chapter 13 solar energy

44
CHAPTER 13 ENERGI MATAHARI

Upload: rosa-firdaus

Post on 18-Dec-2015

237 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

energi

TRANSCRIPT

  • CHAPTER 13 ENERGI MATAHARI

  • Dari semua sumber energi terbarukan, energi matahari mendapat perhatian terbesar pada dekade 1970-an dan telah menjadi pusat dari banyak emosi dan tekananBanyak solusi untuk mengurangi penggunaan bahan bakar fosil dan nuklir dan energi untuk lingkungan yang bersih Solar, sebagai akibatnya menjadi objek atau biasanya meningkat, kembali menempatkan semua sarana produksi saat ini dari kedua daya listrik dan persyaratan energi termal.SEJARAH

  • Energi matahari, dalam ukuran kecil, memang memiliki potensi untuk memasok kebutuhan energi semua: listrik, termal, proses, dan kimia, dan bahkan bahan bakar transportasi. Oleh karena itu, perlu sistem dan komponen yang dapat mengumpulkan dan berkonsentrasi secara efisien untuk konversi ke salah satu kegunaan dan yang dapat melakukan konversi seefisien mungkin

  • Jumlah total insiden energi matahari di atas bumi sangat besar, tetapi energi ini sangat menyebar dan karena rotasi bumi dan orbit sekitar matahari, siklus kedua harian dan musiman.Insiden energi di bumi bagian luar atmosfernya. Ini disebut radiasi luar angkasa. Bumi terdekat dengan matahari pada tanggal 21 Desember pada disiance dari sekitar 1,45 x 1011 m, dan terjauh pada 22 Juni sekitar 1,54 x 1011 m, jarak rata-rata adalah 1,49 x 1011 m (Gambar 13-2). Matahari memiliki diameter sekitar 1,39 x 109 m dan membentuk sudut hanya 32 menit di bumi. Untuk semua tujuan praktis, oleh karena itu, sinar matahari dapat dianggap paralel ketika mereka mencapai bumi.

  • Gambar 13-1 Beberapa contoh daya konversi surya ke tenaga mesin, (a) mesin uap Solar, Paris, 1K7H. (H) Solar ulcnin mesin, Pasadena, California, 1901. (C) mesin uap Solar dengan datar plat kolektor, Philadelphia, I'cimsylvunia, 1907, 1911. (D) Surya mesin uap, Kairo, Mesir, 1913.

  • Gambar 13-2 Orientasi bumi dan matahari. (a) orbit Bumi mengelilingi matahari; SS = musim panas Juni 22; AE = equinox musim gugur, 23 September; WS = musim dingin Desember 22; VE = Vernal (musim semi) equinox, Maret, 21. (b) bumi seperti yang terlihat dari matahari; PA = kutub sumbu; EA = sumbu ekliptika; EP = bidang ekliptika. Lingkaran dari utara ke selatan: Arctic lingkaran (66,5o N. lat.), tropis of capicorn (23,5o N. lat.), khatulistiwa, tropis kanker (23,5o S. lat.), Antartika lingkaran (66,5o S. lat.).

  • Gambar 13-3 Solar-energi berkas radiasi sebagai fungsi panjang gelombang (A) di luar bumi dengan udara massa ma = 0 radiasi, / = 1353 W/m2, (B) terestrial, ma = 1,0, / = 924,9 W/m2; ( C) terestrial, ma = 4, / = 528,9 W/m2, (D) terestrial, ma = 10, / = 234,5 W/m2. Kurva A menurut NASA / standar ASTM. Kurva B, C, D dan dihitung untuk 20 mm air endapan uap, ozon 3,4 mm, dan suasana yang jelas [117].

  • Sumbu kutub bumi (sumbu rotasi bumi) cenderung 23,45o permanen dari normal terhadap bidang ekliptika (EP), bidang orbit bumi mengelilingi matahari (Gambar 13-26). Sumbu ekliptika (EA) dari bumi adalah salah satu yang berjalan melalui pusat, tetapi yang selalu tegak lurus terhadap bidang ekliptika. Sudut antara sinar matahari dan bidang ekuator bumi (normal terhadap sumbu polar) disebut deklinasi Qd sudut matahari. Di belahan bumi utara adalah nol pada kedua equinoxes dan memiliki nilai maksimum yang sesuai dengan sudut kemiringan

  • Gambar 13-4 variasi musiman di sudut deklinasi matahari musim panas dan 23,45 pada titik balik matahari musim dingin. Variasi belahan bumi utara, ditunjukkan pada Gambar. 13-4. Para musiman radiasi pada permukaan horizontal pada setiap lokasi satu oleh variasi.

  • Sinar matahari yang tegak lurus dengan permukaan bumi, intensitas radiasi yang sama di belahan utara dan selatan titik balik matahari musim panas sumbu bumi dimiringkan ke arah matahari sehingga radiasi lebih dari belahan bumi selatan pada musim dingin (benar, dengan intensitas surya lokal sangat tergantung pada lintang oleh perubahan tata ruang antara matahari dan bumi). Untuk aplikasi terestrial, karena itu, hanya rentang panjang gelombang 0,29-2,5 m adalah signifikan.

  • Gambar 13-3 menunjukkan distribusi spektral radiasi sinar luar bumi (ma = 0) serta radiasi sinar terestrial untuk udara massa ma = 1,4 dan 10.Distribusi spektral dari radiasi total adalah jumlah dari kedua balok dan komponen menyebar. Pengukuran menunjukkan bahwa distribusi komponen menyebar mirip dengan yang dari total, meskipun agak bergeser menuju panjang gelombang pendek. (Ingat hamburan yang terjadi paling pada panjang gelombang pendek.)Hal ini menunjukkan bahwa distribusi spektral energi dari langit mendung mirip dengan yang dari langit yang cerah.

  • Gambar 13-6 variasi harian sehingga radiasi jatuh pada permukaan tegak lurus terhadap radiasi sinar di kedua soltices dan ekuinoks di Al - buquerque, New Mexico.

  • Energi "bebas" yang telah memberikan banyak pendukung surya mengabaikan fakta bahwa tidak semua daerah memiliki.Namun dapat dikonversi menjadi listrik oleh salah satu dari dua cara: surya termal di konversi photovoltaic. Radiasi matahari diubah menjadi panas yang pada gilirannya akan ditambahkan ke siklus untuk menghasilkan kerja mekanik dan listrik.

  • Agar hal ini menjadi efisien, perlu untuk mengumpulkan dan memusatkan difusi surya untuk sampai pada sumber cukup tinggi suhu panas. energi matahari langsung ke penerima yang berisi cairan mengalir. Penerima yang merupakan subjek dari pertimbangan berada.Sistem konversi yang digunakan di surya-termal-listrik konversi dari banyak tipe. Ini termasuk:Siklus Rankine, dengan menggunakan uap atau fluida kerja lainnya Siklus Brayton, menggunakan helium atau udara sebagai kerja fluida Sistem Hybird Sistem Repowering

  • Pendekatan pusat-penerima untuk solar-termal-listrik sistem menggunakan lapangan yang luas cermin yang mencerminkan disebut heliostats yang mengarahkan energi matahari dan berkonsentrasi pada penerima sentral dipasang di atas menara

  • Gambar. 13-7. Output penerima dibuat lebih besar dari yang dibutuhkan oleh siklus uap, dan output berlebih selama periode kejadian surya terbesar dilewati ke sistem Semangat termal. Selama periode insidens matahari rendah atau tidak ada, air umpan tersebut didorong

  • Heliostats yang menggunakan kaca lebih jauh dikembangkan saat ini (1982) dari yang plastik terutama karena reflektansi mereka lebih tinggi dan kekuatan.Helliostats terbuat dari kaca dan perak untuk permukaan mencerminkan ditambah baja dan aluminium atau tembaga untuk struktur pendukung.Helliostats harus dibangun dengan cara yang besar kokoh untuk menahan beban angin kencang dan kondisi cuaca buruk.

  • Gambar 13-8 Sebuah sistem kaca heliostats, spion (McDonnett Douglas.)

  • Gambar 13-10 bentuk lapangan heliostat optimum berorientasi untuk lingkup yang setengah lingkaran, (a) kecil 5000 MW (t). Dimensi dalam kelipatan penerima-menara tinggi H [118].

  • Gambar 13-11 tata letak heliostat yang berhubungan dengan penerima

  • Selama operasi normal, heliostats berada dalam modus pelacakan matahari, di mana setiap controller untuk menjaga sinar matahari dipantulkan pada titik tujuan berbeda dapat memiliki titik tujuan yang sedikit berbeda untuk menyebarkan energi fluks seragam atas permukaan penerimaPelacakan dari heliostats dicapai oleh dua metode. Yang pertama menggunakan aktif tercermin balok-sensor yang mengontrol dorongan heliostat. Kedua, Prosedur shutdown adalah kebalikan dari prosedur start-up. Heliostats dipindahkan dari matahari-pelacakan posisi mode ke posisi standby dan kemudian ke posisi menyelundup.

  • Gambar 13-12 Insiden insolation normal, tercermin daya mencapai penerima, dan tenaga panas diubah oleh penerima di dua solstices dan ekuinoks, menunjukkan efek dari start-up dan shutdown [118].

  • Ada dua tipe dasar penerima sedang dipertimbangkan: rongga dan eksternal (13-13). Pertama, sebuah penerima memiliki rongga-tabung pendingin panel melapisi dinding bagian dalam rongga. Kedua, penerima eksternal (Gambar 13-136) memiliki pendingin-tabung panel melapisi luar Panel dapat berupa datar, untuk tanaman kecil, atau sedikit cembung. Penerima rongga karena itu lebih efisien daripada penerima eksternal.Radiasi yang masuk melalui kecepatan rana yang berulang kali tercermin dalam rongga dengan sangat sedikit untuk menemukan jalan keluar.

  • Gambar 13-14 Suhuwaktu karakteristik sistem penyimpanan termoklin.Gambar 13-17 Tipe siklus operasi sehari-hari dari sistem penerima pusat dengan penyimpanan panas dan tenaga konstan (penggunaan akhir) : (a) hari tak berawan dan (b) hari berawan.

  • Ratusan heliostats memfokuskan energi surya pada penerima tunggal jauh di atas sebuah menara yang tinggi, sistem ini dikarakteristikkan oleh penggunaan sejumlah besar kolektor, yang disebut konsentrator, setiap memfokuskan energi matahari yang diterima langsung pada penerima untuk memanaskan transportasi cairan panas. Cairan dikombinasikan dengan konsentrator lain untuk konversi termal-listrik. Sistem distribusi ada dua macam : titik fokus dan fokus pelapisan.

  • Gambar 13-22 Tinggi suhu keramik matriks penerima bentuk sarang lebah untuk aplikasi siklus Brayton [125]. SISTEM LAIN SUHU TENAGA SURYA

  • Gambar 13-24 tes JPL dengan konsentrator parabola dan mesin Stirling. (Courtesy Jet Propulsion Laboratory).SISTEM LAIN SUHU TENAGA SURYA

  • Gambar 13-27 Skematik pembangkit kolam suryaA = lapisan konvektis salinitas-densitas yang rendah, B = gradient lapisan nonkonvektis salinitas-densitas, C = lapisan penyimpanan konvektif salinitas-densitas yang tinggiSISTEM PONDS

  • Untuk banyak kasus yang menarik, menjadi suhu independen. distribusi energy seperti yang dikemukakan oleh hukum Fermi-Dirac, diberikan untuk suhu yang tidak terlalu tinggi (tidak lebih besar dari 3000 K) berdasarkan Sebidang distribusi energi dari gas elektron. Jumlah E1/2 memberikan kontribusi kenaikan parabola dari kurva dari E = 0. Persamaannya

  • Gambar 13-29 distribusi Energi gas elektron pada temperatur yang berbeda, T2> T1> 0. Energi Fermi dapat dihitung dengan mengevaluasi jumlah elektron bebas per satuan volume n sebagai

  • Gambar 13-33 skematik bagian bersebrangan dari sel surya

  • Foton Max Planck adalah orang pertama yang menunjukkan bahwa energi sebuah foton sebanding dengan frekuensi dari radiasi, atau

    Dengan demikian sinar radiasi monoenergetic memiliki panjang gelombang setengah mikrometer, 0,5 m = 0,5 x l0-6 m, energi dari foton tunggal adalah

  • Hal ini didefinisikan sebagai p = jumlah foton yang melintasi satuan luas (biasanya satu sentimeter persegi) pendikular terhadap radiasi sinar per satuan waktu (biasanya detik) Energi surya fluks E" yang berkaitan dengan fluks foton dengan

    Di luar atmosfer bumi, fluks energi surya sama dengan surya konstan S = 1359 W/m2. atau 0,1359 W/cm2, m = 0, = 0, dan rata rata energy foton energi hvav = 1,48 eV.

  • Konsep ini melibatkan penempatan satelit bumi yang akan berfungsi sebagai stasiun energi surya yang mengumpulkan geostasioner di orbit sinkron atau mengelilingi bumi. Orbit seperti itu akan berada di ketinggian sekitar 22.300 mil (36.000 km) dan akan equational, yaitu sejajar dengan bidang equational bumi.Satelit-satelit akan memiliki kolektor besar sinar fotovolta. Mereka juga akan memiliki sistem konversi yang akan mengubah tenaga listrik yang dihasilkan oleh sinar menjadi tenaga pada frekuensi gelombang mikro

  • Sikap kontrol dari SSPS, mungkin melalui penggunaan teknologi laser, harus memastikan bahwa daerah kolektor selalu menghadap matahari dan bahwa antena pemancar terus menghadap antena penerima di bumi.Gambar 13-35 Sebuah skema dari satelit bumi sistem tenaga surya (SSPS).

  • Gambar 13-36 Pengaruh bayangan bumi pada operasi SSPS, menunjukkan satelit dan antena penerima di dua waktu yang berbeda (tidak untuk skala).

  • Polusi StratosfirPolusi ThermalTanah eksklusiFrekuensi radio interferensEfek biologis. Gelombang mikro pada operasi pesawat

  • Sebagai contoh kota Bandung dengan jumlah 36,000 buah PJU menggunakan lampu mercury 250WEnergi yang dibutuhkan per lampu per malam adalah 250W x 12 Jam = 3000WJ (3KWH) , dalam 1 bulan per PJU memerlukan 3KWHx30=90KWH , maka energi untuk 36,000 PJU dalam 1 bulan 90KWHx36,000= 3,240,000 KWH Bila menggunakan lampu LED 50W maka kebutuhan energi per malam adalah 50Wx12Jam=600WJ (0,6KWH), dalam 1 bulan = 0,6KWH x30= 18KWH ,maka energi untuk 36,000 PJU dalam 1 bulan adalah 648,000KWHBerarti dalam 1 bulan dapat menghemat energi 3,240,000 648,000 = 2,592,000 KWH > 2,592MWH atau 80%

  • Bila 36,000 PJU mercury 250W memerlukan 3,240,000KWH per bulan dengan biaya per KWH Rp.635 maka dalam 1 bukan memerlukan biaya sebesar Rp.2,057,400,000.Bila diganti dengan PJU LED 50W maka hanya memerlukan 648,000 KWH per bulan dengan biaya listrik Rp.635 maka biaya listrik per bulan hanya Rp.411,480,000 .Berarti biaya yang bisa dihemat adalah Rp. 1,645,920,000 per bulan atau 80%

  • Untuk 36,000 PJU287,496,000,000161,697,600,000Penghematan biaya125,798,400,000

    ItemMercury Rp.LEDsRp.Rumah lampu300,0000Bohlam80,0003,120,000Ballast80,0000Total biaya kapital 460,0003,120,000Penggantian bohlam 1x / 2 tahun400,0000Biaya listrik 6,858,0001,371,600Biaya pemeliharaan250,0000Total biaya operasional 7,508,0001,371,600Total biaya kapital + operasional 7,986,0004,491,600

  • KEUNTUNGANTanpa biaya listrikRamah lingkunganPemasangan cepat dan mudahMudah dalam perawatan

    Lampu LEDPanel SuryaBCU Tiang Lampu

  • Panel Surya 50Wp menghasilkan energi:12V x 2.91A x 7 Jam = 244 WH x 80% = 195WH atau 16 AHLampu LED 15W memerlukan energi:15W x 12Jam = 180 WH atau 15 AHKebutuhan batere:Kebutuhan 1 hari 15AH Autonomi 2 hari = 2 x 15AH = 30AHTotal 45AH DOD 80% = 56 AH > 60AH

  • THANKS FOR ATTENTION