. Piringan parabolik yang
digunakan terbuat dari aluminium yang dilapisi polimer agar permukaannya bersifat
reflektif. Salah satu perusahaan yang menggunakan sistem ini adalah McDonnell
Douglas Corporation yang berhasil membangkitkan listrik dengan kapasitas 25kW
dengan menggunakan siklus Stirling.
8
TUGAS SISTEM KONVERSI ENERGI I
SISTEM KONVERSI ENERGI SURYA
A. Pendahuluan
Energi surya merupakan energi pancaran sinar matahari. Daya yang dihasilkna
matahari berkisar 3,8 x 1023 kW, tetapi hanya sebagian yang berhasil diserap oleh bumi,
sekitar 1,8 x 1014 kW. Dari daya matahari yang diserap oleh bumi, hanya 60% saja yang
mencapai permukaan bumi. Energi surya tersebut dipancarkan secara merata ke bagian bumi
yang menghadap ke matahari dengan fluks rata-rata sekitar 1 kW/m2. Dibandingkan dengan
sumber energi lain seperti bahan bakar fosil ataupun energi nuklir, energi surya memiliki
densitas energi yang lebih rendah. Tetapi energi dari radiasi matahari tersebut dapat di
fokuskan untuk mendapatkan densitas yang lebih tinggi.
Energi surya berpindah dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan panjang
gelombang sekitar 0,3 m sampai 3 m, berada pada zona gelombang ultraviolet, sinar
tampak dan zona gelombang inframerah. Besarnya radiasi matahari yang mengenai
permukaan terhadap jarak antara bumi dengan matahari disebut solar constant, Io. Besarnya
nilai tersebut yang terukur oleh NASA adalah 1377 W/m2. Nilai radiasi tersebut bergantung
terhadap posisi bumi terhadap matahari. Dari hubugan tersebut dapat dituliskan persamaan
sebagai berikut
Persamaan diatas dapat didekati dengan persamaan berikut
dengan,
dimana, N = hari ke-N terhitung dari 1 Januari
Gambar 01. Posisi kedudukan bumi terhadap matahari selama satu tahun
1
VERDIAN 13113004
B. Radiasi Matahari pada Permukaan
Ketika radiasi matahari, I, melewati atmosfer bumi, sebagian kecil energi radiasi
tersebut diserap oleh uap air di udara, sebagian tersebarkan oleh molekul air, uap air, aerosol
dan partikel debu. Bagian dari radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi tanpa
perubahan arah datang disebut radiasi langsung (direct radiation), IbN. Sementara radiasi
yang mencapai permukaan bumi akibat dari radiasi yang tersebar dari molekul-molekul di
atmosfer disebut radiasi difus (diffuse radiation). Kedua nilai radiasi tersebut dapat dihitung
dengan persamaan-persamaan berikut
Akibat pengaruh dari partikel-partikel di atmosfer, persamaan diatas dikoreksi menjadi
dimana,
= sudut zenith (sudut antara arah sinar matahari dengan sumbu vertikal)
= atmospheric optical depth
Cn = Clearness Number, nilainya berkisar antara 0,85-1,15
Radiasi total pada permukaan horizontal dapat dihitung dengan persamaan
C adalah faktor difus langit.
Tabel 01. Nilai rata-rata dari dan faktor difus langit (C) pada hari ke-21 setiap bulannya.
(diambil dari : Threlkeld, J.L. dan Jordan, R.C., ASHRAE Trans., 64, 45, 1958.)
Besar radiasi untuk permukaan miring dengan sudut datang
(direct radiation) dapat dihitung dengan persamaan
dengan sudut
terhadap arah radiasi langsung
didefinisikan
dimana,
dan
adalah reflektifitas dari permukaan ke lingkungan. Untuk permukaan biasa nilai
0,2 sedangkan untuk permukaan yang tertutup oleh salju, nilai berkisar 0,8.
2
berkisar
VERDIAN 13113004
Sudut dan geometri dari arah datang sinar matahari pada permukaan miring ditunjukkan pada
gambar berikut
Gambar 02. Arah datang sinar matahari pada permukaan miring
C. Pengukuran Radiasi Matahari
Ada dua jenis alat yang digunakan dalam pengukuran radiasi matahari yaitu :
1. Pyranometer, digunakan untuk mengukur radiasi langsung dan difus pada permukaan.
Alat ini juga dapat untuk mengukur radiasi difusi dengan menghalangi radiasi langsung
dengan menggunakan pita bayangan.
2. Pyrheliometer, hanya digunakan untuk mengukur radiasi langsung pada permukaan
normal terhadap arah datang sinar. Pada umumnya alat ini dipasangi dengan alat
pemosisian untuk mempertahankan posisinya lurus dengan matahari.
Gambar 03. Dua instrumen dasar yang digunakan dalam pengukuran radiasi matahari :
pyranometer (gambar kiri) dan pyrheliometer (gambar kanan)
D. Konversi Energi Surya
Pemanfaatan energi surya untuk keperluan penghangatan ruangan dan pemanasasn air
telah lama dikenal. Beberapa dekade terakhir, peneliti mengembangkan beberapa
pemanfaatan dari energi surya seperti untuk keperluan proses pemanasan pada industri,
3
VERDIAN 13113004
proses refrigerasi dan pengondisian udara, pengeringan dan pengawetan produk pertanian dan
pembangkitan listrik. Dalam memanfaatkan energi surya tersebut diperlukan alat untuk
menangkap radiasi matahari berupa kolektor termal yang terdiru dari beberapa bagian seperti
1. Permukaan penangkap (absorber) radiasi matahari, biasanya berwarna hitam,
bersifat konduktor
2. Insulator yang dipasang dibelakang permukaan penangkap radiasi untuk
mengurangi panas yang hilang ke lingkungan
3. Perangkap reradiasi termal dari permukaan penangkap, dapat berupa kaca, yang
berfungsi untuk melewatkan radiasi dengan panjang gelombang yang lebih pendek
dan menghalangi radiasi dengan panjang gelombang yang lebih panjang dari
absorber.
4. Medium untuk menyimpan panas dari radiasi seperti udara, air, dan lain-lain.
Kolektor yang menghasilkan temperatur tinggi memiliki reflektor sinar matahari yang
memfokuskan sinar matahari yang datang ke permukaan penangkap. Temperatur kolektor
dapat mencapai 1000oC, desain kolekter dan pemilihan medium penyimpan panas didasarkan
atas temperatur yang diinginkan dan faktor ekonomi dari pemanfaatan energi surya tersebut.
Tabel 02. Jenis-jenis kolektor beserta temperatur kerjanya (diambil dari : Goswami, D.Y.,
Alternative Energy in Agriculture, Vol. 1, CRC Press, Boca Raton, FL, 1980.)
Kolektor Pelat Datar (Flat Plate Collector)
Kolektor pelat datar dirancang untuk menggunakan cairan seperti air atau oli sebagai
media perpindahan panas. Pada kolektor jenis ini digunakan material tembus pandang, pada
umumnya menggunakan kaca. Fungsi dari material tembus pandang tersebut adalah untuk
melewatkan radiasi matahari yang memilik panjang gelombang pendek dan menghalangi
radiasi matahari dengan panjang gelombang yang lebih panjang untuk lewat. Fungsi lainnya
adalah mengurangi panas yang hilang akibat konveksi pada permukaan atas dari pelat
absorber. Selain kaca dapat digunakan juga jenis material lain seperti polikarbonat, aklirik
dan polietilen.
Bagian bawah dari material tembus pandang tersebut terdapat permukaan penyerap
panas atau absorber. Permukaan penyerap ini biasanya terbuat dari tembaga karena memiliki
konduktivitas termal yang tinggi dan ketahanan terhadap korosi yang bagus. Untuk
penggunaan pada temperatur rendah seperti penghangat air kolam renang digunakan material
plastik jenis polimer etilen-propilen (ethylene propylene polymer) yang memiliki harga yang
lebih murah tetapi konduktivitas termalnya juga rendah. Untuk mengkompensasi
konduktivitas termal yang rendah, maka luas permukaan penyerap diperbesar. Untuk
4
VERDIAN 13113004
meningkatkan kemampuan penyerapan radiasi dan mengurangi efek emisi dari absorber,
pelat penyerap dilapisi dengan material berwarna hitam atau dicat hitam. Nilai absortivitas
dan emisivitas dari beberapa jenis material dapat dilihat pada tabel berikut
Tabel 03. Absortivitas dan emisivitas dari beberapa material
(diambil dari : Duffie, J.A. and Beckman, W.A., Solar Engineering of Thermal Processes,
John Wiley and Sons, New York, 1980.)
Performansi Kolektor Termal
Efisiensi dari kolektor dapat dihitung dengan persamaan berikut
dimana
A = luas permukaan kolektor
I = energi matahari yang datang per satuan luas
m = laju massa dari fluida
Cp = panas spesifik dari fluida
To = temperatur keluar fluida
Ti = temperatur masuk fluida
Solar Ponds
Merupakan kombinasi dari kolektor dan penyimpan panas dalam satu unit. Radiasi
matahari masuk ke dalam kolam, menembus air sebelum akhirnya diserap oleh absorber.
Panas yang ditangkap dapat disimpan dalam kolam dengan membuat lapisan yang bersifat
diam dan transparan pada permukaan kolam. Penambahan garam ke dalam kolam dapat
meningkatkan densitas air kolam pada bagian yang lebih rendah dari kolam. Jenis kolam ini
disebut salt gradient solar pond. Terdapat dua jenis garam yang sering digunakan untuk
kolam jenis ini yaitu NaCl dan MgCl2.
Gambar 04. Skematik dari salt gradient soal pond (kiri) dan kurva kadar garam terhadap
kedalaman kolam (kanan)
5
VERDIAN 13113004
Sistem Pemanasan Air dengan Energi Surya
Terdapat dua jenis sistem pemanasan air dengan energi surya yaitu sirkulasi alami atau sistem
surya pasif (thermosyphon) dan sirkulasi paksa atau sistem surya aktif.
Sirkulasi alami
Sistem ini tidak membutuhkan pompa untuk mensirkulasikan air. Tangki
penyimpanan pada sistem ini terletak diatas kolektor. Ketika air dalam kolektor
mengalami pemanasan, air tersebut akan naik ke dalam tangki karena perubahan
massa jenis dan akan terbentuk sirkulasi.
Gambar 05. Skematik dari sistem pemanansan air thermosyphon
Sirkulasi paksa
Sistem ini memiliki 3 jenis konfigurasi sirkulasi paksa yaitu putaran terbuka, putaran
tertutup dan putaran tertutup dengan aliran balik. Kekurangan dari sistem ini adalah
dibutuhkannya pompa untuk mengalirkan air ke bagian kolektor setiap kali kolektor
mengalami pemanasan. Kerugian dari aliran disebabkan oleh karena adanya gesekan
pada pipa. Air yang digunakan dicampur dengan propilen glikol atau etilen glikol
untuk mencegah terjadinya pembekuan pada temperatur yang rendah. Pada temperatur
tinggi, tekanan dari putaran air akan meningkat. Peningkatan tekanan tersebut dapat
menyebabkan kebocoran oleh karena itu sebagian air dibiarkan menguap melalui
katup tekanan ketika tekanan sangat tinggi. Pada sistem putaran tertutup dengan aliran
balik digunakan tangki kecil yang berfungsi untuk menampung aliran balik dari
kolektor ketika pompa dimatikan.
Gambar 06. Konfigurasi dari sistem pemanasan air tipe : (A) Putaran terbuka, (B) Putaran
tertutup, (C) Putaran tertutup dengan aliran balik
(Diambil dari : Goswami, D.Y., Alternative Energy in Agriculture, Vol. 1, CRC Press, Boca
Raton, FL, 1986.)
6
VERDIAN 13113004
Sistem Penghangat Ruangan dengan Energi Surya
Penghangat ruangan dengan energi surya dapat diklasifikasikan menjadi pasif dan
aktif berdasarkan metode perpindahan panasnya. Sistem yang menggunakan pompa atau alat
untuk mengalirkan fluida untuk memindahkan transfer disebut sistem aktif. Sedangkan sistem
yang memanfaatkan fenomena alam untuk terjadinya perpindahan panas disebut sistem pasif.
Contoh dari sistem pasif adalah penghangat ruangan secara langsung, rumah kaca dan
Trombe wall. Sistem aktif menyimpan panas yang tertangkap dalam air ataupun batuan.
Panas dari air dapat dipindahkan ke ruangan melalui unit kumparan air dengan kipas. Panas
yang tersimpan dalam batuan dapat dipindahkan ke udara dengan mengalirkan udara tersebut
melewati batuan tersebut.
Gambar 07. Skematik dari sistem aktif penghangat ruangan energi surya
Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Tenaga surya dapat digunakan untuk menghasilkan listrik dengan menggunakan siklus
termodinamika seperti siklus Rankine, Striling dan Brayton. Pemilihan jenis siklus dan fluida
kerja yang digunakan bergantung pada temperatur kerja dari sistem surya tersebut.
Temperatur kerja dari sistem surya tersebut bergantung pula pada jenis kolektor yang
digunakan. Hingga kini, terdapat beberapa jenis sistem pembangkit tenaga surya yaitu :
Sistem Parabolic Trough
Merupakan sistem yang paling banyak digunakan dalam pembangkitan listrik. Sitem
ini dapat digabung dengan sistem pembangkit tenaga gas. Efisiensi dari sistem
gabungan tersebut dapat mencapai 60%.
Gambar 08. Skematik
dari Sistem Parabolic
Trough (kiri) dan
sistem gabungan
pembangkit surya-gas
(kanan)
7
VERDIAN 13113004
Sistem Penerima Sentral
Sistem ini dapat menghasilkan temperatur yang sangat tinggi sehingga menghasilkan
efisiensi yang lebih tinggi daripada sistem parabolic trough. Akan tetapi sistem ini
akan bersifat ekonomis pada kapasitas tinggi seperti diatas 100MW. Absorber pada
sistem ini dapat memanaskan fluida kerja sampai temperatur 600oC-1000oC.
Gambar 09. Skematik dari sistem penerima sentral
Sistem piringan parabolik
Sistem ini dapat menghasilkan temperatur yang sangat tinggi, dapat digunakan untuk
menggerakkan siklus Rankine, Stirling dan Brayton. Piringan parabolik yang
digunakan terbuat dari aluminium yang dilapisi polimer agar permukaannya bersifat
reflektif. Salah satu perusahaan yang menggunakan sistem ini adalah McDonnell
Douglas Corporation yang berhasil membangkitkan listrik dengan kapasitas 25kW
dengan menggunakan siklus Stirling.
8