pemamfaatan energi matahari.pdf

Makalah Sumber Daya Energi

Teknik Kimia UMI

SUMBER DAYA ENERGI

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA

2013


Teknik Kimia UMI

A. PENDAHULUAN

Pertumbuhan penduduk yang terus meningkat mengakibatkan kebutuhan energi pun

terus bertambah. Hal ini bertolak belakang dengan ketersediaan energi fosil yang selama ini

menjadi bahan bakar utama yang semakin menipis, energi fosil ini sendiri adalah energi yang

tidak dapat diperbaharui karena membutukan waktu yang sangat lama dalam

pembentukkannya. Untuk memenuhi kebutuhan energi yang terus meningkat, pemerintah

terus mengembangkan berbagai energi alternatif, di antaranya energi terbarukan. Potensi

energi terbarukan, seperti biomassa, panas bumi, energi surya, energi air, dan energi angin

sampai saat ini belum banyak dimanfaatkan, padahal potensi energi terbarukan di Indonesia

sangat besar.

Permintaan energi dunia terus meningkat sepanjang sejarah peradaban umat manusia.

Proyeksi permintaan energi pada tahun 2050 hampir mencapai tiga kali lipat. Tampaknya

masalah energi akan tetap menjadi topik yang harus dicarikan solusinya secara bersama-sama.

Pemanfaatan energi telah berkembang dan meningkat sesuai dengan perkembangan manusia

itu sendiri. Usaha-usaha untuk mendapatkan energy alternatif telah lama dilakukan untuk

mengurangi ketergantungan terhadap sumber daya minyak bumi. Pemanfaatan minyak bumi

diperkirakan akan habis dalam waktu yang tidak lama jika pola pemakaian seperti sekarang

ini yang justru semakin meningkat dengan meningkatnya industri maupun transportasi. Selain

itu dari berbagai penelitian telah didapat gambaran bahwa kualitas udara telah semakin

mengkawatirkan akibat pembakaran minyak bumi.

Indonesia merupakan negara yang memiliki berbagai jenis sumber daya energy dalam

jumlah yang cukup melimpah. Letak Indonesia yang berada pada daerah khatulistiwa, maka

wilayah Indonesia akan selalu disinari matahari selama 10 - 12 jam dalam sehari. Potensi

sumber energi matahari di Indonesia sebagai sumber energi listrik alternatif sangat perlu

dimanfaatkan mengingat, total intensitas penyinaran rata-rata 4,5 kWh per meter persegi

perhari, matahari bersinar berkisar 2000 jam per tahun, sehingga tergolong kaya sumber

energi matahari. Data Ditjen Listrik dan Pengembangan Energipada tahun 1997, kapasitas

terpasang listrik tenaga surya di Indonesia mencapai 0,88 MW dari potensi yang tersedia 1,2

x 109 MW.

ENERGI PANAS MATAHARI SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF


Teknik Kimia UMI

Pengalaman dari Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT),

penerapanpembangkit listrik tenaga surya dapat dilaksanakan secara bertahap. Tahapan ini

meliputi beberapa aspek yang meliputi aspek pengenalan sampai pada tahap penyebarluasan.

Tahapan Pertama adalah tahap demonstrasi yaitu tahapan untuk mendapatkan model sistem

tenaga surya, investigasi keandalan sistem, mendapatkan kemampuan ekonomis,

meningkatkan kemampuan peneliti serta investigasi dampak sosial dari proyek listrik tenaga

surya. Tahapan berikutnya adalah demonstrasi ganda tujuan. Tahapan ini adalah untuk

mempelajari kendala dan masalah yang terjadi di lapangan, pengaturan distrubusi sistem serta

pengaturan-pengaturan setelah purna jual. masih perlu pendekatan, berbagai penyuluhan baik

teknis maupun non teknis mengingat kondisi sifat masarakat yang majemuk.. Tahapan

penyebarluasan, tujuan dari tahapan ini adalah menyebarluaskan penerapan PLTS yang secara

teknis, ekonomis dan sosial bisa diterima oleh masyarakat. Memperhatikan argumen yang

telah dikemukakan dan perkembangan industri sel surya saat ini kiranya sangat layak

memberdayakan secara optimal energi matahari menjadi energi listrik.

B. ENERGI MATAHARI

Energi surya atau matahari telah dimanfaatkan di

banyak belahan dunia dan jika dieksplotasi dengan

tepat, energi ini berpotensi mampu menyediakan

kebutuhan konsumsi energi dunia saat ini dalam waktu

yang lebih lama. Matahari dapat digunakan secara

langsung untuk memproduksi listrik atau untuk

memanaskan bahkan untuk mendinginkan. Potensi

masa depat energi surya hanya dibatasi oleh keinginan

kita untuk menangkap kesempatan.Ada banyak cara untuk memanfaatkan energi dari matahari.

Tumbuhan mengubah sinar matahari menjadi energi kimia dengan menggunakan fotosintesis.

Kita memanfaatkan energi ini dengan memakan dan membakar kayu. Bagimanapun, istilah

tenaga surya mempunyai arti mengubah sinar matahari secara langsung menjadi panas atau

energi listrik untuk kegunaan kita. dua tipe dasar tenaga matahari adalah sinar matahari dan

photovoltaic (photo- cahaya, voltaic=tegangan)Photovoltaic tenaga matahari: melibatkan


Teknik Kimia UMI

pembangkit listrik dari cahaya. Rahasia dari proses ini adalah penggunaan bahan semi

konduktor yang dapat disesuaikan untuk melepas elektron, pertikel bermuatan negative yang

membentuk dasar listrik.

Manusia telah memanfaatkan energi surya (energi matahari) sejak manusia hadir di muka

bumi ini. Sekitar 5.000 tahun yang lalu, orang-orang "menyembah" matahari. Ra, dewa

matahari, dianggap raja pertama Mesir. Di Mesopotamia, dewa matahari Shamash adalah dewa

utama dan disejajarkan dengan keadilan. Di Yunani ada dua dewa matahari, Apollo dan Helios.

Pengaruh matahari juga muncul pada agama-agama lain: Zoroastrianisme, Mithraisme, agama

Romawi, Hindu, Buddha, Druid di Inggris, suku Aztec di Meksiko, suku Inca di Peru, dan

banyak suku asli Amerika lainnya.

Saat ini kita tahu, bahwa matahari hanyalah bintang yang paling dekat dengan kita. Tanpa

matahari, hidup tidak akan ada di planet bumi. Kita menggunakan energi surya setiap hari

dalam berbagai cara. Ketika kita menggantung cucian di halaman yang akan kering di bawah

sinar matahari, kita menggunakan panas matahari untuk melakukan kerja - mengeringkan

pakaian.

Tanaman menggunakan cahaya matahari untuk memproduksi makanan. Hewan makan

tanaman untuk makanannya. Dan tumbuhan yang membusuk ratusan juta tahun yang lalu

menghasilkan batubara, minyak dan gas alam yang kita gunakan saat ini. Jadi, bahan bakar fosil

ini sebenarnya merupakan sinar matahari yang disimpan berjuta-juta tahun yang lalu.


Teknik Kimia UMI

C. PEMAMFAATAN ENERGI MATAHARI

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.

Ada beberapa cara pemanfaatan energi panas matahari yaitu:

1. Pemanasan ruangan

2. Penerangan ruangan

3. Kompor matahari

4. Pengeringan hasi pertanian

5. Distilasi air kotor

6. Pemanasan air

7. Pembangkitan listrik

1. Pemanasan Ruangan

Ada beberapa teknik penggunan energi panas matahari untuk pemanasan ruangan, yaitu:


Teknik Kimia UMI

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.


Teknik Kimia UMI

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


Teknik Kimia UMI

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.


Teknik Kimia UMI

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.


Teknik Kimia UMI

7. Pembangkit Listrik

Parabolik

Parabolik digunakan di fasilitas listrik tenaga surya terbesar di dunia yang terletak di

Gurun Mojave di Kramer Junction, California. Fasilitas ini telah beroperasi sejak tahun 1980

dan menyumbang sebagian besar listrik yang dihasilkan oleh sektor tenaga listrik surya saat

ini. Sebuah kolektor parabola memiliki reflektor parabola berbentuk panjang yang

memfokuskan sinar matahari pada pipa receiver yang terletak pada fokus parabola. Kolektor

akan mengarah miring ke arah matahari mengikuti gerakan matahari dari timur ke barat di

sepanjang hari untuk memastikan bahwa matahari secara terus-menerus terfokus pada receiver.

Karena bentuk parabolanya, perangkat ini bisa terfokus ke matahari hingga mencapai 30

sampai 100 kali intensitas normal (rasio konsentrasi) pada pipa receiver yang terletak di

sepanjang garis pusat dari lengkungan, mencapai suhu operasi lebih dari 750 F.

"Bidang surya" memiliki baris paralel kolektor panas surya parabola yang selaras pada

sumbu horisontal utara-selatan. Cairan pemindah panas dipanaskan ketika bersirkulasi melalui

pipa receiver dan menuju ke serangkaian "penukar panas" di lokasi pusat. Di sini, cairan

bersirkulasi melalui pipa sehingga dapat mentransfer panas ke air untuk menghasilkan tekanan

tinggi, uap super panas. Uap ini kemudian dialirkan ke turbin uap konvensional dan generator

untuk menghasilkan listrik. Ketika cairan panas melewati penukar panas, ia menjadi dingin,

dan kemudian diresirkulasi melalui bidang surya untuk dipanaskan lagi.

Perangkat Pembangkit Listrik Panas Matahari

Parabolik


Teknik Kimia UMI

Pembangkit ini biasanya dirancang untuk beroperasi sepenuhnya menggunakan

energi matahari saja, mengingat energi surya yang cukup memadai. Namun, semua

pembangkit parabola dapat menggunakan energi dari pembakaran bahan bakar fosil untuk

melengkapi output energi surya selama periode dimana matahari bersinar redup, seperti pada

saat hari berawan.

Piringan Surya

Sebuah sistem piring/mesin surya menggunakan kolektor surya yang bisa melacak arah

matahari, sehingga mereka selalu mengarah lurus ke matahari dan memusatkan energi surya

pada titik fokus piring. Rasio konsentrasi Sebuah piring surya jauh lebih tinggi dari parabolik

surya, biasanya lebih dari 2.000, dengan suhu fluida mencapai 1380 F.

Sistem piring/mesin surya mengkonversi panas menjadi tenaga mekanik dengan

mengkompresi fluida ketika cuaca dingin, dan dengan memanaskan cairan yang terkompresi

tadi, cairan akan menggerakkan turbin atau dengan piston menghasilkan kerja. Mesin ini

digabungkan ke generator listrik untuk mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik.


Piringan Surya


Teknik Kimia UMI

Menara Tenaga Surya

Sebuah menara tenaga surya, atau receiver pusat, menghasilkan listrik dari sinar

matahari dengan memfokuskan energi surya yang terkonsentrasi pada menara penukar panas

(penerima). Sistem ini menggunakan ratusan hingga ribu cermin matahari yang disebut

heliostats untuk mencerminkan dan mengkonsentrasikan energi matahari ke sebuah menara

receiver pusat. Energi yang terkonsentrasi dapat mencapai 1.500 kali energi yang datang dari

matahari.

Energi yang hilang saat transportasi diminimalkan karena energi surya langsung

ditransfer dari heliostats ke receiver tunggal, tidak dipindahkan melalui media transfer ke satu

lokasi sentral, seperti pada teknik parabola.

Prinsip kerya yaitu 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


Menara Surya


Teknik Kimia UMI

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.

Menara pembangkit listrik harus besar agar menguntungkan secara ekonomis.

Teknik ini adalah teknologi yang menjanjikan untuk pembangkit listrik skala besar. Menara

surya berada dalam tahap awal pengembangan dibandingkan dengan teknologi parabola.

D. KEUNTUNGAN DAN KEKURANGAN ENERGI PANAS MATAHARI

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.


Teknik Kimia UMI

DAFTAR 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

pemamfaatan energi matahari.pdf

Documents