MAKALAH ENERGI ALTERNATIF APLIKASI PEMBA
MAKALAH ENERGI ALTERNATIF
APLIKASI PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA SURYA
KELOMPOK
: 7 (TUJUH)
KELAS
: KE-2B
NAMA ANGGOTA :
1. ALBETH YUAN WIJAYA
04
2. DONY SADAKA RAHARDJO
12
3. DIDIK MARGI UTAMA
11
PROGRAM STUDI KONVERSI ENERGI
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI SEMARANG
SEMARANG
2012
PENDAHULUAN
PLTS – Pembangkit Listrik Tenaga Surya adalah salah satu solusi energi baru dan
terbarukan (Renewable Energy/ RE), yaitu dengan memanfaatkan solar module atau modul
surya, atau sering juga disebut panel surya, yang berfungsi mengubah sinar atau cahaya
matahari menjadi energi listrik.
Indonesia yang terletak di equator/ khatulistiwa sungguh sangat beruntung mendapat
paparan sinar matahari yang stabil sepanjang tahun baik di musim kemarau atau musim hujan
sekalipun. Sehingga solusi listrik tenaga surya ini sangat cocok diaplikasikan di semua
wilayah, dengan energi listrik yang dihasilkan relatif merata.
Teknologi pabrikasi modul surya/panel surya saat ini sudah sangat berkembang
dengan cepat, sehingga secara teknis efisiensi makin tinggi dan harga menjadi makin
ekonomis serta terjangkau. Jenis, ukuran kapasitas modul surya dan merek yang dipasarkan
pun semakin beragam. Harga yang ditawarkan juga beragam tergantung pabrikan pembuat,
sertifikasi dan kualitas produk panel surya tersebut. Disini, ketelitian dan mempelajari
spesifikasi produk adalah wajib bagi calon pembeli atau pengguna listrik tenaga surya, agar
mendapatkan kinerja sekaligus harga terbaik.
Apakah Sistem Solar Thermal?
Sistem Thermal Solar sistem air terbarukan pemanasan. Mereka menggunakan energi
Suns untuk menghasilkan sebagian besar kebutuhan air panas untuk bangunan.
Apakah Panel Solar Thermal sama dengan Panel PV Solar?
Tidak, walaupun keduanya menggunakan energi matahari untuk mengurangi
ketergantungan kita pada energi bahan bakar fosil yang dihasilkan, mereka melakukannya
dengan dua cara berbeda. Solar PV Sistem menggunakan energi matahari untuk
menghasilkan listrik mana sebagai Sistem Solar Thermal menggunakan energi matahari
untuk menghasilkan air panas.
Saat ini aplikasi modul surya tidak hanya sebagai SHS-Solar Home System, yaitu
sistem pembangkit listrik untuk rumah tinggal, akan tetapi sudah marak digunakan juga
sebagai PJU Surya – Penerangan Jalan Umum tenaga Surya. Serta dilengkapi dengan
Electronic Box System (EBS) untuk tempat inverter dan control system sehingga bisa awet
dan tahan lama.
PLTS SHS juga dilengkapi dengan kabel instalasi, saklar, terminal blok lampu, stop
kontak, dan komponen pendukung sehingga pemasangan dapat dilakukan dengan sangat
mudah. Selebihnya aplikasi PLTS ini sangat luas meliputi aplikasi back-up power,
telekomunikasi / wartel satelit tenaga surya (solar satellite public phone), sistem pendingin
vaksin (vaccine refrigerator), pompa air tenaga surya, sistem lampu lalu lintas, sebagai heater
(air dan udara) / Pemanasan ruangan dan air, Penerangan ruangan atau jalan (solar street
lamp), Kompor matahari, Pengeringan hasi pertanian, Distilasi air kotor, Pembangkitan
listrik, dan sebagainya. Selanjutnya, PLTS-Pembangkit Listrik Tenaga Surya juga dapat
digabungkan (sistem hybrid) dengan sumber energi listrik lain, misalnya jaringan PLN,
mikrohidro, PLTB-Pembangkit Listrik Tenaga Bayu atau Turbin Angin (wind turbine),
Genset, dan lain sebagainya.
Berikut ini adalah beberapa bentuk energi yang merupakan turunan dari energi matahari
misalnya:
Energi angin yang timbul akibat adanya perbedan suhu dan tekanan satu tempat dengan
tempat lain sebagai efek energi panas matahari.
Energi air karena adanya siklus hidrologi akibat dari energi panas matahari yang mengenai
bumi.
Energi biomassa karena adanya fotosintesis dari tumbuhan yang notabene menggunakan
energi matahari.
Energi gelombang laut yang muncul akibat energi angin.
Energi fosil yang merupakan bentuk lain dari energi biomassa yang telah mengalami
proses selama berjuta-juta tahun.
Selain itu energi panas matahari juga berperan penting dalam menjaga kehidupan di bumi
ini. Tanpa adanya energi panas dari matahari maka seluruh kehidupan di muka bumi ini pasti
akan musnah karena permukaan bumi akan sangat dingin dan tidak ada makluk yang sanggup
hidup di bumi.
APLIKASI PLTS
Energi panas matahari merupakan salah satu energi yang potensial untuk dikelola dan
dikembangkan lebih lanjut sebagai sumber cadangan energi terutama bagi negara-negara
yang terletak di khatulistiwa termasuk Indonesia, dimana matahari bersinar sepanjang tahun.
Dapat dilihat dari gambar di atas bahwa energi matahari yang tersedia adalah sebesar 81.000
TerraWatt sedangkan yang dimanfaatkan masih sangat sedikit.
1. Pemanasan Ruangan
Ada beberapa teknik penggunan energi panas matahari untuk pemanasan ruangan, yaitu:
Jendela
Ini merupakan teknik pemanasan dengan menggunakan energi panas matahari
yang paling sederhana. Hanya diperlukan sebuah lubang pada dinding untuk meneruskan
panas matahari dari luar masuk ke dalam bangunan. Ada jendela yang langsung tanpa ada
kacanya dan ada yang menggunakan kaca. Untuk mendapatkan panas yang optimal maka
pada jendela dipasang kaca ganda. Biasanya di daerah-daerah empat musim
dinding/tembok bangunan diganti dengan kaca agar matahari bebas menyinari dan
menghangatkan ruangan pada saat musim dingin.
Dinding Trombe(Trombe Wall)
Dinding trombe adalah dinding yang diluarnya terdapat ruangan sempit berisi
udara. Dinding bagian luar dari ruangan sempit tersebut biasanya berupa kaca. Dinding ini
dinamai berdasarkan nama penemunya yaitu Felix Trombe, orang berkebangsaan Perancis.
Prinsip kerjanya adalah permukaan luar ruangan ini akan dipanasi oleh sinar matahari,
kemudian panas tersebut perlahan-lahan dipindahkan kedalam ruangan sempit.
Selanjutnya panas di dalam ruangan sempit tersebut akan dikonveksikan ke dalam
bangunan melalui saluran udara pada dinding trombe.
Greenhouse
Teknik ini hampir sama dengan dinding trombe hanya saja jarak antara dinding masif
dengan kaca lebih lebar, sehingga tanaman bisa hidup di dalamnya.
Prinsip kerja greenhouse juga serupa dengan dinding trombe. Panas masuk melalui kaca
ke dalam greenhouse lalu dikonveksikan ke dalam bangunan untuk menghangatkan
ruangan atau menjaga suhu rungan tetap stabil meskipun pada waktu siang atau malam
hari.
2. Penerangan Ruangan
Adalah teknik pemanfaatan energi matahari yang banyak dipakai saat ini. Dengan
teknik ini pada siang hari lampu pada bangunan tidak perlu dinyalakan sehingga
menghemat penggunaan listrik untuk penerangan. Teknik ini dilaksanakan dengan
mendesain bangunan yang memungkinkan cahaya matahari bisa masuk dan menerangi
ruangan dalam bangunan.
3. Kompor Matahari
Prinsip kerja dari kompor matahari adalah dengan memfokuskan panas yang diterima
dari matahari pada suatu titik menggunakan sebuah cermin cekung besar sehingga
didapatkan panas yang besar yang dapat digunakan untuk menggantikan panas dari
kompor minyak atau kayu bakar.
Untuk diameter cermin sebesar1,3 meter kompor ini memberikan daya thermal
sebesar 800 watt pada panci. Dengan menggunakan kompor ini maka kebutuhan akan
energi fosil dan energi listrik untuk memasak dapat dikurangi.
4. Pengeringan Hasil Pertanian
Hal ini biasanya dilakukan petani di desa-desa daerah tropis dengan menjemur
hasil panennya dibawah terik sinar matahari. Cara ini sangat menguntungkan bagi
para petani karena mereka tidak perlu mengeluarkan biaya untuk mengeringkan hasil
panennya. Berbeda dengan petani di negara-negara empat musim yang harus
mengeluarkan biaya untuk mengeringkan hasil panennya dengan menggunakan oven
yang menggunakan bahan bakar fosil maupun menggunakan listrik.
5. Distilasi Air
Cara kerjanya adalah sebuah kolam yang dangkal, dengan kedalaman 25mm hingga
50 mm, ditututup oleh kaca. Air yang dipanaskan oleh radiasi matahari, sebagian
menguap, sebagian uap itu mengembun pada bagian bawah dari permukaan kaca yang
lebih dingin. Kaca tersebut dimiringkan sedikit 10 derajat untuk memungkinkan
embunan mengalir karena gaya berat menuju ke saluran penampungan yang
selanjutnya dialirkan ke tangki penyimpanan.
6. Pemanasan Air
Penyediaan air panas sangat diperlukan oleh masyarakat, baik untuk mandi
maupun untuk alat antiseptik pada rumah sakit dan klinik kesehatan. Penyediaan air
panas ini memerlukan biaya yang besar karena harus tersedia sewaktu-waktu dan
biasanya untuk memanaskan digunakan energi fosil ataupun energi listrik. Namun
Dengan menggunakan pemanas air tenaga surya maka hal ini bukan merupakan
masalah karena pemanasan air dilakukan dengan menyerap panas matahari dengan
menggunakan kolektor sehingga tidak memerlukan biaya bahan bakar.
Prinsip kerjanya adalah panas dari matahari diterima oleh kolektor yang terdapat di
dalam terdapat pipa-pipa berisi air. Panas yang diterima kolektor akan diserap oleh air yang
berada di dalam pipa sehingga suhu air meningkat. Air dingin dialirkan dari bawah
sedangkan air panasnya dialirkan lewat atas karena massa jenis air panas lebih kecil daripada
massa jenis air dingin (prinsip thermosipon). Air ini lalu masuk ke dalam penyimpan panas.
Pada penyimpan panas, panas dari air ini dipindahkan ke pipa berisi air yang lain yang
merupakan persediaan air untuk mandi/antiseptik. Sedangkan air yang berasal dari kolektor
akan diputar kembali ke kolektor dengan menggunakan pompa atau hanya menggunakan
prinsip thermosipon. Persediaan air panas akan disimpan di dalam tangki penyimpanan yang
terbuat dari bahan isolator thermal. Pada sistem ini terdapat pengontrol suhu jika suhu air
panas yang dihasilkan kurang dari yang diinginkan maka air akan dimasukkan kembali ke
tangki penyimpan panas untuk dipanaskan kembali.
Kolektor yang digunakan pada pemanas air tenaga panas matahari ini adalah kolektor
surya plat datar yang bagian atasnya terbuat dari kaca yang berwarna hitam redup sedangkan
bagian bawahnya terbuat dari bahan isolator yang baik sehingga panas yang terserap kolektor
tidak terlepas ke lingkungan. Air panas di dalam kolektor bisa mencapai 82°C sedangkan air
panas yang dihasilkan tergantung keinginan karena sistem dilengkapi pengontrol suhu.
Selain untuk solar sel yang memanfaatkan “partikel” sinar matahari untuk menumbuk
ion-ion pada silikon sehingga terjadi pelepasan elektron dan menghasilkan listrik, sinar
matahari juga dapat dimanfaatkan panasnya. Modul Solar Thermal mengandung cairan surya
yang bersirkulasi melalui panel dan ke dalam sebuah silinder koil kembar surya. Silinder ini
terdiri dari satu kumparan yang menerima panas dari kolektor di atap, dan lain yang
digunakan untuk memasok panas dari rumah utama terus ketel / sumber pemanas ketika
energi matahari tidak cukup.Beberapa sistem juga dilengkapi dengan pemanas imersi.
Pada solar sel bukan panas matahari yang menghasilkan listrik , tapi tekanan sinarnya
pada solar sel. Sedang kali ini kita akan memanfaatkan panas sinar matahari untuk
memanaskan air. Dan akan sangat menyenangkan jika jika setiap kita mandi, kita bisa
menggunakan air dengan air hangat. Saat ini pemanas air banyak dipasang dirumah-rumah
modern. Terutama didaerah-daerah yang bersuhu dingin seperti Bandung, Malang, dan lainlain. Ada banyak alasan memasang pemanas air dirumah antara lain, mandi dengan air hangat
bisa mengeluarkan racun toksin karena terbukanya pori-pori. Selain itu mandi dengan air
hangat, baik untuk terapi bagi selesma, sakit kepala dan mengembalikan kelelahan di kaki.
KEKURANGAN-KELEBIHAN
Jenis pemanas air ada banyak sekali macamnya. Ada pemanas air tenaga listrik dan
ada juga pemanas air menggunakan tenaga gas. Ada satu lagi jenis pemanas air yaitu
pemanas air dengan menggunakan energi Surya (Solar water heater system). Pemanas air
dengan memanfaatkan sumber energi dari alam yang ini, memiliki beberapa keuntungan
antara lain, dibanding tenaga listrik dan tenaga gas, Pemanas Air tenaga surya tidak bakal
habis sumber energinya. Apalagi tarif listrik dan gas selalu naik dari tahun ke tahun.
Dari sisi keamanan, pemanas air tenaga surya sangat aman, karena, resiko tersengat aliran
listrik minim. Ramah lingkungan karena hasil pemanasan pemanas air tenaga surya tidak
menimbulakn senyawa lain. Bandingkan dengan pemanas air tenaga listrik yang
mengakibatkan timbulnya gas CO2 yang bisa mencemari lingkungan. Tetapi disisi lain
pemanas air tenaga surya juga memiliki kekurangan juga, karena pemanas air ini perlu sinar
matahari sebagai energinya, maka kemampuannya tergantung pada banyaknya sinar
matahari. Jadi, kalau mendung, dayanya akan sedikit berkurang. Tapi, tetap tidak masalah,
karena pemanas tenaga surya masih bisa menyerap sinar matahari, dan tetap bisa berfungsi.
Kekurangan pemanas air tenaga surya yang lain adalah tidak bisa ditaruh di
sembarang tempat dan harus terkena sinar matahari langsung. Beda dengan pemanas air
tenaga listrik atau gas yang tidak membutuhkan tempat yang luas dan juga bisa ditaruh di
dalam ruangan, misalnya, di dalam kamar mandi. Dan hal lain yang masih menjadikan orang
berpikir dua kali adalah harganya yang terbilang mahal dibanding pemanas air tenaga air
lainnya. Perlu diketahui harga Pemanas Air berkisar antara 10 juta hingga ada yang mencapai
34juta.
CARA-KERJA
Pemanas air tenaga surya biasanya terdiri dari panel kolektor dan tangki yang dihubungkan
dengan dua pipa assesories. Panel kolektor dilengkapi dengan penutup kaca berfungsi sebagai
penangkap panas sinar matahari yang didalamnya tersusun rangkaian pipa tembaga sebagai
jalur air yang dibalut sirip absorber. Sedangkan tangki berfungsi sebagai "Thermos" (tempat
penyimpanan air berinsulasi) yang mampu menahan penurunan panas secara minimal.
Pada saat matahari bersinar, panel kolektor menangkap sinar matahari dan secara mekanis
mengalirkan panas dari sirip absorber ke pipa-pipa tembaga yang berisi air, sehingga suhu air
didalamnya perlahan meningkat. Panel solar memakai prinsip alamiah air "Thermosiphon".
Thermosiphon ialah prinsip pasif perpindahan panas dengan memanfaatkan proses alamiah
konveksi-air.
Pada prakteknya, prinsip ini dimulai dari air yang berada pada panel kolektor mengalami
pemanasan dan akan bergerak ke sisi atas dan masuk ke dalam tangki. Pada saat bersamaan,
air di dalam tangki yang bersuhu rendah terdorong turun ke dalam panel kolektor. Pergerakan
perputaran air ini bergerak berkesinambungan sehingga terjadi sirkulasi air secara mekanis
yang mengakumulasi peningkatan suhu air didalam tangki. Pergerakan perpindahan antara air
bersuhu tinggi digantikan air bersuhu rendah dapat bergerak mekanis tanpa bantuan
tambahan pompa.
BAHAN YANG DIPERLUKAN:
1. selembar plat logam (boleh terbuat dari seng, alumunium, stainless steel);
2. dudukan plat terbuat dari besi (dapat memesan ke tukang las);
3. pipa air terbuat dari logam (secukupnya);
CARA MEMBUATNYA:
Lihat gambar berikut ini.
CARA KERJA:
1. Panas dikumpulkan oleh kolektor pada parabola dipantulkan ke titik apinya.
2. Air yang mengalir pada pipa di titik api parabola dari tangki air akan dipanaskan oleh
panas yang dikumpulkan kolektor.
3. Air yang panas dialirkan ke bak mandi.
7. Pembangkitan Listrik
Prinsipnya hampir sama dengan pemanasan air hanya pada pembangkitan listrik, sinar
matahari diperkuat oleh kolektor pada suatu titik fokus untuk menghasilkan panas yang
sangat tinggi bahkan bisa mencapai suhu 3800°C. Pipa yang berisi air dilewatkan tepat pada
titik fokus sehingga panas tersebut diserap oleh air di dalam pipa. Panas yang sangat besar ini
dibutuhkan untuk mengubah fase cair air di dalam pipa menjadi uap yang bertekanan tinggi.
Uap bertekanan tinggi yang di hasilkan ini kemudian digunakan untuk menggerakkan turbin
uap yang kemudian akan memutar turbo generator untuk menghasilkan listrik.
Ada dua jenis kolektor yang biasa digunakan untuk pembangkitan listrik yaitu kolektor
parabolik memanjang dan kolektor parabolik cakram.
Kolektor Parabolik Memanjang
Kolektor Parabolik Cakram
Di California, Amerika Serikat, alat ini telah mampu menghasilkan 354 MW listrik.
Dengan memproduksi kolektor ini secara massal, maka harga satuan energi matahari ini di
AS, sekitar Rp 100/KWh lebih murah dibandingkan energi nuklir dan sama dengan energi
dari tenaga pembangkit dengan bahan baku energi fosil.(Ivan A Hadar, 2005).
Di India dengan area seluas 219.000 meter persegi maka kolektor mampu
menghasilkan listrik sebesar 35-40 MW dengan rata-rata intensitas penyinaranya adalah
sebesar 5.8 KWH per meter persegi per hari.(Gordon Feller).
Kita dapat juga membangkitkan listrik langsung dari energi surya, yaitu dengan
menggunakan photovoltaic. Alat ini terbuat dari bahan semikonduktor yang sangat peka
dalam melepaskan elektron ketika terkena panjang gelombang sinar matahari tertentu. Akan
tetapi alat ini masih sangat mahal dan efisiensinya masih sangat rendah, yaitu sekitar 10%.
Pembangkitan listrik berdasarkan perbedaan tekanan pada gas juga bisa dilakukan,
yaitu dengan menggunakan chimney. Ini sebuah sistem tower yang terdiri turbin gas dan
jalinan kaca tertutup yang luas untuk memerangkap panas matahari.
Prinsipnya: sinar matahari akan menembus kaca dari alat ini kemudian memanaskan
gas yang terperangkap di bawah kaca. Gas suhu tinggi ini akan memasuki tower tertutup
yang tingginya bisa mencapai 1000 meter vertikal. Oleh karena perbedaan suhu gas pada
permukaan bumi dan 1000 meter diatas permukaan bumi, maka gas akan mengalir ke atas
melalui tower ini. Aliran gas/udara tersebut akan memutar turbin gas. Skema sederhana dapat
dilihat pada gambar dibawah.
Keuntungan dari penggunaan energi panas matahari antara lain:
Energi panas matahari merupakan energi yang tersedia hampir diseluruh bagian
permukaan bumi dan tidak habis (renewable energy).
Penggunaan energi panas matahari tidak menghasilkan polutan dan emisi yang berbahaya
baik bagi manusia maupun lingkungan.
Penggunaan energi panas matahari untuk pemanas air, pengeringan hasil panen akan dapat
mengurangi kebutuhan akan energi fosil.
Pembanguan pemanas air tenaga matahari cukup sederhana dan memiliki nilai ekonomis.
Kerugian dari penggunaan energi panas matahari antara lain:
Sistem pemanas air dan pembangkit listrik tenaga panas matahari tidak efektif
digunakan pada daerah memiliki cuaca berawan untuk waktu yang lama.
Pada musim dingin, pipa-pipa pada sistem pemanas ini akan pecah karena air di
dalamnya membeku.
Membutuhkan lahan yang sangat luas yang seharusnya digunakan untuk pertanian,
perumahan, dan kegiatan ekonomi lainya. Hal ini karena rapat energi matahari
sangat rendah.
Lapisan kolektor yang menyilaukan bisa mengganggu dan membahayakan
penglihatan, misalnya penerbangan.
Sistem hanya bisa digunakan pada saat matahari bersinar dan tidak bisa digunakan
ketika malam hari atau pada saat cuaca berawan.
Penyimpanan air panas untuk perumahan bukan merupakan masalah, tetapi
penyimpanan uap air pada pembangkit listrik memerlukan teknologi yang sulit.
8. Pendingin
Ruangan
dengan
Tenaga
Panas
Matahari (Revolusi Air Conditioning)
Air conditioning adalah sistem pengaturan suhu dan kelembaban untuk
kenyamanan thermal manusia. Penggunaan sistem air conditioning yang semakin
meningkat di berbagai pertokoan, kantor-kantor, kendaraan pribadi, gedung sekolah
dan kampus menjadi hal yang biasa dalam kehidupan kita sehari-hari. Tren
perkembangan penggunaan sistem air conditioning menunjukkan perkembangan
yang sangat pesat di seluruh dunia.
Sayangnya, konsumsi energi listrik pada sistem air conditioning konvensional
relatif sangat tinggi. Konsumsi energi listrik yang begitu besar menuntut daya listrik
yang besar pula. Mengingat bahwa listrik pada umumnya masih dihasilkan oleh bahan
bakar fosil, penggunaan air conditioning secara tidak langsung juga berkontribusi
secara signifikan terhadap emisi gas rumah kaca. Emisi gas rumah kaca menyebabkan
peningkatan efek pemanasan global. Karena suhu lingkungan makin panas, makin
banyak industri dan rumah tangga yang menggunakan perangkat AC dan
menyebabkan emisi gas rumah kaca yang semakin banyak. Hal ini membuat siklus
emisi dan pemborosan energi yang tiada habisnya.
Mengingat bahwa menghambat laju penggunaan sistem air conditioning adalah hal yang
nyaris mustahil, diperlukan solusi ramah lingkungan untuk sebuah sistem air conditioning
baik dari segi proses maupun dari sumber energi yang digunakan. Solusi untuk masa depan
untuk pemenuhan energi yang berkelanjutan memerlukan sebuah sistem yang menggunakan
energi terbarukan dan sekaligus ramah lingkungan.
Salah satu sistem yang memiliki prospek kedepan dalam hal air conditioning dengan energi
terbarukan adalah sistem solar thermal cooling, pendinginan ruangan dengan menggunakan
panas matahari. Menghasilkan udara yang dingin dengan menggunakan panas matahari
sekilas tampak konyol. Pada umumnya matahari dikenal selama berabad-abad sebagai
sumber panas. Namun dengan menggunakan teknologi modern, ada beberapa proses thermal
yang dapat menggunakan energi panas matahari untuk menggerakkan suatu proses
pendinginan.
Salah satu proses thermal yang dapat digunakan untuk menggerakkan proses pendinginan
adalah suatu proses refrigerasi yang dikenal sebagai absorption chilling. Secara umum, suatu
sistem refrigerasi bertugas untuk memindahkan energi panas dari suatu ruangan tertutup ke
lingkungan, agar suhunya lebih rendah dari suhu lingkungan.
Berikutnya akan dijelaskan tentang:
1. Prinsip Umum Sistem Refrigerasi Modern
2. Perbedaan Proses Refrigerasi Konvensional dengan Sistem Solar Thermal Cooling
3. Keunggulan Utama Sistem Solar Thermal Cooling
1. Prinsip Umum Sistem Refrigerasi
Tentu saja secara alami energi panas hanya dapat berpindah dari benda bersuhu tinggi
ke benda yang bersuhu rendah. Untuk terus menerus memindahkan energi panas dari ruangan
yang dingin ke lingkungan yang lebih panas diperlukan suatu sistem refrigerasi.
Secara sederhana dapat dikatakan bahwa sistem refrigerasi harus memiliki “bagian
dingin” dan “bagian panas”. Agar ruangan menjadi lebih dingin, energi panas harus diserap
dari dalam ruangan oleh “bagian dingin” sistem refrigerasi dan dibuang melalui “bagian
panas” sistem refrigerasi. Tentu saja sesuai hukum ke-2 thermodinamika, tidak mungkin
suatu siklus sistem apapun dapat bekerja secara kontinu memindahkan energi panas dari
“bagian dingin” ke “bagian panas” tanpa memerlukan input energi dari luar. Pada
penggunaan air conditioning, umumnya input energi ini berupa energi listrik yang digunakan
untuk menggerakkan kompresor mekanik. Lalu bagaimana sebuah sistem refrigerasi modern
bekerja?
Sistem refrigerasi modern memanfaatkan sifat cairan yang dapat menyerap kuantitas
panas yang besar pada saat penguapan (evaporasi) dan melepaskan kuantitas panas yang
besar pada saat pengembunan (kondensasi). Baik evaporasi dan kondensasi dapat terjadi pada
suhu tertentu yang dikenal sebagai titik didih atau titik embun. Nilai titik didih atau titik
embun ditentukan oleh tekanan fluida. Pada tekanan yang tinggi, titik didih akan menjadi
lebih tinggi dan pada tekanan yang lebih rendah, titik didih akan menjadi lebih rendah.
Jika kita turunkan tekanan suatu fluida sehingga suhu didihnya menjadi lebih rendah
daripada suhu ruangan, maka fluida tersebut akan mendidih dan menguap (evaporasi). Untuk
berubah fase dari cairan menjadi gas, fluida memerlukan energi panas. Energi panas ini akan
diambil oleh fluida dari ruangan sehingga ruangan akan menjadi dingin dan panas digunakan
oleh fluida untuk berubah wujud menjadi fase gas. Komponen yang mengakibatkan evaporasi
dikenal sebagai evaporator.
Setelah fluida menyerap aliran kalor dari ruangan dan berubah menjadi gas, energi
panas yang berhasil diserap harus dibuang ke lingkungan luar. Akan tetapi tekanan fluida
masih rendah, jika diekspos langsung ke “bagian panas” dari sistem, fluida ini malah akan
menyerap lebih banyak panas karena titik didih masih lebih rendah daripada suhu
lingkungan. Agar energi panas dapat dibuang, fluida dalam bentuk gas ini harus memiliki
titik didih yang lebih tinggi daripada lingkungan luar. Supaya titik didih lebih tinggi, tekanan
fluida harus dinaikkan. Komponen yang berfungsi untuk menaikkan tekanan fluida dikenal
sebagai kompresor. Setelah melalui kompresor, tekanan fluida akan menjadi lebih tinggi.
Setelah melalui kompresor, fluida akan memiliki tekanan dan titik didih yang lebih
tinggi dari lingkungan. Karena titik didih fluida lebih tinggi dari lingkungan, proses kebalikan
dari apa yang terjadi di evaporator terjadi. Fluida gas akan berubah wujud menjadi cair
(kondensasi) dan membuang aliran energi panas ke lingkungan. Agar siklus lengkap, supaya
fluida dapat dialirkan ke evaporator lagi tekanan fluida harus diturunkan oleh alat yang
dikenal sebagai expansion valves.
2. Perbedaan Proses Refrigerasi Konvensional dengan Sistem Solar Thermal Cooling
Lalu dimanakah letak perbedaan antara sistem refrigerasi dengan listrik biasa dan
dengan panas matahari? Pada prinsipnya tidak ada perbedaan kecuali pada bagaimana fluida
dapat dinaikkan titik didihnya sehingga dapat mengembun (kondensasi) pada kondenser.
Pada sistem biasa yang menggunakan input listrik, titik didih ini dicapai dengan
menggunakan kompresi mekanik. Pada sistem pendingin yang menggunakan energi matahari,
titik didih ini dicapai dengan menggunakan “kompresi thermal”. Bandingkan gambar siklus
di bawah ini dengan diagram skema pendinginam konvensional pada gambar sebelumnya.
Bagaimanakah kompresi thermal bekerja? Kompresi thermal bekerja dengan
menggunakan kombinasi generator, absorber,
pompa dan heat exchanger
untuk
menggantikan kerja kompresor. Fluida yang praktis untuk digunakan adalah campuran air
dengan LiBr. Fungsi dari penggunaan larutan LiBr adalah untuk menaikkan titik didih dari
air, namun menurunkan tekanan uap saturasi dari air.
Fluida bersuhu dan tekanan rendah memasuki “bagian dingin” evaporator dan
menguap dengan menyerap energi panas dari lingkungan. Setelah melalui evaporator, uap
fluida bersuhu dan tekanan rendah memasuki absorber yang memiliki larutan yang rendah
kadar airnya. Larutan ini menyerap refrigerant dan bertambah kadar airnya. Proses
penyerapan ini bersifat eksothermik sehingga energi panas dibuang ke lingkungan pada
proses ini. Larutan yang kadar airnya tinggi dipompa sehingga larutan bergerak memasuki
generator. Pada generator, energi di supply dengan menggunakan energi panas matahari,
sehingga uap air terbentuk pada tekanan yang tinggi. Uap bertekanan tinggi ini diembunkan
di kondenser sehingga melepas energi panas ke lingkungan. air yang telah berkondensasi
diturunkan tekanannya menggunakan expansion valves lalu dikembalikan ke evaporator dan
begitu siklus terus berlanjut. Pada proses ini, input energi panas matahari pada generator
menggantikan input energi listrik pada kompresor. Di sini digunakan pompa juga untuk
mengalirkan fluida namun dayanya jauh lebih kecil daripada daya kompressor (dapat
diabaikan). Penyerapan panas terjadi pada evaporator, sama dengan sistem konvensional dan
pembuangan panas terjadi pada absorber dan kondenser. Dengan menggunakan sistem yang
dikenal sebagai absorption chilling ini, energi listrik yang mahal dapat digantikan oleh panas
matahari menggunakan proses kompresi. Jika panas matahari sedang tidak mencukupi dapat
di backup juga dengan menggunakan pemanas gas.
3. Keunggulan Sistem Pendingin Tenaga Matahari
Keunggulan penggunaan energi matahari pada proses air conditioning adalah pada
kesesuaian kronologis antara waktu supply (penyediaan energi) dan pada waktu demand
(permintaan energi) yang terjadi pada saat yang bersamaan. Karena sumber panas utama
adalah matahari, hari yang sangat panas umumnya memiliki kebutuhan pendinginan yang
besar namun memiliki input energi matahari yang besar sebagai kompensasi. Begitu juga
pada saat matahari sedang lemah pancarannya maka kebutuhan pendinginan umumnya
menjadi kecil juga. Karena waktu supply dan demand yang hampir bersamaan maka tidak
dibutuhkan tangki penyimpanan thermal yang terlalu besar untuk mengatasi pengaruh musim.
Hal ini memberikan sistem solar cooling keuntungan ekonomis jika kita memiliki area yang
cukup luas untuk kolektor matahari. Untuk negara dengan empat musim sistem solar cooling
pun dapat diubah menjadi solar heating pada musim dingin.
Keuntungan lingkungan dari sistem solar cooling adalah bahwa tidak ada dampak
lingkungan dari penggunaan LiBr karena tidak menambah efek rumah kaca. Walaupun ada
berbagai permasalahan teknis dan ekonomis seperti butuhnya area kolektor yang cukup luas
atau cuaca yang tak terduga, hal ini bisa diatasi dengan berbagai teknik. Salah satu saja dari
contoh solusinya adalah dengan menggunakan kombinasi hybrid dengan sistem sumber
energi gas alam, ditambah dengan tangki thermal storage dan sistem insulasi yang baik, jika
diperhitungkan resiko emisi, keuntungan ekonomis dan energi tetap secara umum lebih baik
jika dibandingkan dengan menggunakan sistem yang berbasis listrik jaringan saja. Apalagi
dengan makin menipisnya persediaan bahan bakar fosil dunia, penggunaan energi matahari
dan berbagai sumber daya energi terbarukan lainnya akan memegang peranan yang semakin
penting dalam dinamika energi global.
Heater element adalah peralatan yang fungsinya untuk menghasilkan panas dari
sumber listrik. Heater atau pemanas dewasa ini sudah sangat umum dipakai dalam kehidupan
sehari hari. Untuk rumah tangga kita mengenal Dispenser yaitu alat pemanas air. Kita
mengenal magic com alat untuk menanak nasi ataupun menghangatkan makanan. Kita
mengenal kompor listrik alat untuk memasak. Strika listrik juga merupakan pemanas yang
sangat kita kenal.
Di dunia industry heater lebih banyak lagi difungsikan sebagai proses produksi dari
suatu produk yang dihasilkan oleh pabrik tersebut. Contoh : sebuah industri makanan permen
misalnya, sudah sejak awal mengunakan heater untuk proses produksinya. Begitu pula
ditahap akhir industry permen juga menggunakan heater untuk proses packegingnya hingga
tampak menarik dan laku untuk dijual.
Water heater adalah heater yang difungsikan untuk memanaskan air. Contoh
heater untuk air ini adalah immersion heater. Sebuah pemanas imersi adalah
perangkat
yang
dipasang
di
tangki
atau
wadah
untuk
memanaskan
cairan. Instalasi bisa di-sisi, flens atau ulir.
Air heater adalah heater yang difungsikan untuk memanaskan udara. Contoh
heater untuk udara adalah tubular fin heater yang aplikasinya adalah untuk
pemanas ruangan.
Oil heater adalah heater yang difungsikan untuk memanaskan media oli untuk
keperluan sesuatu hal. Contoh penggunaan heater oli ini adalah untuk mesin
hotpress atau mesin pembuat kayu berlapis yang populer dengan sebutan triplex.
Pada umumnya ada tiga jenis aplikasi pemakaian heater yaitu untuk udara, air dan oli.
Akan tetapi prakteknya amat luas. Misalnya saja untuk air, bisa untuk air mandi, air minum,
ataupun air dirubah menjadi uap sebagai miniature dari boiler. Heater untuk udara
aplikasinya juga sangat luar, yaitu untuk oven, untuk mesin packaging, untuk pengering roti,
untuk strika dlsb.
PUSTAKA
Arismunandar, W. 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Bandung. Pradnya Paramita.
Boyle, G. 1996. Renewable Energy. Milton Keynes. The Open University.
Gordon Feller. India Building Large-Scale Solar Thermal Capacity. Available from
http://www.ecoworld.org/Home/Articles2.cfm?TID=325
Ivan A Hadar. Kompas, 11 Oktober 2005. Keluar dari Ketergantungan (Pasar) BBM.
Passive Solar Architecture Heating. Available from www.azsolarcenter.com/design/pas-2
Solar Cooking. Available from www.energiinfo.org/solar_cooking
Wikipedia thermosiphon (http://en.wikipedia.org/wiki/thermosiphon)
http://www.indonesia-property.com Lalu ikuti menu di Solar Water Heater klik bagian
“Referensi” lalu klik “Analisa Studi Biaya Hotel”
www.wikipedia.org/refrigeration
www.wikipedia.org/absorptiom_chiller
www.ecofriend.org/entry/rotartica-s-solar-powered-air-conditioning
APLIKASI PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA SURYA
KELOMPOK
: 7 (TUJUH)
KELAS
: KE-2B
NAMA ANGGOTA :
1. ALBETH YUAN WIJAYA
04
2. DONY SADAKA RAHARDJO
12
3. DIDIK MARGI UTAMA
11
PROGRAM STUDI KONVERSI ENERGI
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI SEMARANG
SEMARANG
2012
PENDAHULUAN
PLTS – Pembangkit Listrik Tenaga Surya adalah salah satu solusi energi baru dan
terbarukan (Renewable Energy/ RE), yaitu dengan memanfaatkan solar module atau modul
surya, atau sering juga disebut panel surya, yang berfungsi mengubah sinar atau cahaya
matahari menjadi energi listrik.
Indonesia yang terletak di equator/ khatulistiwa sungguh sangat beruntung mendapat
paparan sinar matahari yang stabil sepanjang tahun baik di musim kemarau atau musim hujan
sekalipun. Sehingga solusi listrik tenaga surya ini sangat cocok diaplikasikan di semua
wilayah, dengan energi listrik yang dihasilkan relatif merata.
Teknologi pabrikasi modul surya/panel surya saat ini sudah sangat berkembang
dengan cepat, sehingga secara teknis efisiensi makin tinggi dan harga menjadi makin
ekonomis serta terjangkau. Jenis, ukuran kapasitas modul surya dan merek yang dipasarkan
pun semakin beragam. Harga yang ditawarkan juga beragam tergantung pabrikan pembuat,
sertifikasi dan kualitas produk panel surya tersebut. Disini, ketelitian dan mempelajari
spesifikasi produk adalah wajib bagi calon pembeli atau pengguna listrik tenaga surya, agar
mendapatkan kinerja sekaligus harga terbaik.
Apakah Sistem Solar Thermal?
Sistem Thermal Solar sistem air terbarukan pemanasan. Mereka menggunakan energi
Suns untuk menghasilkan sebagian besar kebutuhan air panas untuk bangunan.
Apakah Panel Solar Thermal sama dengan Panel PV Solar?
Tidak, walaupun keduanya menggunakan energi matahari untuk mengurangi
ketergantungan kita pada energi bahan bakar fosil yang dihasilkan, mereka melakukannya
dengan dua cara berbeda. Solar PV Sistem menggunakan energi matahari untuk
menghasilkan listrik mana sebagai Sistem Solar Thermal menggunakan energi matahari
untuk menghasilkan air panas.
Saat ini aplikasi modul surya tidak hanya sebagai SHS-Solar Home System, yaitu
sistem pembangkit listrik untuk rumah tinggal, akan tetapi sudah marak digunakan juga
sebagai PJU Surya – Penerangan Jalan Umum tenaga Surya. Serta dilengkapi dengan
Electronic Box System (EBS) untuk tempat inverter dan control system sehingga bisa awet
dan tahan lama.
PLTS SHS juga dilengkapi dengan kabel instalasi, saklar, terminal blok lampu, stop
kontak, dan komponen pendukung sehingga pemasangan dapat dilakukan dengan sangat
mudah. Selebihnya aplikasi PLTS ini sangat luas meliputi aplikasi back-up power,
telekomunikasi / wartel satelit tenaga surya (solar satellite public phone), sistem pendingin
vaksin (vaccine refrigerator), pompa air tenaga surya, sistem lampu lalu lintas, sebagai heater
(air dan udara) / Pemanasan ruangan dan air, Penerangan ruangan atau jalan (solar street
lamp), Kompor matahari, Pengeringan hasi pertanian, Distilasi air kotor, Pembangkitan
listrik, dan sebagainya. Selanjutnya, PLTS-Pembangkit Listrik Tenaga Surya juga dapat
digabungkan (sistem hybrid) dengan sumber energi listrik lain, misalnya jaringan PLN,
mikrohidro, PLTB-Pembangkit Listrik Tenaga Bayu atau Turbin Angin (wind turbine),
Genset, dan lain sebagainya.
Berikut ini adalah beberapa bentuk energi yang merupakan turunan dari energi matahari
misalnya:
Energi angin yang timbul akibat adanya perbedan suhu dan tekanan satu tempat dengan
tempat lain sebagai efek energi panas matahari.
Energi air karena adanya siklus hidrologi akibat dari energi panas matahari yang mengenai
bumi.
Energi biomassa karena adanya fotosintesis dari tumbuhan yang notabene menggunakan
energi matahari.
Energi gelombang laut yang muncul akibat energi angin.
Energi fosil yang merupakan bentuk lain dari energi biomassa yang telah mengalami
proses selama berjuta-juta tahun.
Selain itu energi panas matahari juga berperan penting dalam menjaga kehidupan di bumi
ini. Tanpa adanya energi panas dari matahari maka seluruh kehidupan di muka bumi ini pasti
akan musnah karena permukaan bumi akan sangat dingin dan tidak ada makluk yang sanggup
hidup di bumi.
APLIKASI PLTS
Energi panas matahari merupakan salah satu energi yang potensial untuk dikelola dan
dikembangkan lebih lanjut sebagai sumber cadangan energi terutama bagi negara-negara
yang terletak di khatulistiwa termasuk Indonesia, dimana matahari bersinar sepanjang tahun.
Dapat dilihat dari gambar di atas bahwa energi matahari yang tersedia adalah sebesar 81.000
TerraWatt sedangkan yang dimanfaatkan masih sangat sedikit.
1. Pemanasan Ruangan
Ada beberapa teknik penggunan energi panas matahari untuk pemanasan ruangan, yaitu:
Jendela
Ini merupakan teknik pemanasan dengan menggunakan energi panas matahari
yang paling sederhana. Hanya diperlukan sebuah lubang pada dinding untuk meneruskan
panas matahari dari luar masuk ke dalam bangunan. Ada jendela yang langsung tanpa ada
kacanya dan ada yang menggunakan kaca. Untuk mendapatkan panas yang optimal maka
pada jendela dipasang kaca ganda. Biasanya di daerah-daerah empat musim
dinding/tembok bangunan diganti dengan kaca agar matahari bebas menyinari dan
menghangatkan ruangan pada saat musim dingin.
Dinding Trombe(Trombe Wall)
Dinding trombe adalah dinding yang diluarnya terdapat ruangan sempit berisi
udara. Dinding bagian luar dari ruangan sempit tersebut biasanya berupa kaca. Dinding ini
dinamai berdasarkan nama penemunya yaitu Felix Trombe, orang berkebangsaan Perancis.
Prinsip kerjanya adalah permukaan luar ruangan ini akan dipanasi oleh sinar matahari,
kemudian panas tersebut perlahan-lahan dipindahkan kedalam ruangan sempit.
Selanjutnya panas di dalam ruangan sempit tersebut akan dikonveksikan ke dalam
bangunan melalui saluran udara pada dinding trombe.
Greenhouse
Teknik ini hampir sama dengan dinding trombe hanya saja jarak antara dinding masif
dengan kaca lebih lebar, sehingga tanaman bisa hidup di dalamnya.
Prinsip kerja greenhouse juga serupa dengan dinding trombe. Panas masuk melalui kaca
ke dalam greenhouse lalu dikonveksikan ke dalam bangunan untuk menghangatkan
ruangan atau menjaga suhu rungan tetap stabil meskipun pada waktu siang atau malam
hari.
2. Penerangan Ruangan
Adalah teknik pemanfaatan energi matahari yang banyak dipakai saat ini. Dengan
teknik ini pada siang hari lampu pada bangunan tidak perlu dinyalakan sehingga
menghemat penggunaan listrik untuk penerangan. Teknik ini dilaksanakan dengan
mendesain bangunan yang memungkinkan cahaya matahari bisa masuk dan menerangi
ruangan dalam bangunan.
3. Kompor Matahari
Prinsip kerja dari kompor matahari adalah dengan memfokuskan panas yang diterima
dari matahari pada suatu titik menggunakan sebuah cermin cekung besar sehingga
didapatkan panas yang besar yang dapat digunakan untuk menggantikan panas dari
kompor minyak atau kayu bakar.
Untuk diameter cermin sebesar1,3 meter kompor ini memberikan daya thermal
sebesar 800 watt pada panci. Dengan menggunakan kompor ini maka kebutuhan akan
energi fosil dan energi listrik untuk memasak dapat dikurangi.
4. Pengeringan Hasil Pertanian
Hal ini biasanya dilakukan petani di desa-desa daerah tropis dengan menjemur
hasil panennya dibawah terik sinar matahari. Cara ini sangat menguntungkan bagi
para petani karena mereka tidak perlu mengeluarkan biaya untuk mengeringkan hasil
panennya. Berbeda dengan petani di negara-negara empat musim yang harus
mengeluarkan biaya untuk mengeringkan hasil panennya dengan menggunakan oven
yang menggunakan bahan bakar fosil maupun menggunakan listrik.
5. Distilasi Air
Cara kerjanya adalah sebuah kolam yang dangkal, dengan kedalaman 25mm hingga
50 mm, ditututup oleh kaca. Air yang dipanaskan oleh radiasi matahari, sebagian
menguap, sebagian uap itu mengembun pada bagian bawah dari permukaan kaca yang
lebih dingin. Kaca tersebut dimiringkan sedikit 10 derajat untuk memungkinkan
embunan mengalir karena gaya berat menuju ke saluran penampungan yang
selanjutnya dialirkan ke tangki penyimpanan.
6. Pemanasan Air
Penyediaan air panas sangat diperlukan oleh masyarakat, baik untuk mandi
maupun untuk alat antiseptik pada rumah sakit dan klinik kesehatan. Penyediaan air
panas ini memerlukan biaya yang besar karena harus tersedia sewaktu-waktu dan
biasanya untuk memanaskan digunakan energi fosil ataupun energi listrik. Namun
Dengan menggunakan pemanas air tenaga surya maka hal ini bukan merupakan
masalah karena pemanasan air dilakukan dengan menyerap panas matahari dengan
menggunakan kolektor sehingga tidak memerlukan biaya bahan bakar.
Prinsip kerjanya adalah panas dari matahari diterima oleh kolektor yang terdapat di
dalam terdapat pipa-pipa berisi air. Panas yang diterima kolektor akan diserap oleh air yang
berada di dalam pipa sehingga suhu air meningkat. Air dingin dialirkan dari bawah
sedangkan air panasnya dialirkan lewat atas karena massa jenis air panas lebih kecil daripada
massa jenis air dingin (prinsip thermosipon). Air ini lalu masuk ke dalam penyimpan panas.
Pada penyimpan panas, panas dari air ini dipindahkan ke pipa berisi air yang lain yang
merupakan persediaan air untuk mandi/antiseptik. Sedangkan air yang berasal dari kolektor
akan diputar kembali ke kolektor dengan menggunakan pompa atau hanya menggunakan
prinsip thermosipon. Persediaan air panas akan disimpan di dalam tangki penyimpanan yang
terbuat dari bahan isolator thermal. Pada sistem ini terdapat pengontrol suhu jika suhu air
panas yang dihasilkan kurang dari yang diinginkan maka air akan dimasukkan kembali ke
tangki penyimpan panas untuk dipanaskan kembali.
Kolektor yang digunakan pada pemanas air tenaga panas matahari ini adalah kolektor
surya plat datar yang bagian atasnya terbuat dari kaca yang berwarna hitam redup sedangkan
bagian bawahnya terbuat dari bahan isolator yang baik sehingga panas yang terserap kolektor
tidak terlepas ke lingkungan. Air panas di dalam kolektor bisa mencapai 82°C sedangkan air
panas yang dihasilkan tergantung keinginan karena sistem dilengkapi pengontrol suhu.
Selain untuk solar sel yang memanfaatkan “partikel” sinar matahari untuk menumbuk
ion-ion pada silikon sehingga terjadi pelepasan elektron dan menghasilkan listrik, sinar
matahari juga dapat dimanfaatkan panasnya. Modul Solar Thermal mengandung cairan surya
yang bersirkulasi melalui panel dan ke dalam sebuah silinder koil kembar surya. Silinder ini
terdiri dari satu kumparan yang menerima panas dari kolektor di atap, dan lain yang
digunakan untuk memasok panas dari rumah utama terus ketel / sumber pemanas ketika
energi matahari tidak cukup.Beberapa sistem juga dilengkapi dengan pemanas imersi.
Pada solar sel bukan panas matahari yang menghasilkan listrik , tapi tekanan sinarnya
pada solar sel. Sedang kali ini kita akan memanfaatkan panas sinar matahari untuk
memanaskan air. Dan akan sangat menyenangkan jika jika setiap kita mandi, kita bisa
menggunakan air dengan air hangat. Saat ini pemanas air banyak dipasang dirumah-rumah
modern. Terutama didaerah-daerah yang bersuhu dingin seperti Bandung, Malang, dan lainlain. Ada banyak alasan memasang pemanas air dirumah antara lain, mandi dengan air hangat
bisa mengeluarkan racun toksin karena terbukanya pori-pori. Selain itu mandi dengan air
hangat, baik untuk terapi bagi selesma, sakit kepala dan mengembalikan kelelahan di kaki.
KEKURANGAN-KELEBIHAN
Jenis pemanas air ada banyak sekali macamnya. Ada pemanas air tenaga listrik dan
ada juga pemanas air menggunakan tenaga gas. Ada satu lagi jenis pemanas air yaitu
pemanas air dengan menggunakan energi Surya (Solar water heater system). Pemanas air
dengan memanfaatkan sumber energi dari alam yang ini, memiliki beberapa keuntungan
antara lain, dibanding tenaga listrik dan tenaga gas, Pemanas Air tenaga surya tidak bakal
habis sumber energinya. Apalagi tarif listrik dan gas selalu naik dari tahun ke tahun.
Dari sisi keamanan, pemanas air tenaga surya sangat aman, karena, resiko tersengat aliran
listrik minim. Ramah lingkungan karena hasil pemanasan pemanas air tenaga surya tidak
menimbulakn senyawa lain. Bandingkan dengan pemanas air tenaga listrik yang
mengakibatkan timbulnya gas CO2 yang bisa mencemari lingkungan. Tetapi disisi lain
pemanas air tenaga surya juga memiliki kekurangan juga, karena pemanas air ini perlu sinar
matahari sebagai energinya, maka kemampuannya tergantung pada banyaknya sinar
matahari. Jadi, kalau mendung, dayanya akan sedikit berkurang. Tapi, tetap tidak masalah,
karena pemanas tenaga surya masih bisa menyerap sinar matahari, dan tetap bisa berfungsi.
Kekurangan pemanas air tenaga surya yang lain adalah tidak bisa ditaruh di
sembarang tempat dan harus terkena sinar matahari langsung. Beda dengan pemanas air
tenaga listrik atau gas yang tidak membutuhkan tempat yang luas dan juga bisa ditaruh di
dalam ruangan, misalnya, di dalam kamar mandi. Dan hal lain yang masih menjadikan orang
berpikir dua kali adalah harganya yang terbilang mahal dibanding pemanas air tenaga air
lainnya. Perlu diketahui harga Pemanas Air berkisar antara 10 juta hingga ada yang mencapai
34juta.
CARA-KERJA
Pemanas air tenaga surya biasanya terdiri dari panel kolektor dan tangki yang dihubungkan
dengan dua pipa assesories. Panel kolektor dilengkapi dengan penutup kaca berfungsi sebagai
penangkap panas sinar matahari yang didalamnya tersusun rangkaian pipa tembaga sebagai
jalur air yang dibalut sirip absorber. Sedangkan tangki berfungsi sebagai "Thermos" (tempat
penyimpanan air berinsulasi) yang mampu menahan penurunan panas secara minimal.
Pada saat matahari bersinar, panel kolektor menangkap sinar matahari dan secara mekanis
mengalirkan panas dari sirip absorber ke pipa-pipa tembaga yang berisi air, sehingga suhu air
didalamnya perlahan meningkat. Panel solar memakai prinsip alamiah air "Thermosiphon".
Thermosiphon ialah prinsip pasif perpindahan panas dengan memanfaatkan proses alamiah
konveksi-air.
Pada prakteknya, prinsip ini dimulai dari air yang berada pada panel kolektor mengalami
pemanasan dan akan bergerak ke sisi atas dan masuk ke dalam tangki. Pada saat bersamaan,
air di dalam tangki yang bersuhu rendah terdorong turun ke dalam panel kolektor. Pergerakan
perputaran air ini bergerak berkesinambungan sehingga terjadi sirkulasi air secara mekanis
yang mengakumulasi peningkatan suhu air didalam tangki. Pergerakan perpindahan antara air
bersuhu tinggi digantikan air bersuhu rendah dapat bergerak mekanis tanpa bantuan
tambahan pompa.
BAHAN YANG DIPERLUKAN:
1. selembar plat logam (boleh terbuat dari seng, alumunium, stainless steel);
2. dudukan plat terbuat dari besi (dapat memesan ke tukang las);
3. pipa air terbuat dari logam (secukupnya);
CARA MEMBUATNYA:
Lihat gambar berikut ini.
CARA KERJA:
1. Panas dikumpulkan oleh kolektor pada parabola dipantulkan ke titik apinya.
2. Air yang mengalir pada pipa di titik api parabola dari tangki air akan dipanaskan oleh
panas yang dikumpulkan kolektor.
3. Air yang panas dialirkan ke bak mandi.
7. Pembangkitan Listrik
Prinsipnya hampir sama dengan pemanasan air hanya pada pembangkitan listrik, sinar
matahari diperkuat oleh kolektor pada suatu titik fokus untuk menghasilkan panas yang
sangat tinggi bahkan bisa mencapai suhu 3800°C. Pipa yang berisi air dilewatkan tepat pada
titik fokus sehingga panas tersebut diserap oleh air di dalam pipa. Panas yang sangat besar ini
dibutuhkan untuk mengubah fase cair air di dalam pipa menjadi uap yang bertekanan tinggi.
Uap bertekanan tinggi yang di hasilkan ini kemudian digunakan untuk menggerakkan turbin
uap yang kemudian akan memutar turbo generator untuk menghasilkan listrik.
Ada dua jenis kolektor yang biasa digunakan untuk pembangkitan listrik yaitu kolektor
parabolik memanjang dan kolektor parabolik cakram.
Kolektor Parabolik Memanjang
Kolektor Parabolik Cakram
Di California, Amerika Serikat, alat ini telah mampu menghasilkan 354 MW listrik.
Dengan memproduksi kolektor ini secara massal, maka harga satuan energi matahari ini di
AS, sekitar Rp 100/KWh lebih murah dibandingkan energi nuklir dan sama dengan energi
dari tenaga pembangkit dengan bahan baku energi fosil.(Ivan A Hadar, 2005).
Di India dengan area seluas 219.000 meter persegi maka kolektor mampu
menghasilkan listrik sebesar 35-40 MW dengan rata-rata intensitas penyinaranya adalah
sebesar 5.8 KWH per meter persegi per hari.(Gordon Feller).
Kita dapat juga membangkitkan listrik langsung dari energi surya, yaitu dengan
menggunakan photovoltaic. Alat ini terbuat dari bahan semikonduktor yang sangat peka
dalam melepaskan elektron ketika terkena panjang gelombang sinar matahari tertentu. Akan
tetapi alat ini masih sangat mahal dan efisiensinya masih sangat rendah, yaitu sekitar 10%.
Pembangkitan listrik berdasarkan perbedaan tekanan pada gas juga bisa dilakukan,
yaitu dengan menggunakan chimney. Ini sebuah sistem tower yang terdiri turbin gas dan
jalinan kaca tertutup yang luas untuk memerangkap panas matahari.
Prinsipnya: sinar matahari akan menembus kaca dari alat ini kemudian memanaskan
gas yang terperangkap di bawah kaca. Gas suhu tinggi ini akan memasuki tower tertutup
yang tingginya bisa mencapai 1000 meter vertikal. Oleh karena perbedaan suhu gas pada
permukaan bumi dan 1000 meter diatas permukaan bumi, maka gas akan mengalir ke atas
melalui tower ini. Aliran gas/udara tersebut akan memutar turbin gas. Skema sederhana dapat
dilihat pada gambar dibawah.
Keuntungan dari penggunaan energi panas matahari antara lain:
Energi panas matahari merupakan energi yang tersedia hampir diseluruh bagian
permukaan bumi dan tidak habis (renewable energy).
Penggunaan energi panas matahari tidak menghasilkan polutan dan emisi yang berbahaya
baik bagi manusia maupun lingkungan.
Penggunaan energi panas matahari untuk pemanas air, pengeringan hasil panen akan dapat
mengurangi kebutuhan akan energi fosil.
Pembanguan pemanas air tenaga matahari cukup sederhana dan memiliki nilai ekonomis.
Kerugian dari penggunaan energi panas matahari antara lain:
Sistem pemanas air dan pembangkit listrik tenaga panas matahari tidak efektif
digunakan pada daerah memiliki cuaca berawan untuk waktu yang lama.
Pada musim dingin, pipa-pipa pada sistem pemanas ini akan pecah karena air di
dalamnya membeku.
Membutuhkan lahan yang sangat luas yang seharusnya digunakan untuk pertanian,
perumahan, dan kegiatan ekonomi lainya. Hal ini karena rapat energi matahari
sangat rendah.
Lapisan kolektor yang menyilaukan bisa mengganggu dan membahayakan
penglihatan, misalnya penerbangan.
Sistem hanya bisa digunakan pada saat matahari bersinar dan tidak bisa digunakan
ketika malam hari atau pada saat cuaca berawan.
Penyimpanan air panas untuk perumahan bukan merupakan masalah, tetapi
penyimpanan uap air pada pembangkit listrik memerlukan teknologi yang sulit.
8. Pendingin
Ruangan
dengan
Tenaga
Panas
Matahari (Revolusi Air Conditioning)
Air conditioning adalah sistem pengaturan suhu dan kelembaban untuk
kenyamanan thermal manusia. Penggunaan sistem air conditioning yang semakin
meningkat di berbagai pertokoan, kantor-kantor, kendaraan pribadi, gedung sekolah
dan kampus menjadi hal yang biasa dalam kehidupan kita sehari-hari. Tren
perkembangan penggunaan sistem air conditioning menunjukkan perkembangan
yang sangat pesat di seluruh dunia.
Sayangnya, konsumsi energi listrik pada sistem air conditioning konvensional
relatif sangat tinggi. Konsumsi energi listrik yang begitu besar menuntut daya listrik
yang besar pula. Mengingat bahwa listrik pada umumnya masih dihasilkan oleh bahan
bakar fosil, penggunaan air conditioning secara tidak langsung juga berkontribusi
secara signifikan terhadap emisi gas rumah kaca. Emisi gas rumah kaca menyebabkan
peningkatan efek pemanasan global. Karena suhu lingkungan makin panas, makin
banyak industri dan rumah tangga yang menggunakan perangkat AC dan
menyebabkan emisi gas rumah kaca yang semakin banyak. Hal ini membuat siklus
emisi dan pemborosan energi yang tiada habisnya.
Mengingat bahwa menghambat laju penggunaan sistem air conditioning adalah hal yang
nyaris mustahil, diperlukan solusi ramah lingkungan untuk sebuah sistem air conditioning
baik dari segi proses maupun dari sumber energi yang digunakan. Solusi untuk masa depan
untuk pemenuhan energi yang berkelanjutan memerlukan sebuah sistem yang menggunakan
energi terbarukan dan sekaligus ramah lingkungan.
Salah satu sistem yang memiliki prospek kedepan dalam hal air conditioning dengan energi
terbarukan adalah sistem solar thermal cooling, pendinginan ruangan dengan menggunakan
panas matahari. Menghasilkan udara yang dingin dengan menggunakan panas matahari
sekilas tampak konyol. Pada umumnya matahari dikenal selama berabad-abad sebagai
sumber panas. Namun dengan menggunakan teknologi modern, ada beberapa proses thermal
yang dapat menggunakan energi panas matahari untuk menggerakkan suatu proses
pendinginan.
Salah satu proses thermal yang dapat digunakan untuk menggerakkan proses pendinginan
adalah suatu proses refrigerasi yang dikenal sebagai absorption chilling. Secara umum, suatu
sistem refrigerasi bertugas untuk memindahkan energi panas dari suatu ruangan tertutup ke
lingkungan, agar suhunya lebih rendah dari suhu lingkungan.
Berikutnya akan dijelaskan tentang:
1. Prinsip Umum Sistem Refrigerasi Modern
2. Perbedaan Proses Refrigerasi Konvensional dengan Sistem Solar Thermal Cooling
3. Keunggulan Utama Sistem Solar Thermal Cooling
1. Prinsip Umum Sistem Refrigerasi
Tentu saja secara alami energi panas hanya dapat berpindah dari benda bersuhu tinggi
ke benda yang bersuhu rendah. Untuk terus menerus memindahkan energi panas dari ruangan
yang dingin ke lingkungan yang lebih panas diperlukan suatu sistem refrigerasi.
Secara sederhana dapat dikatakan bahwa sistem refrigerasi harus memiliki “bagian
dingin” dan “bagian panas”. Agar ruangan menjadi lebih dingin, energi panas harus diserap
dari dalam ruangan oleh “bagian dingin” sistem refrigerasi dan dibuang melalui “bagian
panas” sistem refrigerasi. Tentu saja sesuai hukum ke-2 thermodinamika, tidak mungkin
suatu siklus sistem apapun dapat bekerja secara kontinu memindahkan energi panas dari
“bagian dingin” ke “bagian panas” tanpa memerlukan input energi dari luar. Pada
penggunaan air conditioning, umumnya input energi ini berupa energi listrik yang digunakan
untuk menggerakkan kompresor mekanik. Lalu bagaimana sebuah sistem refrigerasi modern
bekerja?
Sistem refrigerasi modern memanfaatkan sifat cairan yang dapat menyerap kuantitas
panas yang besar pada saat penguapan (evaporasi) dan melepaskan kuantitas panas yang
besar pada saat pengembunan (kondensasi). Baik evaporasi dan kondensasi dapat terjadi pada
suhu tertentu yang dikenal sebagai titik didih atau titik embun. Nilai titik didih atau titik
embun ditentukan oleh tekanan fluida. Pada tekanan yang tinggi, titik didih akan menjadi
lebih tinggi dan pada tekanan yang lebih rendah, titik didih akan menjadi lebih rendah.
Jika kita turunkan tekanan suatu fluida sehingga suhu didihnya menjadi lebih rendah
daripada suhu ruangan, maka fluida tersebut akan mendidih dan menguap (evaporasi). Untuk
berubah fase dari cairan menjadi gas, fluida memerlukan energi panas. Energi panas ini akan
diambil oleh fluida dari ruangan sehingga ruangan akan menjadi dingin dan panas digunakan
oleh fluida untuk berubah wujud menjadi fase gas. Komponen yang mengakibatkan evaporasi
dikenal sebagai evaporator.
Setelah fluida menyerap aliran kalor dari ruangan dan berubah menjadi gas, energi
panas yang berhasil diserap harus dibuang ke lingkungan luar. Akan tetapi tekanan fluida
masih rendah, jika diekspos langsung ke “bagian panas” dari sistem, fluida ini malah akan
menyerap lebih banyak panas karena titik didih masih lebih rendah daripada suhu
lingkungan. Agar energi panas dapat dibuang, fluida dalam bentuk gas ini harus memiliki
titik didih yang lebih tinggi daripada lingkungan luar. Supaya titik didih lebih tinggi, tekanan
fluida harus dinaikkan. Komponen yang berfungsi untuk menaikkan tekanan fluida dikenal
sebagai kompresor. Setelah melalui kompresor, tekanan fluida akan menjadi lebih tinggi.
Setelah melalui kompresor, fluida akan memiliki tekanan dan titik didih yang lebih
tinggi dari lingkungan. Karena titik didih fluida lebih tinggi dari lingkungan, proses kebalikan
dari apa yang terjadi di evaporator terjadi. Fluida gas akan berubah wujud menjadi cair
(kondensasi) dan membuang aliran energi panas ke lingkungan. Agar siklus lengkap, supaya
fluida dapat dialirkan ke evaporator lagi tekanan fluida harus diturunkan oleh alat yang
dikenal sebagai expansion valves.
2. Perbedaan Proses Refrigerasi Konvensional dengan Sistem Solar Thermal Cooling
Lalu dimanakah letak perbedaan antara sistem refrigerasi dengan listrik biasa dan
dengan panas matahari? Pada prinsipnya tidak ada perbedaan kecuali pada bagaimana fluida
dapat dinaikkan titik didihnya sehingga dapat mengembun (kondensasi) pada kondenser.
Pada sistem biasa yang menggunakan input listrik, titik didih ini dicapai dengan
menggunakan kompresi mekanik. Pada sistem pendingin yang menggunakan energi matahari,
titik didih ini dicapai dengan menggunakan “kompresi thermal”. Bandingkan gambar siklus
di bawah ini dengan diagram skema pendinginam konvensional pada gambar sebelumnya.
Bagaimanakah kompresi thermal bekerja? Kompresi thermal bekerja dengan
menggunakan kombinasi generator, absorber,
pompa dan heat exchanger
untuk
menggantikan kerja kompresor. Fluida yang praktis untuk digunakan adalah campuran air
dengan LiBr. Fungsi dari penggunaan larutan LiBr adalah untuk menaikkan titik didih dari
air, namun menurunkan tekanan uap saturasi dari air.
Fluida bersuhu dan tekanan rendah memasuki “bagian dingin” evaporator dan
menguap dengan menyerap energi panas dari lingkungan. Setelah melalui evaporator, uap
fluida bersuhu dan tekanan rendah memasuki absorber yang memiliki larutan yang rendah
kadar airnya. Larutan ini menyerap refrigerant dan bertambah kadar airnya. Proses
penyerapan ini bersifat eksothermik sehingga energi panas dibuang ke lingkungan pada
proses ini. Larutan yang kadar airnya tinggi dipompa sehingga larutan bergerak memasuki
generator. Pada generator, energi di supply dengan menggunakan energi panas matahari,
sehingga uap air terbentuk pada tekanan yang tinggi. Uap bertekanan tinggi ini diembunkan
di kondenser sehingga melepas energi panas ke lingkungan. air yang telah berkondensasi
diturunkan tekanannya menggunakan expansion valves lalu dikembalikan ke evaporator dan
begitu siklus terus berlanjut. Pada proses ini, input energi panas matahari pada generator
menggantikan input energi listrik pada kompresor. Di sini digunakan pompa juga untuk
mengalirkan fluida namun dayanya jauh lebih kecil daripada daya kompressor (dapat
diabaikan). Penyerapan panas terjadi pada evaporator, sama dengan sistem konvensional dan
pembuangan panas terjadi pada absorber dan kondenser. Dengan menggunakan sistem yang
dikenal sebagai absorption chilling ini, energi listrik yang mahal dapat digantikan oleh panas
matahari menggunakan proses kompresi. Jika panas matahari sedang tidak mencukupi dapat
di backup juga dengan menggunakan pemanas gas.
3. Keunggulan Sistem Pendingin Tenaga Matahari
Keunggulan penggunaan energi matahari pada proses air conditioning adalah pada
kesesuaian kronologis antara waktu supply (penyediaan energi) dan pada waktu demand
(permintaan energi) yang terjadi pada saat yang bersamaan. Karena sumber panas utama
adalah matahari, hari yang sangat panas umumnya memiliki kebutuhan pendinginan yang
besar namun memiliki input energi matahari yang besar sebagai kompensasi. Begitu juga
pada saat matahari sedang lemah pancarannya maka kebutuhan pendinginan umumnya
menjadi kecil juga. Karena waktu supply dan demand yang hampir bersamaan maka tidak
dibutuhkan tangki penyimpanan thermal yang terlalu besar untuk mengatasi pengaruh musim.
Hal ini memberikan sistem solar cooling keuntungan ekonomis jika kita memiliki area yang
cukup luas untuk kolektor matahari. Untuk negara dengan empat musim sistem solar cooling
pun dapat diubah menjadi solar heating pada musim dingin.
Keuntungan lingkungan dari sistem solar cooling adalah bahwa tidak ada dampak
lingkungan dari penggunaan LiBr karena tidak menambah efek rumah kaca. Walaupun ada
berbagai permasalahan teknis dan ekonomis seperti butuhnya area kolektor yang cukup luas
atau cuaca yang tak terduga, hal ini bisa diatasi dengan berbagai teknik. Salah satu saja dari
contoh solusinya adalah dengan menggunakan kombinasi hybrid dengan sistem sumber
energi gas alam, ditambah dengan tangki thermal storage dan sistem insulasi yang baik, jika
diperhitungkan resiko emisi, keuntungan ekonomis dan energi tetap secara umum lebih baik
jika dibandingkan dengan menggunakan sistem yang berbasis listrik jaringan saja. Apalagi
dengan makin menipisnya persediaan bahan bakar fosil dunia, penggunaan energi matahari
dan berbagai sumber daya energi terbarukan lainnya akan memegang peranan yang semakin
penting dalam dinamika energi global.
Heater element adalah peralatan yang fungsinya untuk menghasilkan panas dari
sumber listrik. Heater atau pemanas dewasa ini sudah sangat umum dipakai dalam kehidupan
sehari hari. Untuk rumah tangga kita mengenal Dispenser yaitu alat pemanas air. Kita
mengenal magic com alat untuk menanak nasi ataupun menghangatkan makanan. Kita
mengenal kompor listrik alat untuk memasak. Strika listrik juga merupakan pemanas yang
sangat kita kenal.
Di dunia industry heater lebih banyak lagi difungsikan sebagai proses produksi dari
suatu produk yang dihasilkan oleh pabrik tersebut. Contoh : sebuah industri makanan permen
misalnya, sudah sejak awal mengunakan heater untuk proses produksinya. Begitu pula
ditahap akhir industry permen juga menggunakan heater untuk proses packegingnya hingga
tampak menarik dan laku untuk dijual.
Water heater adalah heater yang difungsikan untuk memanaskan air. Contoh
heater untuk air ini adalah immersion heater. Sebuah pemanas imersi adalah
perangkat
yang
dipasang
di
tangki
atau
wadah
untuk
memanaskan
cairan. Instalasi bisa di-sisi, flens atau ulir.
Air heater adalah heater yang difungsikan untuk memanaskan udara. Contoh
heater untuk udara adalah tubular fin heater yang aplikasinya adalah untuk
pemanas ruangan.
Oil heater adalah heater yang difungsikan untuk memanaskan media oli untuk
keperluan sesuatu hal. Contoh penggunaan heater oli ini adalah untuk mesin
hotpress atau mesin pembuat kayu berlapis yang populer dengan sebutan triplex.
Pada umumnya ada tiga jenis aplikasi pemakaian heater yaitu untuk udara, air dan oli.
Akan tetapi prakteknya amat luas. Misalnya saja untuk air, bisa untuk air mandi, air minum,
ataupun air dirubah menjadi uap sebagai miniature dari boiler. Heater untuk udara
aplikasinya juga sangat luar, yaitu untuk oven, untuk mesin packaging, untuk pengering roti,
untuk strika dlsb.
PUSTAKA
Arismunandar, W. 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Bandung. Pradnya Paramita.
Boyle, G. 1996. Renewable Energy. Milton Keynes. The Open University.
Gordon Feller. India Building Large-Scale Solar Thermal Capacity. Available from
http://www.ecoworld.org/Home/Articles2.cfm?TID=325
Ivan A Hadar. Kompas, 11 Oktober 2005. Keluar dari Ketergantungan (Pasar) BBM.
Passive Solar Architecture Heating. Available from www.azsolarcenter.com/design/pas-2
Solar Cooking. Available from www.energiinfo.org/solar_cooking
Wikipedia thermosiphon (http://en.wikipedia.org/wiki/thermosiphon)
http://www.indonesia-property.com Lalu ikuti menu di Solar Water Heater klik bagian
“Referensi” lalu klik “Analisa Studi Biaya Hotel”
www.wikipedia.org/refrigeration
www.wikipedia.org/absorptiom_chiller
www.ecofriend.org/entry/rotartica-s-solar-powered-air-conditioning