1

BAB I

Pendahuluan

A. Latar Belakang

Sumber energi pertama dan paling penting adalah matahari dan merupakan

sumber cahaya dan energi untuk semua kehidupan di planet ini. Menggunakan radiasi

dari matahari, tanaman melakukan proses kimia bernama fotosintesis, untuk

menyediakan makanan dan oksigen untuk hewan dan manusia. Sebagai kemajuan

waktu , manusia menemukan api dan menggunakan kayu sebagai bahan bakar untuk

api. Jenis lain dari sumber energi yang membantu evolusi manusia purba adalah angin

dan hidrolik-air dari sungai. Api gunakan untuk memasak , sebagai sumber cahaya dan

panas sumber untuk industri seperti tembikar. Sementara angin terutama digunakan

untuk eksplorasi karena penggunaan untuk kapal berlayar , meskipun juga digunakan

dalam pertanian. Hydraulic sangat penting dengan penemuan roda air untuk sektor

pertanian karena membutuhkan air untuk mengairi peternakan untuk tumbuh makanan.

Dalam periode industrialisasi awal di Eropa, batubara secara luas digunakan

untuk power train, kapal uap dan industri manufaktur terutama dalam industri baja.

Pada saat yang sama , minyak ditemukan dan dibuat menjadi minyak tanah untuk

keperluan rumah tangga untuk memberikan cahaya bagi orang-orang di malam hari.

Bensin ditemukan pada waktu yang sama seperti minyak tetapi tidak banyak

digunakan sampai penemuan mobil. Pada tahun 1882, Thomas Alva Edison

membangun pembangkit listrik pertama yang menghasilkan listrik Pada saat itu listrik

hanya digunakan untuk tujuan pencahayaan saja.

Hari ini, di era modern ini, penggunaan listrik intensif untuk panggung di mana

listrik adalah pusat kemajuan dunia. Sebagian besar gadget, mesin atau peralatan

beroperasi dengan listrik, dari penggunaan dalam negeri sampai ke industri besar.

Konsumsi energi di dunia pada tahun 2002 tumbuh sebesar 1,5 % persen pada 404,98

× 1015 Btu. Peningkatan konsumsi energi ini terutama disebabkan karena peningkatan

populasi manusia.

Permintaan untuk sumber energi alternatif yang menggantikan energi berbasis

minyak bumi meningkat dari tahun ke tahun di seluruh dunia. Tuntutan ini memaksa

para peneliti dan insinyur untuk berjuang dengan kualitas yang lebih tinggi dalam

semua aspek sumber energi. Namun, alih-alih mencari jenis lain dari sumber energi

alternatif, ada masalah yang perlu kita lihat, yaitu bagaimana mengurangi biaya energi

2

terbarukan ini, dengan demikian mempertahankan peningkatan permintaan dan biaya

keseluruhan sumber energi alternative.

Matahari yang memancarkan radiasi elektromagnetik dengan sekitar 1367W/m2

dari radiasi matahari, sebenarnya sumber potensi energi alternative yang memiliki

radiasi berkisar pada panjang gelombang antara 0,3 – 2 μm. Ada dua jenis radiasi

matahari yang radiasi sinar dan radiasi difus. Dengan menggunakan kolektor datar

permukaan, seperti Photo Voltaic (PV) dan sel surya ini radiasi sinar yang menyebar

dapat diperoleh. Di sisi lain, dengan menggunakan tipe konsentris, misalnya

konsentrator parabola, fokus cermin, atau semi-silinder (palung) konsentrator, radiasi

sinar akan dikumpulkan dan dapat diperoleh energy matahari yang lebih besar.

Teknologi sistem konsentrasi thermal itu sendiri ada tiga jenis, yaitu dish engine,

parabolic trough dan central receiver. Ketiga jenis pembangkit listrik ini

memanfaatkan panas yang dihasilkan oleh matahari. Yakni dengan mengumpulkan

atau memusatkan panas matahari ke satu titik pusat. Yang membedakan dari ketiganya

itu adalah teknik atau cara menghasilkan listrik dari panas yang dipusatkan itu tadi.

Pada makalah ini, pembahasan akan di batasi hanya pada Pembangkit Listrik Tenaga

Surya System konsentrasi thermal jenis parabolic trough.

B. Tujuan

Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah

1. Untuk memahami sistem Konsentrasi Solar jenis parabolic trough pada

Pembangkit Listrik Tenaga Surya.

2. Untuk mengetahui prinsip kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Surya System

Konsentrasi Solar jenis parabolic trough.

C. Manfaat

Kami tentu berharap agar makalah yang telah kami buat ini dapat memberi

manfaat bagi pembaca untuk:

1. Memperluas wawasan tentang jenis-jenis pembangkit listrik.

2. Menambah pemahaman tentang Pembangkit Listrik Tenaga Surya System

konsentrasi solar jenis parabolic trough.

3. Pertimbangan dalam recana pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Surya

System konsentrasi solar jenis parabolic trough.

3

BAB II

Pembahasan

A. Sistem Konsentrasi Solar

Pembangkit listrik tenaga surya sistem Konsentrasi Solar atau disebut

Concentrated Solar Power (CSP) adalah sistem yang memanfaatkan teknologi dengan

prinsip mengumpulkan cahaya matahari dalam suatu media yang kemudian

dikonversikan menjadi energi panas yang dalam proses selanjutnya dapat digunakan

dalam suatu sistem yang menghasilkan listrik. Negara-negara yang telah

mengembangkan sistem concentrated solar power adalah Algeria, Mesir, Yunani,

India, Italia, Meksiko, Moroko, Spanyol, dan Amerika

Sistem concentrated solar power terdiri dari beberapa jenis, diantaranya sistem

parabolic trough, sistem solar tower atau central receiver, dan sistem parabolic dish

atau dish engine. Parabolic trough solar collector merupakan salah satu jenis dari

sistem concentrated solar power yang banyak dikembangkan di berbagai negara

karena hingga saat ini teknologi tersebut dianggap paling matang dan telah terbukti

penggunaannya.

B. Parabolic Trough

Sistem parabolic trough menggunakan cermin yang berbentuk U atau parabolic

yang disebut Parabolic Trough Solar Collector yang melengkung memanjang untuk

memusatkan energi matahari. Cermin tersebut memfokuskan energi matahari ke

receiver yang berbentuk pipa berisi cairan (misalnya, thermal oil) yang memanjang di

tengah-tengah titik pusat parabolik tersebut. Cairan dipompa ke tabung, menyerap

panas dan panas tersebut digunakan untuk memanaskan air sehingga menghasilkan

uap dan uap tersebut menggerakkan turbin uap sehingga dihasilkan listrik.

Cairan panas tersebut dapat mencapai temperatur 700° F. Gambar berikut adalah

pengumpul Luz LS-3 digunakan pada pembangkit 80 MW SEGS IX di California

yang memiliki panjang 325 kaki dan lebar 11 kaki dengan efisiensi konversi energi

sekitar 24%.

4

Gambar 1. Pembangkit listrik tenaga surya dengan

sistem parabolic trough SEGS IX

di California, Amerika Serikat.

Untuk mencapai efisiensi tertinggi, maka parabolic trough harus dapat melacak

pergerakan matahari. Jika parabolic dipasang melintang dari utara ke selatan, maka

sistem tersebut harus dapat melacak pergerakan matahari dari timur ke barat.

Abengoa telah mengumumkan bahwa Solana adalah pembangkit parabolic

trough terbesar di dunia dengan total kapasitas terpasang sebesar 280 MW dan juga

pembangkit listrik tenaga surya pertama di Amerika Serikat dengan penyimpanan

energi panas.

C. Konstruksi

Tiga komponen utama pemanfaatan sistem energi termal matahari terkonsentrasi

adalah collector energi matahari, sistem penyimpanan energi, dan steam generator

yang digunakan untuk menggerakkan turbin untuk membangkitkan listrik. Solar

Collector digunakan sebagai pengumpul panas dari matahari yang kemudian

digunakan untuk memanaskan fluida didalam receiver atau absorber. Sistem

penyimpanan energi berfungsi untuk menciptakan efisiensi energi. Steam generator

disini adalah sebagai penghasil uap untuk menggerakkan turbin.

Pembangkit listrik tenaga matahari menggunakan parabolic trough memerlukan

sistem penyimpanan panas sensibel dengan temperatur operasi antara 300°C sampai

5

390°C. Thermal oil telah banyak digunakan sebagai fluida perpindahan panas untuk

mencapai temperatur tersebut. Semakin besar nilai spesifikasi panas yang dimiliki oleh

fluida maka nilai kapasitas penyimpanan panasnya akan semakin besar pula, yang

artinya fluida tersebut memiliki kemampuan menyimpan panas yang baik.

1. Collector

Collector energi matahari atau solar collector terdiri dari beberapa bagian,

diantaranya concentrator, absorber/receiver dan tracking system. Concentrator

merupakan alat penangkap panas matahari, sedangkan absorber/receiver adalah

pipa yang berisi fluida yang akan menerima panas dari concentrator yang

diletakkan pada titik fokusnya, dan tracking system adalah sistem kontrol untuk

menggerakkan concentrator sehingga selalu bergerak mengikuti arah panas

matahari. Berikut ini adalah gambar dari collector pada parabolic trough.

Gambar 2. Collector pada parabolic trough.

Kolektor pelat dirancang didasarkan pada dua prinsip penting, yaitu benda

hitam akan menyerap panas terpancar lebih baik daripada warna lain dan tutup kaca

yang diperlukan untuk menjaga energi masuk. Dalam rangka untuk menyerap

energi radiasi semaksimal mungkin, permukaan harus ditempatkan tegak lurus

dengan arah radiasi. Biasanya pelat kolektor datar digunakan untuk pemanas air

dan memasak di rumah-rumah, untuk pemanasan atau proses pengeringan dalam

industri skala kecil dan menengah. Hal ini terpasang atau dipasang di atas rumah, di

atap dan terdiri dari alat pelacak surya untuk memperoleh keuntungan maksimum

energi. Hal ini terkena kondisi cuaca seperti salju, angin, semprot laut, hujan asam,

hujan es batu, korosi, perubahan suhu yang signifikan yang mungkin akan merusak

pelat dan pelat dirancang sedemikian rupa sehingga tahan terhadap kondisi ini.

Konsentrasi kolektor digunakan ketika suhu stagnasi diperlukan. Radiasi

matahari difokuskan pada titik fokus dikenal oleh cermin atau lensa dan

menghasilkan panas yang cukup dibandingkan dengan kolektor plat datar. Rasio

6

konsentrasi (CR) untuk kolektor parabolik ini sekitar 40.000 berbeda dari satu

perangkat linear dimensi biasa sistem linear parabola yang berjarak sekitar 200,

karena radiasi matahari lebih terfokus ke satu titik fokus. Ini akan menjadi kejutan

bahwa suhu stagnasi pada titik fokus bisa mencapai 300-6000o C dengan akurasi

yang baik dan presisi pengembangan dan instalasi konsentrator. Tingkat yang lebih

besar dari konsentrasi memerlukan akurasi yang lebih dalam keselarasan.

Gambar 3. Diagram collector talang parabola.

Gambar 4. Concentrator.

Dalam rangka menggunakan radiasi sinar matahari secara efisien, pabrik

bekerja keras untuk menghasilkan bahan concentrator yang terbaik. Bahan optic

yang sering digunakan dapat ditunjukan pada tabel yang berikut:

7

Tabel 1. Bahan optic yang sering digunakan sebagai concentrator.

Pada tahun 2009, para ilmuwan di National Renewable Energy Laboratory

(NREL) dan SkyFuel bekerja sama untuk mengembangkan lembaran melengkung

besar logam yang memiliki potensi untuk menjadi 30% lebih murah daripada

kolektor hari ini terbaik dari tenaga surya terkonsentrasi dengan mengganti model

berbasis kaca dengan perak lembaran polimer yang memiliki kinerja yang sama

seperti cermin kaca berat, tetapi dengan biaya yang jauh lebih rendah dan berat jauh

lebih rendah.

2. Absorber/Receiver

Absorber/receiver adalah pipa yang berisi fluida yang akan menerima panas

dari concentrator yang diletakkan pada titik focus dari concentrator tersebut.

Gambar 5. Sistem receiver.

Absorber/receiver ini yang berfungsi sebagai tabung untuk mengalirkan Heat

Transfer Fluid.

3. Heat Transfer Fluid (HTF)

Heat Transfer Fluid (HTF) atau disebut juga sebagai cairan perpindahan

panas. Heat Transfer Fluid secara umum yang digunakan adalah thermal oil.

8

Namun, sekarang tengah dilakukan penelitian untuk mempertimbangkan

penggunaan cairan Therminol VP3 (90% dan 10% Cyclohexylbenzene

Bicyclohexyl) dan Therminol 55 (Derivatif C14-30-alkylaromatic). dalam

penelitian ini, salah satu HTF dipilih adalah karena model kerja sebelumnya di

pabrik SEGS dan lain yang direkomendasikan oleh produsen HTF.

4. Pompa

Pompa diperlukan dalam sistem untuk mengedarkan cairan dalam siklus. Itu

cairan jenuh meninggalkan kondensor pada tekanan rendah untuk kembali ke

tekanan tinggi Pompa ini diasumsikan kompresi isentropik.

5. Tracking System

Untuk mendapatkan intensitas maksimum radiasi matahari, sistem pelacak

surya atau tracking system harus digunakan yang akan mengikuti pergerakan

matahari dari timur ke barat. Pada dasarnya, terdiri dari komponen elektronik yang

terhubung baik melalui kencangkan mereka ke dalam blok menghubungkan, solder

ke veroboard atau printed circuit board (PCB). Komponen elektronik utama yang

biasanya digunakan adalah resistor, transistor, Light Emitting Diode (LED), Light

Dependent Resistor (LDR), Integrated Circuit (IC), dioda, motor DC dan relay.

Sistem pelacakan surya juga harus independen dari gangguan eksternal

seperti bayangan sementara dan lampu dari sumber bergerak cepat. Hal ini dapat

awan, semak, burung dan serangga. Selain itu, sistem harus stabil dan tahan

terhadap osilasi konsentrator parabola yang disebabkan oleh angin. Ini akan lebih

baik jika sistem memiliki self-reset, yang berarti setelah selesai merasakan radiasi

matahari, ia mampu untuk kembali ke posisi semula dan siap untuk merasakan pada

hari berikutnya.. Keamanan sistem yang cukup penting, terutama landasan elemen.

Kawat logam yang terhubung dari konsentrator parabola ke tanah akan

melindunginya dari dihancurkan oleh tegangan tinggi petir dan guntur.

6. Sistem Penyimpanan Energi

Sebagai sumber energi terbarukan yang mengikuti keadaan alam yang tidak

konsisten, metode untuk penyimpanan energi telah dipelajari, misalnya single-tank

(termoklin) teknologi penyimpanan untuk pembangkit listrik panas matahari skala

besar. Pendekatan tank termoklin menggunakan campuran pasir silika dan kuarsit

batu untuk menggantikan sebagian besar volume dalam tangki. Kemudian diisi

dengan cairan perpindahan panas.

9

Selain fluida penyimpan panas, nilai rugi-rugi panas dipengaruhi juga oleh

bahan isolasi, tebal isolasi, serta waktu penyimpanan panas di dalam tangki. Bahan

isolasi dengan nilai konduktivitas termal rendah memiliki kemampuan untuk

mengurangi terjadinya kehilangan panas yang besar. Selain itu, semakin tebal

isolasi yang digunakan maka semakin rendah nilai rugi-rugi panas yang terjadi, dan

semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk menyimpan panas, maka akan semakin

besar nilai rugi-rugi panas yang terjadi.

Bahan tangki penyimpan panas terbuat dari pelat stainless steel, kemudian

dilapisi oleh pelat besi dan dilapisi lagi oleh ceramic dan alumunium foil. Ceramic

dipilih sebagai isolasi karena memiliki kestabilan fisik dan termal hingga 1100°C,

kekuatan tarik yang tinggi, serta konduktivitas termal rendah. Analisis dilakukan

dengan cara menghitung kapasitas penyimpanan panas dan rugi-rugi panas pada

tangki penyimpan panas. Selain itu dilakukan juga perhitungan untuk rugi-rugi

panas dengan tebal isolasi yang bervariasi dan dengan waktu penyimpanan yang

bervariasi.

D. Prinsip Kerja

Gambar 6. Diagram Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Sistem Konsentrasi Solar Jenis Parabolic Trough.

10

Prinsip kerja dari sistem ini adalah energi matahari yang dikumpulkan oleh

collector nantinya akan dipantulkan ke absorber yang ditempatkan di sepanjang

garis pusat kelengkungan/fokus parabola. Panas yang diterima oleh absorber

nantinya digunakan untuk memanaskan cairan heat transfer fluid yang dialirkan

dalam pipa absorber.

Heat transfer fluid kemudian akan meneruskan panas yang diterima oleh

receiver menuju steam generator sebagai penghasil uap yang digunakan untuk

menggerakkan turbin uap untuk menghasilkan energi listrik. Sebagian fluida di

dalam receiver/absorber kemudian dialirkan ke tangki penyimpanan panas (heat

storage) untuk disimpan dan akan digunakan saat malam hari atau ketika tidak ada

matahari.

E. Keunggulan dan Kelemahan

Keunggulan terpenting dari Pembangkit Listrik Tenaga Surya dengan Sistem

Parabolic Trough adalah:

1. Tergolong kedalam sumber energi ramah lingkungan.

2. Merupakan energi terbarukan yang tidak pernah habis.

2. Tidak memerlukan biaya maintenance dan biaya operasi.

3. Memiliki umur tek nis lebih dari 30 tahun.

Kelemahan dari Pembangkit Listrik Tenaga Surya dengan Sistem Parabolic

Trough adalah:

1. Membutuhkan biaya yang mahal untuk membangunnya.

2. Dibutuhkan perawatan yang intensif pada concentrator dan receiver agar energi

panas dapat diterima dengan maksimal.

11

BAB III

Penutup

A. Kesimpulan

Jadi berdasarkan pembahasan di atas dan sesuai dengan tujuan penulisan

makalah ini, kami dapat mengambil kesimpulan bahwa:

1. Sistem Konsentrasi Solar jenis parabolic trough menggunakan cermin yang

berbentuk U atau parabolic yang disebut Parabolic Trough Solar Collector yang

melengkung memanjang untuk memusatkan energi matahari. Cermin tersebut

memfokuskan energi matahari ke receiver yang berbentuk pipa berisi cairan yang

memanjang di titik pusat parabolik tersebut. Cairan panas ini yang digunakan untuk

memanasi air yang kemudian akan menghasilkan uap.

2. Prinsip kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Surya Sistem Konsentrasi Solar jenis

parabolic trough ini adalah berawal dari energi matahari yang dikumpulkan oleh

collector kemudian dipantulkan ke absorber yang ditempatkan di sepanjang garis

fokus parabola. Panas yang diterima oleh absorber ini digunakan untuk

memanaskan cairan heat transfer fluid yang dialirkan dalam pipa absorber. Heat

Transfer Fluid kemudian akan meneruskan panas yang diterima oleh receiver

menuju steam generator untuk memanaskan air sebagai penghasil uap yang

digunakan untuk menggerakkan turbin uap untuk menghasilkan energi listrik.

B. Saran

Saran yang dapat kami berikan menurut analisa kami pada makalah ini adalah

1. Seharusnya pada makalah ini dilengkapi dengan perhitungan biaya untuk

membangun sebuah PLTS sistem Konsentrasi Solar jenis parabolic trough.

Sehingga dapat memberikan gambaran yang lebih nyata bagi pemerintah untuk

membangun pembangkit listrik ini.

2. Setiap penjelasan harusnya disertai dengan gambar untuk mempermudah

pemahaman terhadap materi.

12

Daftar Pustaka

Pikra, Ghalya, dkk. 2010. Analisis Rugi-Rugi Panas Pada Tangki Penyimpan Panas

Dalam Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Matahari. Journal Of Mechatronics,

Electrical Power, And Vehicular Technology. Vol. 01, No. 1. Bandung: Pusat

Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik.

Johari, Anwar Bin. 2010. Effect of Local Daily Time on the Stagnation Temperature at the

Focal Point of A Parabolic Concentrated System. Malaysia: Fakulti Kejuruteraan

Kimia, Universiti Teknologi Malaysia.

Velautham, Sanjayan. 2006. Renewable Energy Powered Organic

Rankine Cycle. Malaysia: Fakulti Kejuruteraan Mekanikal, Universiti

Teknologi Malaysia.

, 2009. Parabolic_Trough . diunduh dari http://en.wikipedia.org/. pada 1

Desember 2013.

Indrawan, Harry, dkk. 2011. Kajian Pembangkit Listrik Tenaga Solar Thermal dengan

Metode Parabolic Trough. diunduh dari http://www.pln.co.id/puslitbang. pada 1

Desember 2013.