MAKALAH OSN-PERTAMINA 2012

BIDANG FISIKA

PEMANFAATAN ENERGI SURYA MELALUI

TEKNOLOGI NON-PHOTO-VOLTAIC UNTUK

PEMANAS AIR DAN PEMANAS RUANGAN

Oleh:

ETHELBERT DAVITSON PHANIAS

222184

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKAJURUSAN PENDIDIKAN MIPA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKANUNIVERSITAS PALANGKARAYA

2012

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan Puji Syukur Kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah

melimpahkan rahmat-Nya, sehingga penulisan makalah dengan judul “Pemanfaatan

Teknologi Hibrid Berbasis Energi Surya Dan Angin Untuk Rumah Tangga” ini dapat

selesai sesuai waktu yang ditentukan, makalah ini disusun untuk memenuhi syarat FINAL

SELEKSI OSN PERTAMINA TINGKAT PROVINSI.

Saya menyadari dalam pembuatan makalah ini masih cukup banyak terdapat

kekurangan-kekurangan.Sehingga saya juga mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya

membangun untuk kesempurnaan makalah ini lebih lanjut.

Atas perhatian dan partisipasinya saya selaku penyusun mengucapkan terima

kasih.Semoga makalah ini bermanfaat bagi kita semua.AMIN.

Palangka Raya,Oktober 2012

Ethelbert Davitson Phanias

BAB IPENDAHULUAN

A. Latar BelakangIndonesia merupakan salah satu negara yang terletak di khatulistiwa serta

negara beriklim tropis sehingga matahari bersinar sepanjang tahun. Kondisi ini dapat

menjadikan matahari menjadi alternatif sumber energi masa depan. Sumber energi

ini merupakan sumber yang tak akan habis bila digunakan sebagai sumber energi

alternative. Walau Indonesia mempunyai cadangan minyak dan gas bumi yang relatif

banyak akan tetapi perlukiranya memperdayakan sumber energi lainnya mengingat

minyak, batu bara dan gas bumi adalah sumber energi akan habis dan

tidak terbarui.

Perkembangan peradaban umat manusia di dunia pada era modern ini diikuti

oleh eksploitasi terus-menerus sumber-sumber energi berbasis fosil, seperti minyak

bumi, batubara, dan lain-lain, untuk kelangsungan aktivitas-aktivitas hidup umat

manusia. Karena sumber-sumber energi berbasis fosil tidak dapat diperbaharui,

ketersediaannya semakin berkurang , sehingga cepat atau lambat akan habis pada

suatu masa. Di lain pihak, sesungguhnya alam menyediakan berbagai sumber energi

lain yang berlimpah, yang sebagian di antaranya dapat diperoleh secara langsung dan

cuma-cuma oleh masyarakat, seperti energi surya dan energi angin. Permasalahannya

adalah, berbeda dengan hasil-hasil sumber energi fosil yang umumnya dibentuk

sebagai bahan bakar minyak, energi surya dan energi angin tidak dapat dipindah-

tempatkan dan dikonversi ke bentuk energi lain secara mudah, efektif, dan efisien.

Namun demikian, upaya-upaya pengembangan teknologi untuk mengeksploitasi

energi surya dan energi angin telah marak dilakukan di dunia dengan segala kendala

dan keterbatasannya.

Untuk mengatasi masalah tersebut maka diperlukan usaha-usaha untuk

mencari sumber energi alternatif seperti energi tenaga air, batu bara, geothermal,

gas alam, solar cell, dan sel bahan bakar seperti penggunaan biomassa dan lain-

lain. Keunggulan dari energi matahari (solar cell) ini dibandingkan dengan sumber

energi alternatif lainnya adalah tidak bersifat polutif, berlimpah, bersifat terbarukan,

gratis, tidak pernah habis,dan dapat dimanfaatkan baik secara langsung maupun tidak

langsung dan merupakan sumber energi sepanjang masa.

Potensi penggunaan energi matahari ini dapat kita manfaatkan untuk

penyinaran,pemanas air, pengering hasil pertanian dan perikanan,perkembangan

tumbuhan,sebagai bahan bakar,penghasil tenaga listrik dan lain-lain.Sejauh ini,

pemanfaatan sumber energi matahari yang paling banyak yaitu untuk pemanas.

Pemanas air dengan menggunakan tenaga matahari atau lebih dikenal dengan sebutan

solar water heater system yang belakangan ini banyak dibicarakan.Pemanas air ini

memanfaatkan energi dari alam yang tidak akan habis.Bandingkan dengan pemanas

air yang menggunakan tenaga listrik,gas atau minyak bumi. Seperti yang kita ketahui

saat ini suplai listrik sangat terbatas,apalagi di beberapa daerah masih mengalami

krisis listrik. Selain itu dari sisi ekonomi,biaya yang dikeluarkan untuk membayar

tagihan listrik juga semakin tinggi untuk setiap tahunnya. Sama halnya dengan

pemanas air yang menggunakan energi gas, sebagaimana kita ketahui bahwa minyak

bumi dan gas merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui,yang

tentunya akan habis apabila digunakan secara terus-menerus.

B. Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah pada makalah ini adalah :

1. Apa saja kelebihan dan kekurangan dari pemanas non-photo-voltaic?

2. Mengapa pemanas air dan pemanas ruangan dari energi surya begitu penting?

3. Bagaimana mendesain sistem pemanas air dan pemanas ruangan yang efektif

dan efisien?

C. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian pada makalah ini adalah:

1. Mengetahui kelebihan dan kekurangan dari pemanas non-photo-voltaic.

2. Mengetahui pentingnya pemanas air dan pemanas ruangan dari energi surya.

3. Mengetahui bagaimana mendesain sistem pemanas air yang efektif dan efisien.

D. Batasan Masalah

Penulis hanya membatasi masalah pada lingkup :

1. Tenaga atau energi yang digunakan adalah energi dari radiasi sinar matahari.

E. Manfaat Penelitian

Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat dalam beberapa hal

yaitu:

1. Memperkenalkan desain sistem pemanas air menggunakan radiasi sinar matahari

kepada masyarakat luas.Terutama bagi mereka yang menggunakan air panas

untuk keperluan mandi keluarga.

2. Diharapkan agar masyarakat khususnya masyarakat pengguna air panas/hangat

untuk kebutuhan mandi keluarga dapat mengetahui,memahami,dan dapat

mendesain alat tepat guna sebagai pemanas air alternatif selain pemanas air

tenaga listrik,minyak bumi atau gas yang mana jumlah cadangannya semakin

menipis.

3. Sebagai penerapan dari ilmu perpindahan panas yang diterapkan pada pemanas

air dengan memanfaatkan energi dari radiasi matahari.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

A. MatahariMatahari adalah bintang yang terdapat di jagat raya ini dan berada paling

dekat dengan bumi.Matahari menyadiakan energi yang dibutuhkan oleh

kehidupan di bumi ini secara terus-menerus dan berputar pada porosnya.Sumber

energi berjumlah besar dan kontinu terbesar yang tersedia bagi umat manusia

adalah energi surya dan energi elektromagnetik yang dipancarkan oleh matahari.

Energi surya sangat aktif karena tidak bersifat polutif dan tidak dapat habis.

Akan tetapi arus energi yang rendah mengakibatkan digunakannya sistem dan

kolektor yang permukaannya luas untuk mengumpulkan dan mengkonsentrasikan

energi matahari ini.

1. Karakteristik Matahari

Matahari bintang terdekat yang memberikan energi untuk

mempertahankan kehidupan dibumi.Jika kita memandang matahari ketika

terbit dan terbenam atau melalui lapisan awan,maka matahari tampak seperti

piringan yang pinggirnya jelas. Piringan matahari yang tampak ini disebut

fotosfer. Dalam suatu kesempatan kita dapat melihat noda-noda (spots) hitam

pada fotosfer. Diameter matahari sekitar 14 x 105 km atau 109 kali diameter

bumi. Massa matahari 333.400 kali massa bumi atau secara pendekatan 1,99 x

1030 Kg. Dengan mengetahui ukuran dan massa matahari maka diperoleh

densitas matahari rata-rata 1,41 g/cm3 yang lebih rendah seperempat kali

dibandingkan densitas bumi rata-rata.

Diatas fotosfer terdapat lapisan kromosfer atau lapisan warna (sphere

of color) yang tebalnya sekitar 16.000 km. Kromosfer menandai transisi dari

fotosfer ke atmosfer matahari bagian luar yang meluas sampai jutaan

kilometer ke dalam angkasa.

2. Energi Matahari

Setiap menit matahari meradiasikan energi sebesar 56 x 1026 kalori.

Energi matahari persatuan luas pada jarak jauh dari permukaan bola dengan

matahari sebagai pusat bulatan dan jari-jari bulatan 150 juta Km (jarak rata-

rata bumi dengan matahari) adalah:

S = 56 x1026 kal .menit−1

4 π¿¿¿

= 2,0 kal.cm-2 menit-1 (pembulatan) = Langley menit-1

S = 2,0 Ly menit-1, yang disebut konstana matahari

Energi matahari yang diterima bumi dengan jari-jari 6370 km adalah :

Eb = a2 S

= 3,14 x (637 x 106 cm)2 x 2 kal cm-2 menit-1

= 2,55 x 1018 kal.menit-1

= 3,67 x 1021 kal/hari

B. Radiasi Matahari

1. Pengertian

Radiasi adalah proses perpindahan panas melalui gelombang

elektromagnetik atau paket-paket energi (photon) yang dapat dibawa sampai

pada jarak yang sangat jauh tanpa memerlukan interaksi dengan medium (ini

yang menyebabkan mengapa perpindahan panas radiasi sangat penting pada

ruang vakum),disamping itu jumlah energi yang dipancarkan sebanding

dengan temperatur benda tersebut.Tidak seluruh energi yang disebutkan

dalam konstanta surya mencapai permukaan bumi,karena terdapat absorpsi

yang kuat dari karbondioksida dan uap air di atmosfer.Radiasi surya yang

menimpa permukaan bumi juga bergantung dari kadar debu dan zat pencemar

lainnya dalam atmosfer.

2. Sifat – sifat Radiasi

Gelombang elekromagnetik berjalan melalui suatu medium (vacum)

dan mengenai suatu permukaan atau medium lain maka sebagian gelombang

akan dipantulkan sedangkan,gelombang yang tidak dipantulkan akan

menembus kedalam medium atau permukaan yang dikenainya.Pada saat

melalui medium, intensitas gelombang secara berkelanjutan akan mengalami

pengurangan. Jika pengurangan tersebut berlangsung sampai tidak ada lagi

gelombang yang akan menembus permukaan yang dikenainya maka

permukaan ini disebut sebagai benda yang bertingkah laku seperti benda

hitam.Jika gelombang melalui suatu medium tanpa mengalami pengurangan

hal ini disebut sebagai benda (permukaan) transparan dan jika hanya sebagian

dari gelombang yang mengalami pengurangan hal ini disebut sebagai

permukaan semi transparan. Apakah suatu medium adalah benda yang

bertingkahlaku seperti benda hitam, transparan atau semi transparan

tergantung kepada ketebalan lapisan materialnya.Benda logam biasanya

bersifat seperti benda hitam.Benda non logam umumnya memerlukan

ketebalan yang lebih besar sebelum benda ini bersifat seperti benda hitam.

Permukaan yang bersifat seperti benda hitam tidak akan memantulkan

cahaya radiasi yang diterimanya,oleh karena itu kita sebut sebagai penyerap

paling baik atau permukaan hitam.

3. Karakteristik Radiasi dari Permukaan yang Bertingkah laku seperti Benda

Hitam.

a) Emisi Permukaan

Sifat dari permukaan radiasi (emisivitas) didefinisikan sebagai

perbandingan radiasi yang dihasilkan oleh permukaan benda hitam pada

temperatur yang sama.Emisivitas mempunyai nilai yang berbeda

tergantung kepada panjang gelombang dan arahnya.Nilai emisivitas

bervariasi dari 0-1,di mana benda hitam mempunyai nilai emisivitas 1.

b) Absorpsivitas (Penyerapan)

Tidak seperti halnya emisivitas, absorpsivitas atau refleksivitas dan

transmisivitas bukanlah bagian dari sifat-sifat permukaan karena ketiga

hal ini bergantung kepada radiasi yang datang ke kepermukaan.

Absorpsi adalah proses pada saat suatu permukaan menerima radiasi

dimana tidak semua energi diserap oleh permukaan tersebut,melainkan

ada sebagian yang dipantulkan atau ditransmisikan.Akibat langsung dari

proses penyerapan ini adalah terjadinya peningkatan energi dari dalam

medium yang terkena panas tersebut.

c) Transmisivitas

Transmisivitas adalah fraksi dari jumlah energi radiasi yang

ditransmisikan perjumlah total energi radiasi yang diterima suatu

permukaan.

C. Perpindahan Kalor

Kalor mengalir dengan sendirinya dari suatu benda yang temperaturnya

lebih tinggi kebenda lain dengan temperatur yang lebih rendah.Bagaimanapun,

fluida kalor tidak pernah dideteksi. Kemudian diabad ke 19 ditemukan bahwa

berbagai fenomena yang berhubungan dengan kerja dan energi.Pertama kita lihat

bahwa suatu satuan yang umum untuk kalor, yang

masih digunakan sekarang dinamakan kalori.Satuan ini disebut kalori (kal) dan

didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur 1gram air

sebesar 1 derajat celcius (Giancoli. 2001: 489).

Jika kalor diberikan pada suatu benda maka temperaturnya naik.Pada

abad ke 18,orang-orang yang melakukan percobaan telah melihat bahwa besar

kalor Q yang dibutuhkan untuk merubah temperatur zat tertentu sebanding

dengan massa m zat tersebut dan dengan perubahan temperatur ∆T.

Keserdehanaan alam yang menakjubkan ini dapat dinyatakan dalam persamaan

Q = mc T

Keterangan:

Q adalah kalor

m adalah massa zat

T adalah perubahan temperatur

c adalah kalor jenis

(Giancoli. 2001: 492).

Kalor berpindah dari suatu tempat ke tempat dengan tiga cara,konduksi,konveksi

dan radiasi.

1. Konduksi

Pada proses konduksi,kalor dipindahkan melalui benda perantara, namun

benda perantaranya tidak ikut berpindah.Proses konduksi terjadi karena

elektron-elektron bebas atau fonon (paket gelombang akustik) yang

berpindah.Jadi, tidak tampak perpindahannya secara makroskopik.Jika atom

atau molekul suatu zat pada suatu tempat bersuhu lebih tinggi daripada

molekul di tempat lain, maka atom atau molekul tersebut akan bergerak

dengan energi lebih besar daripada bagian lainnya.Melalui proses tumbukan,

energi dapat dipindahkan kepada molekul-molekul atau atom lainnya

.

2. Konveksi

Konveksi merupakan perpindahan kalor yang disertai dengan

perpindahan massa medianya,dan media konveksi adalah fluida. Konveksi

terjadi karena adanya perbedaan kecepatan fluida bila suhunya berbeda, yang

tentunya akan berakibat pada perbedaan berat jenis (berat tiap satuan volume).

Fluida yang bersuhu tinggi akan mempunyai berat jenis yang lebih kecil bila

dibandingkan dengan fluida sejenisnya yang bersuhu lebih rendah.Karena itu,

maka fluida yang bersuhu tinggi akan naik sambil membawa energi.Hal inilah

yang berakibat pada terjadinya perpindahan kalor konveksi.

3. Radiasi

Radiasi adalah proses perpindahan kalor melalui perambatan

gelombang elektromagnetik.Misalnya,pada perambatan energi dari matahari

ke bumi.Penggunaan gelombang mikro pada alat masak dan lain sebagainya.

Banyaknya kalor yang dipindahkan tiap satuan waktu melalui proses radiasi

dinyatakan oleh hukum Stefan Boltzmann sebagai

P = e σ A T4

e adalah emisivitas, yaitu bilangan tak berdimensi yang menyatakan

kemampuan benda untuk memancarkan kalor,atau sama dengan perbandingan

antara energi yang dipancarkannya oleh benda hitam sempurna.Benda hitam

sempurna adalah benda yang memancarkan seluruh energi secara sempurna.

Yang dimaksud dengan benda hitam sempurna bukanlah benda yang

berwarna hitam.Suatu lubang kecil yang menyebabkan radiasi yang

mengenainya terjebak dalam lubang (karena pemantulan berulang-ulang

sebelum diserapnya) merupakan benda yang memiliki sifat ini.

Keterangan:

σ adalah tetapan Stefan Boltzmann, yang besarnya sama dengan 5,67 x 10 -8

J/(sm2k4)

A adalah luas permukaan benda yang memancarkan kalor.

T adalah suhu benda yang memancarkan kalor.

D. Temperatur

Perpindahan energi sebagai panas selalu bertolak dari suatu benda yang

temperaturnya lebih tinggi kebenda yang temperaturnya lebih rendah.Istilah

“hangat” dan “dingin” menyatakan temperatur relatif kedua benda tersebut.

Temperatur dapat dipandang sebagai pontesial pendorong bagi berlangsungnya

pepindahan energi sebagai panas.

Gagasan penting lainnya mengenai temperatur adalah bahwa sifat ini

merupakan “penunjuk” bagi arah perpindahan energi sebagai panas.Energi

cenderung untuk berpindah sebagai panas dari berbagai daerah bertemperatur

tinggi ke berbagai daerah bertemperatur rendah.

Jika dua buah sistem berada dalam keseimbangan termal, keduanya

haruslah mempunyai temperatur yang sama.Jika setiap sistem tersebut berada

dalam keseimbangan dengan sistem ketiga,maka ketiganya mempunyai

temperatur yang sama,jadi ketiganya berada dalam keseimbangan termal.Pada

keadaan ini kalor/panas tidak akan mengalir dari satu sistem ke sistem lainnya.

E. Karakteristik Aluminium

Tembaga (Cu) mempunyai sistim kristal kubik, secara fisik berwarna

kuning dan apabila dilihat dengan menggunakan mikroskop bijih akan berwarna

pink kecoklatan sampai keabuan.

Unsur tembaga terdapat pada hampir 250 mineral, tetapi hanya sedikit saja

yang komersial. Pada endapan sulfida primer, kalkopirit (CuFeS2) adalah yang

terbesar, diikuti oleh kalkosit (Cu2S),bornit (Cu5FeS4),kovelit (CuS),dan enargit

(Cu3AsS4).Mineral tembaga utama dalam bentuk deposit oksida adalah krisokola

(CuSiO3.2HO), malasit (Cu2(OH)2CO3), dan azurit (Cu3(OH)2(CO3)2).

Walaupun tembaga mempunyai daya gabung yang tinggi terhadap

oksigen,dan karena itu dikatakan bahwa mudah sekali mengoksidasi (berkarat),

dalam kenyataannya mempunyai daya tahan karat yang sangat baik.Hal itu

disebabkan oleh lapisan tipis,akan tetapi jenuh oksigen yang terbentuk pada

permukaan akan melindunginya dari serangan atmosfer.Disamping sifat tahan

karat yang baik,tembaga mempunyai sifat penghantar panas yang tinggi setelah

perak.

F. Fluida

1. Tekanan pada fluida

Tekanan didefinisikan sebagai gaya persatuan luas,dimana gaya F dipahami

bekerja tegak lurus terhadap permukaan A:

Tekanan P = FA

(Giancoli.2001:326)

keterangan:

P adalah tekanan

F adalah gaya

A adalah luas permukaan

Satuan SI untuk tekanan adalah N/m2 .Satuan ini mempunyai nama resmi

pascal (Pa).

2. Gerak Fluida dan Laju Aliran

Dua jenis aliran utama pada fluida yaitu lurus atau laminar dan aliran

turbulen.Aliran lurus atau laminar adalah jika aliran tersebut mulus,yaitu

lapisan-lapisan yang bersebelahan meluncur satu sama lain dengan mulus.

Sedangkan aliran turbulen ditandai dengan lingkaran-lingkaran tak menentu,

kecil dan menyerupai pusaran yang disebut sebagai arus eddy.

Laju aliran massa didefinisikan sebagai massa ∆m dari fluida yang melewati

titik tertentu persatuan waktu ∆t; laju aliran massa = ∆m/∆t. Pada gambar

volume fluida yang melewati titik 1 (yaitu, melalui luas A1) dalam waktu ∆t

adalah A1∆l1, di mana ∆l1 adalah jarak yang dilalui fluida dalam waktu ∆t.

Karena kecepatan fluida yang melewati titik 1 adalah v1 = ∆l1/∆t,laju aliran

massa ∆m/∆t melalui luas A1 adalah

(Giancoli.2001:340)

Aliran Fluida Melalui Pipa yang Diameternya Berubah-ubah

Dimana ∆V1 = A1 ∆l1 adalah volume dengan massa ∆m1 dan ρ1 adalah

massa jenis fluida. Dengan cara yang sama, pada titik 2 (melalui luas A2), laju

alir adalah ρ2A2υ2.

Karena tidak ada aliran fluida yang masuk atau keluar dari sisi-sisi, laju aliran

melalui A1 dan A2 harus sama.

Dengan demikian, karena:

maka

(Giancoli.2001:340).

Persamaan ini disebut persamaan kontinuitas.Jika fluida tersebut tidak

dapat ditekan ( ρ tidak berubah terhadap tekanan),yang merupakan pendekatan

yang baik untuk zat cair dalam sebagian besar kondisi (dan kadang-kadang

juga untuk gas), maka ρ1 = ρ2 dan persamaan kontinuitas menjadi

A1υ1 = A2υ2 [ρ = konstan]

(Giancoli.2001:340)

Persamaan ini memberitahu kita bahwa di mana luas penampang

lintang besar, kecepatan kecil,dan di mana luas penampang kecil,kecepatan

besar.Untuk mendapatkan kalor yang maksimal maka luas penampang dibuat

besar dan debit air yang digunakan kecil.

3. Perpindahan Kalor Pada Air

Sebagian besar zat memuai secara beraturan terhadap penambahan

temperatur.Akan tetapi (sepanjang tidak ada perubahan fase yang terjadi),air

tidak mengikuti pola yang biasa. Jika air pada 0°C dipanaskan volumenya

menurun sampai mencapai 4°C. Di atas 4°C air berperilaku normal dan

volumenya memuai terhadap bertambahnya temperatur.Air dengan demikian

memiliki massa jenis yang paling tinggi pada 4°C.

Sebuah fenomena yang menarik adalah ketika kita mengamati temperatur air

didanau yang temperaturnya di atas 4°C dan mulai mendingin karena kontak

langsung dengan udara yang dingin.Air yang berada di atas permukaan danau

akan tenggelam karena massa jenisnya yang lebih besar dan digantikan oleh

air yang lebih hangat.Keadaan ini berlanjut hingga air mencapai temperatur

tetap (konstan) (Giancoli.2001:357).

Tekanan pada fluida dapat dituliskan dalam persamaan;

P = ρgh

Dimana, P adalah tekanan

ρ adalah massa jenis zat cair (dianggap konstan)

g adalah percepatan gravitasi

h adalah kedalaman dari permukaan air danau

misalkan:

Dari keterangan diatas dapat kita simpulkan bahwa air panas akan

selalu berada pada bagian pemukaan air.Hal ini dikarenakan massa jenis air

panas lebih kecil daripada massa jenis air dingin,dengan sendirinya air panas

akan berada pada permukaan.

G. Air

Air adalah zat yang sangat umum di muka bumi.Air menempati lebih

dari 70 % planet kita,dan kadarnya bisa lebih besar atau lebih kecil di dalam

tanah, udara, dan organisme yang ada di mana-mana.Air berubah dari satu bentuk

ke bentuk yang lain, dan bergerak dari satu tempat ke tempat yang lainnya dan air

tidak dapat dibuat.

Air adalah suatu zat yang luar biasa dan mempunyai sifat yang sangat

unik dalam berbagai karakteristik yang penting.Misalnya saja,air adalah satu-

satunya zat yang dapat ditemukan dalam tiga keadaan (fase) yaitu: cair, padat,

gas. Kandungan besar dari embun bumi berbentuk air.Air dapat diubah menjadi

bentuk gas (uap air) dengan penguapan, atau menjadi bentuk padat (es) dengan

membekukannya.Uap air dapat diubah menjadi air dengan kondensasi atau secara

langsung menjadi es dengan sublimasi. Es dapat diubah menjadi air dengan

mencairkannya atau menjadi uap air dengan sublimasi. Dalam masing-masing

proses akan terjadi penambahan atau pengurangan panas. Embun pada tanaman

dapat keluar melalui daun-daunan menuju udara sebagai uap dalam suatu proses

yang disebut transpirasi.

BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN

A. Energi Surya

Energi surya adalah energi yang didapat dengan mengubah energi

panas surya  melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk lain.

Hanya dalam satu detik, Matahari mengeluarkan 13 juta kali energi yang

dihasilkan oleh semua listrik yang dikonsumsi dalam satu tahun di Amerika

Serikat. Hanya sepersejuta energi matahari mencapai bumi, tetapi jumlah ini

sedikit akan lebih dari cukup untuk memenuhi kebutuhan energi dari seluruh

planet kita. Kesulitan relatif dalam mengekstraksi energi dari Matahari, bila

dibandingkan dengan sistem yang memperoleh energi dari bahan bakar fosil atau

tenaga nuklir, telah menghambat perkembangannya sebagai sumber luas energi.

Pada skala yang lebih kecil dan dalam proyek-proyek eksperimental banyak,

namun energi matahari telah terbukti sangat efektif dalam menghasilkan baik

listrik dan panas.

Energi matahari pertama kali dieksplorasi untuk keperluan listrik pada

1950-an, ketika kebutuhan untuk pembangkit listrik terus listrik pada satelit ruang

melahirkan pengembangan sel surya di Bell Telephone Laboratories dari Amerika

Serikat. Bahkan saat ini, meskipun, sel surya silikon terbaik mengkonversi sinar

matahari menjadi tenaga listrik dengan hanya 18% efisiensi. Namun, percobaan

telah memanfaatkan matahari listrik yang dihasilkan dengan sukses besar.

B. Energi Surya Non-Photo-VoltaicEnergi surya merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang

dimanfaatkan melalui dua macam teknologi yaitu teknologi fotovoltaik (PV) dan

teknologi fototermik (surya termal). Teknologi PV mengkonversi langsung

cahaya matahari menjadi listrik melalui perangkat semikonduktor yang disebut

sel surya, sedangkan teknologi surya termal memanfaatkan panas dari radiasi

matahari dengan menggunakan alat pengumpul panas atau yang biasa disebut

kolektor surya.

Pada sistem surya termal (non-photo-voltaic), kolektor surya menyerap radiasi

matahari dan mengkonversinya menjadi energi panas yang digunakan untuk

memanaskan medium fluida seperti air atau udara yang dapat digunakan secara

langsung atau pun tidak langsung untuk berbagai aplikasi seperti ; pemanas air

(water heater), pengering hasil pertanian (solar dryer), distilasi / desalinasi,

memasak (solar cooker), pendingin surya (solar cooling), pembangkit listrik

(solar thermal power plant), etc. Selain itu teknologi surya termal juga berpotensi

untuk dimanfaatkan sebagai sumber pemanas tambahan untuk proses-proses

produksi pada industri yang membutuhkan energi termal.

Energi surya Non-Photo-Voltaic tanpa perlu mengkonversi cahaya matahari

menjadi energi listrik, jadi disinilah kelebihan dari Non-Photo-Voltaic. Selain

mudah digunakan biayanya pun tidak terlalu mahal. Namun

kekurangannya,teknologi ini hanya bersifat sementara dan hanya berguna

memanaskan medium Fluida seperti air dan udara saja.

C. Pentingnya Energi Surya Non-Photo-Voltaic

Sel surya mengandalkan bahan silikon sebagai material penyerap cahaya

matahari. Dan harga silikon ini meningkat seiring dengan permintaan industri

semikonduktor ditambah dengan suplai bahan baku silikon yang terbatas. Silikon

yang dipakai sebagai bahan dasar chip di dunia mikroelektronika/semikonduktor

ini semakin dibutuhkan mengingat adanya peningkatan tajam untuk produksi

peralatan elektronika mulai dari komputer, monitor, televisi dsb. Hal ini

diperparah dengan jenis sel surya yang paling banyak dipasarkan di dunia yakni

sel surya jenis silikon sehingga sel surya secara langsung harus berkompetisi

dengan industri lain untuk mendapatkan bahan baku silikon. Jika seseorang ingin

membeli sel surya untuk keperluan penerangan rumah tangga yang sekitar 900

Watt, maka secara kasar biaya yang perlu dikeluarkan (diinvestasikan?) sebesar

900 Watt x US$ 8 = US$ 7200. Harga ini sudah termasuk biaya pemasangan dan

beberapa komponen pendukung untuk dipasang di atap sebuah rumah.

Untuk negara berkembang seperti negara Indonesia ini,harga untuk sebuah

panel surya masih terlalu mahal,sehingga masing jarang rumah-rumah warga yang

menggunakan Panel Surya. Tetapi dengan hadirnya Energi surya Non-Photo-

Voltaic sungguh sangat membantu masyarakat,karena biayanya cukup murah dan

tidak perlu mengeluarkan uang untuk membayar tagihan listrik.

D. Pemanas Ruangan

Panas yang terjadi didalam ruang pemanas sebagai akibat dari energi

gelombang pendek yang dipancarkan oleh matahari yang dikenal dengan efek

rumah kaca (Green House Effect),diserap benda yang ada didalamnya, sebagian

energi ini diserap dan dipantulkan dalam bentuk gelombang panjang yang tidak

tembus penutup transparan.

Pemanasan ruang dengan bantuan sinar matahari langsung merupakan sistem

pemananasan yang sudah lama dikenal,umumnya digunakan untuk keperluan

pengeringan (direct solar drying) dimana produk dimasukkan ke dalam alat

pengering yang transparan sehingga sinar matahari langsung mengenai produk

yang berada di dalam alat pengering.

Ruang pemanas efek rumah kaca yang digunakan untuk pengeringan (green

house effect solar dryer) diperkenalkan pertama kali oleh Kamaruddin A.et al. Pada

tahun 1990. Panas yang terjadi didalam ruang pemanas merupakan efek rumah

kaca (Green House Effect)sebagai akibat dari energi gelombang pendek yang

dipancarkan oleh matahari, diserap benda yang ada didalamnya,sebagian energi ini

diserap dan dipantulkan dalam bentuk gelombang panjang yang tidak tembus

penutup transparan. Lapisan penutup transparan memungkinkan radiasi gelombang

pendek dari matahari masuk dan menyekat radiasi gelombang panjang.

Jika matahari mengenai bahan tembus cahaya, maka sebagian sinar itu

diteruskan selain di serap dan dipantulkan kembali. Oleh karena itu penutup

transparan memerlukan bahan yang memiliki daya tembus (transmissivity)

yang tinggi dengan daya serap (absortivity) dan daya pantul (reflectivity)yang

rendah agar dapat memerangkap gelombang pendek sebanyak mungkin.

1. Peralatan Percobaan

Ruang pemanas tipe kubus mempunyai bentuk seperti gambar

dibawah.Rangka dari ruang pemanas dibuat dengan menggunakan besi

hollow, sedangkan dindingnya menggunakan polycarbonatepada dinding

terdapat dua buah jendela dan satu buah vortek dibagian atap untuk sirkulasi

udara . Dimensi dari ruang pengering ini adalah panjang 3m, lebar 2m dan

tinggi 2,25 m, lantai dari batu bata yang bewarna hitam. Pengering ini

mempunyai dua buah pintu yang memudahkan dalam pengambilan data dan

waktu loading -unloadingnantinya sewaktu dilakukan proses pengeringan.

Keterangan gambar :

1. Kipas outlet

2. Lantai

3. Tungku biomassa

4. Sensor temperatur

5. Kipas inlat

Dalam alat ini akan dilakukan pembuatan ruang pemanas dan tungku

biomassa serta dilakukan pengujian temperatur ruang pemanas dengan cahaya

matahari langsung dan dengan tungku biomassa, diharapkan melalui alat ini

didapatkan temperatur ruang pemanas berada pada range50°C sampai dengan

70°C, agar dapat diterapkan untuk alat pengering kulit, hasil pertanian dan

laut.

E. Pemanas Air

Pemanfaatan energi matahari dapat digunakan dalam berbagai aplikasi,

seperti pada sistem modul surya dan sistem pemanas air. Dalam sistem

pemanas air, panas matahari merupakan sumber utama yang dibutuhkan, serta

sebuah kolektor pengumpul panas yang berfungsi mengumpulkan panas

matahari serta memperbesar suhu dari panas matahari dalam suatu ruangan

tertutup yang didalamnya terdapat pipa tembaga yang dirancang sedemikian

rupa sebagai tempat air melakukan sirkulasi.

Pemanas air dengan tenaga surya dapat digunakan dalam kebutuhan

sehari-hari seperti mencuci, mandi, dan lain sebagainya. Karena

menggunakan panas matahari sebagai sumber energinya, maka hasilnya

bergantung pada keadaan cuaca dalam mempengaruhi radiasi panas matahari

yang sampai ke Bumi.

Pengalaman sehari-hari membuk-tikan bahwa aliran air yang

dikucurkan dari kran selalu diawali oleh aliran air yang memiliki panas cukup

tinggi. Namun aliran air panas ini hanya berlangsung sesaat dan kemudian

akan terasa sejuk biasa. Hal ini menunjukkan bahwa air yang tertampung

disepanjang instalasi pipa mampu menyimpan energi panas atau kalor.

Hipotesis merujuk bahwa aliran air panas sesaat ini berasal dari kalor yang

tersimpan di dalam pipa air yang memperoleh energi panas dari semen beton

yang menutupi pipa tersebut. Sedangkan panas di dalam semen beton berasal

dari cahaya surya yang menyinari permukaaan semen beton melalui

mekanisme konduksi panas.

Penelitian ini dimulai dengan merancang medium perantara bagi

penyerap kalor/energi surya dalam bentuk campuran semen-karbon dengan

komposisi 7:3. Di dalam medium ini ditanamkan pipa tembaga yang tersusun

secara spiral planar (mendatar). Bingkai kotak berukuran 100 cm x 70 cm,

tinggi 5 cm dan tebal 2 cm. Diameter dalam dan luar pipa tembaga masing-

masing adalah 11,0 mm dan 12,5 mm dan panjang keseluruhan pipa 8,3 m.

Selanjutnya medium perantara ini disusun menjadi sebuah sistem pemanas

air dalam ukuran yang masih dikategorikan prototipe.

Kehandalan prototipe sebagai sebuah sistem pemanas diuji berdasar

persamaan dengan mengkondisikan air yang sebelum statis menjadi dinamis

di dalam medium penerima kalornya. Dari sini diperoleh persamaan

matematika yang mendeskripsikan variabel yang paling berperan dari

susunan prototipe.

B menyatakan besaran/ukuran kinerja pemanas (°C/jam), θ1dan θ1 + i

masing-masing me-nyatakan suhu air di dalam tangki pada jam ke -t1 dan pada jam ke

-t1 + i dalam satuan (°C), t1 dan t1 + i waktu penyinaran ke-1 dan ke-(1 + i) dalam satuan

(jam) dan ρ menyatakan rapat massa air (kg/m3).

Pemantauan suhu dilakukan secara manual menggunakan termometer

digital setiap lima belas menit sekali pada tiap harinya selama bulan basah (frekuensi

hujan tinggi) dan bulan kering (frekuensi hujan rendah). Probe termometer digital

diletakkan pada bagian atas tangki/tandon air guna memantau suhu air.

Laju asupan energi panas menyatakan jumlah panas yang diterima oleh

air dalam satuan waktu, secara matematis dituliskan sebagai P= Q/∆t. Jika parameter

waktu dinyatakan dalam satuan detik, maka laju asupan panas dituliskan P= 4,193 m

(∆θ/∆t).Dari persamaan diketahui bahwa :

Maka, P= 4,193 m.B(kJ/s)

BAB IVPEMBAHASAN

A. Kelebihan dan Kekurangan Pemanas Non-Photo-Voltaic

1. Kelebihan

Tidak perlu dikonversi menjadi energi listrik.

Biayanya lebih murah.

Penggunaannya praktis.

Efisiensinya tinggi

2. Kekurangan

Hanya bisa digunakan untuk medium fluida

Panas yang dihasilkan ttidak terlalu lama

B. Pentingnya Pemanas Non-Photo-Voltaic

Pemanas Non-Photo-Voltaic dirasa sangat penting karena saat

sekarang ini deperlukan adanya teknologi Hibrid yang ramah lingkungan dan

mudah dalam penggunaannya. Tenaga surya juga sudah benar-benar ramah

lingkungan menghasilkan emisi karbon sama sekali tidak ada atau produk

sampingan berbahaya lainnya apapun. Hal ini dapat digunakan dengan baik

dan efektif biaya hampir di mana saja di planet ini. Anda tidak perlu tinggal di

iklim tropis atau gurun untuk manfaat dari kekuatan ini. Ini telah digunakan

dengan sukses dalam iklim dingin banyak dan bahkan di daerah kutub.

C. Desain Alat yang Efektif dan Efisien

Desain alat memegang peranan penting, karena desain sangat

mempengaruhi hasil yang akan dicapai. Sehingga mendesain alat ini

sedemikian rupa untuk memperoleh hasil yang maksimal. Selain itu,desain

dibuat sesederhana mungkin sehingga mudah dipahami oleh masyarakat luas

yang ingin membuat alat ini sendiri, khususnya masyarakat yang

berpenghasilan rendah. Dengan demikian alat ini diharapkan dapat dinikmati

oleh semua lapisan masyarakat.

Alat ini memanfaatkan energi dari radiasi matahari. Kelebihan energi

matahari yaitu tidak bersifat polutif,berlimpah,bersifat terbarukan (renewable),

dan dapat dikembangkan baik secara langsung maupun tidak langsung dan

merupakan sumber energi sepajang masa.

Bahan untuk kolektor terbuat dari Tembaga. Pemilihan bahan ini

didasarkan pada beberapa pertimbangan diantaranya adalah: (1) nilai

konduktivitasnya terbaik setelah Perak, (2) tidak mudah mengalami korosi,

(3) harganya relatif lebih murah. Untuk memaksimalkan panas yang

diperoleh, maka kolektor terbuat dari plat dan dicat hitam agar dapat lebih

banyak menyerap panas yang berasal dari radiasi sinar matahari.

Untuk menghindari kerugian kalor ke lingkungan kolektor diletakkan

di dalam kotak (box) yang terbuat dari kaca transparan. Hal ini dikarenakan

box kaca (transparan) dapat dilalui oleh radiasi matahari dan dapat

mengurangi konduksi dan konveksi panas yang hilang dengan

mempertahankan lapisan udara panas di atas plat kolektor dan juga

mengurangi kehilangan panas radiasi kembali dari plat kolektor.

Berkurangnya panas yang hilang dari sebuah plat kolektor matahari berarti

pula peningkatan efisiensi.

BAB VPENUTUP

A. Kesimpulan

1. Alat ini dikatakan efektif karena kolektor dibuat sebanyak dua buah dengan

tujuan untuk memperluas bidang penyerap radiasi dari sinar matahari.

Semakin luas kolektor maka semakin banyak juga radiasi sinar matahari

yang ditangkap, sehingga temperatur air yang melewatinya semangkin

meningkat. Kolektor diletakkan di dalam kotak dari kaca transparan dengan

tujuan untuk menghindari atau mengurangi kehilangan kalor dari kolektor ke

lingkungan.

2. Semakin tipis dan bening kaca yang digunakan untuk pemanas ruangan,

maka semakin bagus pula panas yang dihasilkan.

B. Saran1. Untuk menghasilkan air dengan temperatur lebih tinggi maka ukuran

permukaan kolektor dapat diperluas sehingga banyak menangkap radiasi matahari yang datang padanya dan dapat mengkonversi menjadi panas.

2. Kebocoran kolektor juga perlu diperhatikan agar dapat menghindari kerugian kalor yang hilang ke lingkungan.

3. Temperatur ruang pemanas dengan tambahan tungku Biomassa,hasilnya akan lebih baik.

DAFTAR PUSTAKA

http://lib.uin-malang.ac.id/thesis/fullchapter/05540004-puji-astuti.ps

http://ejournal.undip.ac.id/index.php/berkala_fisika/article/download/3030/2713

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/20743/3/Chapter%20II.pdf

http://ejournal.undip.ac.id/index.php/berkala_fisika/article/download/2810/2496

http://lp2mk.unsada.ac.id/files/genap2011_yefri.pdf