plts sederhana

Download plts sederhana

Post on 17-Jul-2015

132 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

PENCAHAYAAN DALAM RUANG TERTUTUP MENGGUNAKAN SOLAR ILLUMINATIONIsa Albanna; Suyatno, M.Si; Gatut Yudoyono, Drs., MT

Jurusan Fisika Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111 Email: isa_albnn@physics.its.ac.id ; kangyatno@physics.its.ac.id;gyudoyono@physics.its.ac.id

AbstrakTelah dilakukan penelitian tentang perancangan pencahayaan alami dalam ruang tertutup dengan menggunakan solar illumination. Dalam solar illumination terdapat dua sistem, yaitu sistem optika geometri untuk pemanduan cahaya dan sistem solar tracker untuk optimalisasi pelacakan arah sumber cahaya. Mekanisme pemanduan cahaya adalah dengan mengumpulkan cahaya menjadi berkas titik oleh panel solar concentrator yang kemudian dipandu menggunakan fiber optik untuk didistribusikan ke ruangan. Berdasarkan hasil penelitian, diperoleh data bahwa efisiensi sistem solar illumination adalah 12.00 % , sehingga dapat memberikan wacana tentang pemanfaatan energi matahari tidak terbatas hanya pada tinjauan termal dan listrik (solar cell). Energi matahari dapat dimanfaatkan dalam bidang pencahayaan yang sehat dan hemat energi pada ruang tertutup. Kata kunci: cahaya, efisiensi, energi, solar illumination, solar tracker Abstract A research on the design of natural lighting in indoor space using solar illumination. In solar illumination, integrated there are two systems, ie geometric optics system for guiding light and solar tracker system for optimizing the tracking light source direction. Mechanisms of guiding light is to collect by the beam of light into the solar concentrator panels, then light will guided using optical fiber to be distributed to the room. Based on this research, data showed that the efficiency of solar illumination system is 12.00%, so it can give a discourse on the utilization of solar energy is not limited to thermal and electric (solar cell). Solar energy can be utilized in the lighting a healthy and energy efficient in indoor space. Keywords: Light, illumination, efficiency, energy, Solar Illumination, solar tracker pencahayaan yang sehat dan hemat energi pada ruang tertutup. TINJAUAN PUSTAKA Energi matahari mempunyai peranan penting dalam kehidupan dan pemenuhan energi berkelanjutan. Pemanfaatan energi surya dewasa ini sudah berkembang di berbagai bidang, seperti pada pemanfaatan energi listrik sel surya, pemanas kompor matahari, dan dalam bidang pencahayaan (iluminasi).[1] Pemanfaatan energi matahari untuk pencahayaan merupakan langkah yang tepat untuk menciptakan pencahayaan ruang yang sehat danhemat energi. Matahari memancarkan beberapa spektrum radiasi, diantaranya adalah spektrum cahaya tampak (=380-770nm), spektrum Far Infra Red (FIR), dan beberapa spektrum lainya.[2] 2.1. Arsitektur Pencahayaan Alami Pencahayaan alami merupakan kebutuhan yang penting dalam sebuah bangunan. Pencahayaan alami mampu memberikan efisiensi energi dalam gedung. Pengembangan bentuk arsitektur pencahayaan alami sudah dikembangkan sejak zaman manusia primitif, hingga berkembang sampai 2.

PENDAHULUAN Ketersediaan energi di indonesia belum mampu mencukupi tingkat konsusmsi oleh masyarakat yang relatif besar, sehingga perlu dilakukan pencarian sumber energi baru dan melakukan efisiensi energi.[1] Salah satu langkah efisiensi energi adalah pengunaan genteng kaca untuk pencahayaan saat siang hari. Genteng kaca memiliki kekuranga, yaitu cahaya yang masuk pada genteng kaca tidak dapat dipandu hingga ke ruang yang jauh. Untuk menyempurnakan teknologi genteng kaca, muncul adanya gagasan tentang perancangan pencahayaan alami dengan sumber cahaya matahari. Gagasan ini merupakan wujud pengembangan dibidang fisika bangunan untuk penghematan energi dalam gedung. Pada penelitian tugas akhir ini perancangan sistem pencahayan alami terangkai dalam Solar Illumination. Tujuan dari penelitian ini adalah membuat bentuk perancangan solar illumination yang didalamnya menimplementasikan dua sistem, yaitu sistem solar tracker dan sistem instrumentasi optik (solar concentrator dan panel transmisi cahaya). Diharapkan dengan adanya perancangan pencahayaan alami mengunakan Solar Illumination dapat tercipta sistem

1.

sekarang. Hasil riset yang memadukan estetika arsitektur, efisiensi energi, dan pencahayaan (iluminasi) melahirkan beberapa inovasi baru, diantaranya adalah solar tube, jendela, dan piped sunlight .[3]Gambar 3. Bentuk pemantulan cahaya.

Gambar 1. Panel Solar Tube.

Pada Gambar 3, merupakan bentuk pemantulan dalam cermin datar. Kondisi tersebut akanberbeda jika bentuk cermin adalah sferis (cekung atau cembung), berkas cahaya pada cerminsferis akan cenderung menuju atau menjauhi titik pusat. Seperti ilustrasi pada Gambar 4. [5]

2.2. Dasar Pencahayaan Luminansi adalah besaran yang ekivalen dengan satuan daya yaitu watt. Secara sepesifik luminansi merupakan ukuran kuat penerangan yang mampu dikeluarkan oleh sumber cahaya. 1 lm/m2 setara dengan 1 lux.[4]

Kuat penerangan adalah jumlah kuantitatif fluks cahaya yang menimpa atau sampai pada permukaan bidang. Besar kuat penerangan dapat dihitung dengan persamaan (2.1)

Gambar 4. Bentuk pemantulan cahaya pada cermin cembung.

E=

I .................. (2.1) d2

Prinsip optika gemetri juga berlaku pada pemanduan cahaya dala fiber optik. Fiber optik merukapakan serabut kaca yang terdir dari inti (core) dan cladding. Cahaya merambat dalam fiber optik melaui core dengan metode pemantulan.[6] 2.4. Sistem Elektronika dan Kontrol Kontrol merupakan proses yang membutuhkan adanya sensor, unit kontrol, dan aktuator. Sensor berfungsi untuk mendeteksi sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan besaran fisis. Nilai yang telah dibaca sensor nantinya akan diolah dalam unit kontrol untuk ditransmisikan menuju aktuator.[7] 2.5. Solar Tracker Solar tracker atau lazim disebut penjejak matahari merupakan unit divisi robot yang digunakan untuk mengikuti arah jejak matahari.[8]

Keterangan : E = Kuat penerangan pada permukaan kerja (Lumen/m2) I = intensitas cahaya (Lumen)

d = jarak sumber cahaya ke permukaan kerja (m)Kuat penerangan pada tiap titik dipengaruhi oleh jarak sumber ke bidang kerja. Hal tersebut dijelaskan dalam hukum Inverse square, yang meyatakan bahwa kuat penerangan berbanding terbalik dengan jarak sumber ke bidang kerja.[4]

a) b) Gambar 2. a) Inverse square, b) Cosine Law Berkas cahaya yang jatuh tidak selalu memiliki arah tegak lurus dengan bidang seperti pada Gambar 2 (b), sehingga untuk menghitung besar kuat penerangan pada bidang yang tersinari berlaku hukum kosinus yaitu ............. (2.2) E = Kuat penerangan pada permukaan kerjaGambar 5. Morfologi Solar Tracker.

E = E cos( )

= Sudut antra sinar datang dengan garis normal bidang

METODOLOGI PERANCANGAN Secara umum bentuk alur metodologi perancangan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah seperti pada Gambar 6, yaitu gambar bagan skematik kerja.

3.

2.3. Optika Geometri Optika geometri adalah cabang ilmu pengetahuan tentang optik yang mempelajari sifat-sifat perambatan cahaya, seperti pemantulan dan pembiasan. Cahaya merupakan spektrum elektromagnetik. Jika cahaya tersebut mengenai medium, cahaya akan dipantulkan. Pada hukum Snellius (pemantulan) berlaku sudut datang ( datang ) sama dengan sudut pantul ( pantul ) dan terletak dalam satu bidang.

Gambar 6. Diagram Perancangan solar illumination.

Perancangan yang telah dilakukan dalam penelitian tugas akhir ini adalah perancangan sistem solar ilumination. Sistem ini terdiri dari elektronika (solar tracker ) dan sistem instrumentasi optik (solar concentrator dan panel transmisi). Solar tracker yang telah dirancang memiliki kemampuan untuk mengikuti arah berkas sumber cahaya agar cahaya yang mengenai solar concentrator dapat optimum. Pada Gambar 7 (a) merupakan morfologi solar tracker yang telah dirancang dalam penelitian ini. Sensor yang digunakan untuk proses kontrol dalam solar tracker adalah sensor LDR. Pemasangan sensor LDR seperti pada Gambar 7(b). Proses kontrol gerakan dalam proses tracking dibantu dengan mikrokontrol AVR.

4.1. Solar Illumination Untuk Pencahayan Ruang Tertutup Solar illumination merupakan sistem yang digunakan untuk pencahayaan ruang tertutup. Tinjauan ruang tertutup dalam penelitian tugas akhir ini adalah ruang yang tidak dimungkinkan cahaya matahari bisa masuk secara langsung. Prinsip kerja secara umum dari solar illumination ini adalah berkas cahaya dari luar dikumpulkan dan ditransmisikan mengunakan media tertentu dengan teknik pemanduan cahaya hingga sampai ruang yang diinginkan. Dalam penelitian ini kegunaan solar tracker adalah untuk mengatur keterarahan sudut panel solar concentrator dan menjaga agar panel tersebut tetap menghadap tegak lurus dengan sumber cahaya. Berkas cahaya sejajar yang mengenai solar concentrator akan dikumpulkan pada titik fokus. Hasil penfokusan cahaya tersebut nantinya akan ditransmisikan mengunakan fiber optik hingga ke dalam ruangan. Titik-1

(a) (b) Gambar 7. a) Solar Tracker, b) Peletakan sensor LDR Sistem instrumentasi optik yang telah dirancang terdiri dari bentuk panel solar concentrator dan panel transmisi cahaya berupa fiber optik (jenis bundle). panel solar concentrator merupakan panel berbentuk cermin cekung dengan fokus tertentu. Pada Gambar 8 merupakan bentuk panel solar concentrator dan panel transmisi fiber optik.Fiber Optik

Titik-3

Titik-2

Gambar 10. Ilustrasi berkas cahaya pada solar illumination.

Solar concentrator Gambar 8. panel solar concentrator dan transmisi fiber optik. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada penelitian ini pembahasan difokuskan dalam beberapa point utama, yaitu seperti pada Gambar 9. 4.

4.2. Kalibrasi Sensor LDR Pada penelitian tugas akhir ini, solar tracker dikontrol mengunakan sensor cahaya (LDR). Sebelum digunakan untuk membaca kuat penerangan, LDR perlu dikalibrasi terlebi