Namun, penggunaan energi fosil dan nuklir telah menimbulkan konsekuensi serius bagi kehidupan manusia. Energi fosil telah memicu pemanasan global akibat polusi yang ditimbulkannnya. Sementara, energi nuklir yang sangat berbahaya juga telah mengalami beberapa kecelakaan yang telah berdampak sangat besar terhadap lingkungan dan manusia. Dunia kemudian lebih mengekplorasi dua energi terbarukan/ET (renewable energy/RE). Dari berbagai ET, matahari dan angin merupakan yang paling getol dilakukan. Dari dua energi ET ini, matahari memiliki potensi yang lebih baik. Sebab, sinar matahari hampir menyinari seluruh permukaan bumi.
A. Penggunaan Energi Matahari Zaman Dahulu
Penulis yakin, sejak awal peradaban manusia sudah banyak yang memanfaatkan panas matahari untuk kebutuhan sehari-hari. Namun, tidak ada catatan yang mengenangnya. Berdasarkan data dari internet (browsing), ada tiga penggunaan unik dari panas matahari yang bisa dipakai untuk renungan. Pertama, alat untuk membuat api di China. Berdasarkan dokumentasi Code Of Zhou Regulation,yaitu dinasti Zhou barat pada abad ke 11 SM sampai dengan 771 SM, Dimasti Zhou menemukan alat yang bisa menggunakan cahaya matahari untuk membuat api. Arkeolog menemukan alat pembuat api ini pada tahun 1995 di pemakaman dinasti Zhou yang terletak di provinsi sanxhi.
Kedua, senjata pembakar kapal tenaga matahari yang dibuat oleh Archimedes. Ini merupakan cerita legenda Yunani. Legenda tersebut menyebutkan Archimedes berhasil menghancurkan armada kapal Roma yang berniat kota Syracuse, yang merupakan tempat tinggalnya, dengan menggunakan cermin besar atau beberapa cermin.
Namun, para ilmuwan dan peneliti masih belum bisa membuktikan kebenaran legenda ini. Beberapa percobaan dilakukan tapi gagal membuktikan keilmiahan metode yang digunakan Archimedes. Peneliti Amerika ditantang Presiden Obama untuk mewujudkannya, namun hingga kini belum bisa melakukannya. Secara prinsip, senjata ini mirip dengan teknologi pembangkit menara (solar tower), tapi jika digunakan untuk peperangan menghadapi armada kapal sulit untuk diwujudkan.
Ketiga, kompor (oven) matahari yang ditemukan oleh ilmuwan perancis-swis Horace Benedict de Saussure pada tahun 1767. Gambar dibawah menunjukkan rancangan Benedict de Saussure. Perangkat tersebut terdiri dari dua buah kotak kayu, kotak kecil yang berada didalam kotak yang besar. Di antara dua kotak tersebut diberi bahan insulasi. Di atas kotak kecil dipasang tiga lapis kaca dengan udara diantaranya. Dengan mangarahkan perangkat tersebut tegak lurus cahaya matahari, dalam beberapa jam, suhu di dalam kotak dapat mencapai di atas 100 oC. Perangkat ini pun diujicobakan di puncak gunung Cramont. Hasilnya dapat mencapai titik didih air walaupun suhu udara sekitarnya sekitar 5-10 oC.
Sumber : http://solarcooking.org/saussure.htm
Kotak panas buatan de Saussure terlalu lama untuk menjad panas dan suhunya tidak cukup panas untuk memasak. Mungkin inilah penyebab desainnya tidak popouler. Untuk produk massal teknologi solar thermal pertama adalah solar oven yang ditemukan oleh W. Adams pada tahun 1870an di Bombay, India. Dia menambahkan konsep mengkonsentrasikan cahaya matahari, seperti ditunjukkan gambar dibawah.
Delapan buah cermin (A) membentuk reflektor octagon. Sinar matahari diarahkan ke dalam kotak (B) yang terbuat dari kayu yang diatasnya ditutup dengan kaca. Didalam kotak terdapat panci (C). Temperatur di dalam kotak B dapat mencapai suhu 200 derajat celsius.
B. Penggunaan Energi Matahari Zaman Sekarang
Saat ini, manusia telah menggunakan panas matahari untuk memenuhi berbagai kebutuhan. Berikut berbagai pemanfaatan panas matahari (solar thermal):1. Kompor matahari (surya)
Kompor matahari merupakan salah satu aplikasi pemanfaatan panas matahari untuk memenuhi kebutuhan energi rumah tangga. Kompor matahari merupakan pemanas yang sangat ramah lingkungan, karena hanya membutuhkan sinar matahari sebagai sumber energinya. Kompor ini hemat biaya dan bebas polusi dibandingkan kompor minyak, batubara, dan kayu bakar. Penggunaan secara massal bisa mengurangi polusi udara dalam jumlah yang besar.
Kompor matahari ini secara umum terbagi dalam dua, yaitu kompor parabola dan kotak oven (pemanggang). Kompor parabola merupakan alat yang terbuat dari cermin (atau serupa cermin) yang menfokuskan panas matahari pada satu titik. Suhu yang dicapai bisa mencapai 600 derajat celsius. Sementara oven matahari suhu suhu yang bisa dicapai lebih rendah tapi diatas 100 derajat celsius.
Kompor matahari memasak menggunakan tiga metode, pemanasan, pemanggangan, dan pasteurisasi. Kompor matahari berbentuk parabola memasak makanan dengan pemanasan, yaitu meletakkan panci atau wajan di pusat panas dan berikutnya mengalirakan panas secara langsung maupun melalui media lain (air dll) untuk memanaskan makanan. Kompor parabola juga dapat digunakan untuk pasteurisasi makanan. Prosesnya, panas yang dimanfaatkan untuk cara menghasilkan uap, dan uap inilah yang akan digunakan untuk proses pasteurisasi. Sementara kompor oven berbentuk kotak yang dapat menyerap panas matahari. Makanan dimasukkan dalam kotak untuk dimasak.
Saat ini, banyak negara yang menggunakan kompor matahari untuk memasak. India merupakan negara yang paling getol menggunakan energi yang sangat murah ini. Beberapa negara di Afrika juga banyak menggunakan kompor surya ini.
2. Pengering Matahari
Proses pengeringan memanfaatkan sinar matahari dari dahulu telah dipakai manusia. Mulai dari menjemur pakaian, mengeringkan bahan-bahan yang basah, pengeringan produk pertanian, dan perikanan. Pengeringan tradisional dengan cara menjemur di bawah terik matahari di udara terbuka. Namun, pengeringan tradisional ini sangat bergantung kepada cuaca. Saat mendung dan hujan proses pengeringan berlangsung lebih lama.
Kendala cuaca inilah yang membuat peneliti mengembangkan pengering matahari tertutup.Ada banyak teknologi pengering ini, kita akan membahas pengering sederhana. Disebut sederhana karena : kontruksinya sederhana, ukurannya kecil, tidak membutuhkan banyak bahan, serta pembuatanya tidak rumit, dan yang terpenting biayanya murah, he he he... Pengering ini bisa dibuat sendiri, meski perlu sedikit keahlian pertukangan.
Sumber : http://teknikcivil2.blogspot.com/2013/05/prisip-kerja-pengering-tenaga-surya.html
Prinsip kerja pengering tenaga surya:
Sinar matahari masuk menembus tutup kaca kemudian akan memanasi plat kolektor yang ada pada dasar kotak pengering. Untuk pengering tenaga surya sederhana , ruang kolektor menjadi satu dengan kotak pengering. Karena diruangan tertutup, panasnya kolektor membuat suhu ruangan meningkat. Selain kolektor, pemanasan juga disumbang dari bahan pembuat kotak pengering yang biasanya terbuat dari seng. Sinar matahari ini juga akan mengenai langsung bahan yang di keringkan sekaligus menyebabkan udara di dalam kotak pengeringan tersebut menjadi sangat panas.
Sementara itu udara luar akan masuk di dalam kotak lewat bawah mengalir ke atas kemudian keluar lewat cerobong. Jadi bahan yang berada di kotak pengeringan tersebut akan di keringkan langsung oleh sinar matahari, serta udara panas di dalam kotak pengeringan tersebut, kemudian jika masih ada uap air akan terbawa oleh udara yang masuk dari bawah menuju ke atas dan keluar melalui cerobong.
Jika sinar matahari tertutup awan udara di dalam kotak pengering tersebut akan tetap panas. Sebab, kotak dibuat kedap dengan adanya isolator,meskipun sepanas sewaktu sinar matahari terik. Jika matahari bersinar kembali, suhu di dalam kotak pengering tersebut akan segera meninggi, tanpa memerlukan waktu yang lama. Adapun pengering tenaga surya yang lebih kompleks, kotak kolektor akan terpisah dengan ruangan pengering. Kolektor panas bisa terbuat dari plat datar, tabung, lensa cekung, dan parabola.
3. Pemanas Air (solar water heating system)
Foto : solar water heating system (sumber : atashenergy.com)
Selama 20 tahun terakhir orang Indonesia sudah sering melihat instalasi panel surya untuk pemanas air. Penggunaan pemanas air ini untuk perumahan hampir terjadi di seluruh dunia.Investasi yang dilakukan orang untuk memasang sistem pemanas air ini di rumah-rumah disebut-sebut sebagai pendanaan yang efektif karena bisa memanaskan air dalam segala musim. Energi yang dipakai adalah energi matahari yang gratis. Kota Barcelona di Spanyol merupakan salah satu kota percontohan yang menggunakan panas matahari untuk pemanas air secara massif.
Sistem pemanas air tenaga matahari ini dibagi dalam dua, yaitu pasif dan aktif.
3.1 Pemanas aktif
Ada dua tipe pada sistem pemanas air aktif, yaitu sistem sirkulasi langsung dan tak langsung. Pada sistem sirkulai langsung, air dipanaskan melalui sirkulasi langsung ke penangkap panas (panel surya). Sementara pada sistem tak langsung, panas yang terjadi pada panel surya diserap oleh cairan yang disirkulasikan ke panel. Panas cairan ini disimpan pada sebuah tabung penyimpan panas. Dalam tabung terdapat penyalur panas (heat exchanger) yang memanaskan pipa saluran air rumah. Sistem aktif tak langsung inilah yang banyak digunakan oleh masyarakat.
3.2 Pemanas Pasif
Sistem pasif hampir serupa dengan aktif dengan biaya yang lebih murah. Namun, tingkat efisiensinya lebih rendah. Meski begitu, sistem diprediksi lebih tahan lama. Ada dua sitem dalam pasif ini. Pertama, sistem pasif penangkap panas terintegrasi (integral collector-storage passive stem). Sistem ini efektif untuk wilayah yang memiliki suhu dibawah nol. Aplikasi terbaik untuk kebutuhan air panas pada siang hingga sore hari. Kedua, sistem thermosyphon, yaitu aliran air yang memasuki sistem karena adanya perbedaan suhu air. Air panas akan naik dan air dingin akan berada dibawah. Panel surya sebagai pengumpul panas harus ditempatkan dibawah tangki air sehingga air panas akan naik ke tangki.
4. Penghangat dan Pendingin Ruangan
Panas matahari juga dapat digunakan untuk menghangatkan dan mendinginkan ruangan. Penghangat ruangan, dibutuhkan oleh masyarakat yang mengalami musim dingin di negara empat musim dan masyarakat di pegunungan yang suhunya dingin. Penghangat ruangan memanfaatkan panas yang diterima kolektor panas (panel surya) untuk menghangatkan ruangan. Sementara pendingin udara (air conditioning/AC) bekerja dengan cara mengalirkan panas dari sel surya ke alat yang disebut chiller. Pada chiller, terjadi proses evaporasi gas untuk menghasilkan dingin.Gambar dibawah menjelaskan penghangat dan penyejuk ruangan tenaga surya yang banyak digunakan oleh masyarakat di negara-negara 4 musim. Mereka membutuhkan kombinasi alat penghangat dan penyejuk udara karena mengealami musim dingin dan panas. Kalau di Indonesia mungkin hanya dibutuhkan alat penyejuk udara saja.
Sumber : renergy.com
5. Pembangkit Listrik
Dunia telah membangun berbagai pembangkit Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Pembangkitan listrik dilakukan dengan panel surya penerima panas (solar thermal) dan panel fotovoltaik. Ada berbagai teknologi yang digunakan untuk membangkitkan listik menggunakan panel surya penerima panas, diantaranya, pembangkit menara (power tower) berbasis turbin uap, pembangkit menara berbasis turbin udara (solar updraft), pembangkit parabola, dan pembangkit lensa cekung.Salah satu keunggulan PLTS dengan panel thermal adalah daya yang dihasilkan bisa sangat besar, mencapai ratusan MW. Salah satu power tower di Amerika bisa berkapasitas 700 MW. PLTS berbasis panel thermal juga dibangun dilahan yang tidak produktif atau yang sulit ditanami tanaman pangan dan industri karena lahannya yang ekstrim. Lahan yang cocok adalah sahara atau padang pasir yang banyak terdapat di Amerika, Australia, Afrika, dan Timur Tengah. Salah satu kendala ada pada teknologi berbasis turbin uap karena membutuhkan air yang cukup banyak untuk menghasilkan uap, padahal lokasi pembangunannya di tempat ekstrim yang mana air merupakan barang yang sangat berharga. Namun, kendala ini sekarang bisa diatasi dengan teknologi turbin berbasis gas dan aliran udara keatas (solar updraft).
5.1 Menara Pembangkit (power tower) Berbasis Turbin Uap
Sumber : http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2045926/Solar-plant-generate-energy-night--glowing-lightbulb-tower-thats-hot-melt-salt.html
Pembangkit ini bekerja dengan cara memusatkan panas matahari menggunakan ratusan cermin datar otomatis yang bisa mengikuti pergerakan matahari yang disebut heliostats. Panas matahari dipantulkan heliostats ke alat penerima panas di puncak menara. Suhu yang terkonsentrasi di penerima panas mencapai 1,350 derajat celsius atau 2.500 fahrenheit. Berikutnya, panas ini kemudian dialirkan menggunakan media, diantaranya air, gas, atau garam cair untuk menghasilkan uap yang akan menggerakkan turbin dan menghasilkan listrik. Turbin uap yang digunakan adalah turbin konvensional yang juga digunakan pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) batubara.
Dari berbagai media, garam cair adalah yang terbaik dibandingkan media lainnya. Ada beberapa garam cair yang digunakan, diantaranya campuran sodium nitrate, potassium nitrate and calcium nitrate, lithium nitrate, dll. Garam cair juga dapat menyimpan panas dalam jangka waktu yang lama (bisa 1 minggu) menggunakan teknologi sistem penyimpanan garam cair (molten salt storage system). Dengan teknologi ini, power tower bisa menghasilkan listrik selama 24 jam, meski cuaca mendung dan malam hari. Tingkat efisiensi sistem ini mencapai 93-97%, sangat ekonomis dibandingkan pembangkit listrik berbahan bakar lainnya. Turbin listrik berkapasitas 100 MW membutuhkan tanki penyimpan panas setinggi 9,1 meter dan berdiameter 24 meter.
Sumber : solarenergyengineering.asmedigitalcollection.asme.org
Proses pembangkitan listrik dimulai dari pemanasan garam cair di alat penerima panas di puncak menara. Garam meleleh pada suhu 131 derajat selsius, dan tetap dalam kondisi cair pada suhu 290 derajat celsius didalam tanki penyimpan garam cair dingin. Garam cair di tangki penyimpan dingin dialirkan ke penerima panas sehingga suhunya naik menjadi 565 derajat celsius. Lalu, garam cair dikirim ke tanki penyimpanan panas (prinsip kerjanya seperti termos) yang tertutup rapat dan dilengkapi lapisan penahan panas. Dari tangki ini, garam cair panas dialirkan ke generator uap untuk menghasilkan uap. Uap ini lalu digunakan menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik. Setelah dipakai menghasilkan uap, suhu garam cair turun menjadi sekitar 290 derajat celsius dan dialirkan ke tanki penyimpan dingin. Kemudian proses pemanasan dimulai lagi. Begitu seterusnya.
5.2 Menara Pembangkit (power tower) Berbasis Turbin Udara (Solar Updarft)
Sumber : http://www.treehugger.com/renewable-energy/think-big-arizona-solar-tower-2x-taller-than-the-empire-state-building-will-produce-200-megawatts.html
Power Tower berbasis turbin udara menggunakan turbin kaplan atau turbin yang biasa digunakan pada Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Karena menggunakan turbin berbasis udara, power tower jenis ini tidak membutuhkan air dan ini merupakan salah satu keunggulannya karena air merupakan SDA yang sulit didapat di lahan ekstrim.
Sumber : http://www.treehugger.com/renewable-energy/think-big-arizona-solar-tower-2x-taller-than-the-empire-state-building-will-produce-200-megawatts.html
Ada tiga bagian penting dari menara pembangkit ini, yaitu menara, kanopi, dan turbin. Menara, menara ini merupakan teknologi mesin thermal berbasis matahari. Menara berbentuk cerobong ini dapat mengubah panas menjadi energi mekanik. Proses naiknya udara panas ke puncak cerobong terjadi hal yang menjadi dasar pembangkitan listrik. Semakin tinggi menara cerobong akan semakin kuat aliran udara panasnya. Kanopi, berfungsi menangkap panas matahari dan mengalirkannya ke tempat penyimpanan panas yang dibangun dibawahnya. Penyimpanan panas menggunakan sistem penyimpanan panas bawah tanah. Jadi, kanopi harus terbuat dari alat penerima panas yang memiliki efisiensi tinggi. Turbin, berfungsi mengubah aliran udara panas menjadi listrik. Saat ini, perusahaan asal Australia EnviroMission mengumumkan akan membangun pembangkit jenis ini di California dengan kapasitas 200 MW.
5.3 Pembangkit Parabola
Sumber : wikipedia
Memiliki kapasitas lebih kecil, sekitar 3-25 kilowat per satu parabola. Ada tiga bagian dari pembangkit ini, yaitu cermin parabola, penerima panas yang diletakkan puncak parabola, dan mesin stirling yang akan menghasilkan listrik. Cermin parabola akan memusatkan panas matahari ke penerima panas. Panas di penerima panas kemudian dialirkan dengan media ke mesin stirling. Untuk pembangkit parabola, media yang digunakan adalah hydrogen atau helium. Gas panas akan diubah menjadi listrik menggunakan mesin stirling. Mesin ini menggunakan gas panas untuk menggerakkan piston dan menciptakan tenaga mekanik.
Sumber : energy.gov
5.4 Pembangkit Lensa Cekung
Gambar : Pembangkit Lensa Cekung di Amerika
Sumber : energy.gov
Pembangkit lensa cekung berpangku pada sistem konsentrasi linier (Linear concentrating solar power/CSP) untuk menghasilkan listrik. Ada dua teknologi dalam pembangkitan lensa cekung, yaitu sistem pengumpul parabola (parabolic trough system) dan sistem reflektor fresnel linier (linear fresnel reflector system). Untuk pembangkitan listrik menggunakan mesin uap biasa. Satu sistem besar bisa menghasilkan listrik 50-250 MW.
A Parabolic Trough System
Sumber : energy.gov
Pada pembangkitan sistem ini, tabung penerima panas di pasang di bagian tengah lensa cekung tempat suhu matahari terkonsentrasi. Tabung penerima panas akan memanaskan media berupa air atau cairan penghantar panas lainnya. Ada tiga media yang digunakan, yaitu pelumas sintetik, garam cair, dan uap bertekanan. Media akan mengalami proses pemanasan saat melalui tabung penerima panas. Media yang sudah panas digunakan menghasilkan uap. Uap ini akan digunakan menggerakkan turbin dan menghasilkan listrik. Turbin yang digunakan adalah turbin uap biasa.
B Linear Fresnel Reflector System
Sumber : energy.gov
embangkit ini menempatkan penerima panas berada yang diletakkan diatas lensa cekung. Sementara sistem pembangkitan sama dengan parabolic trough system.
6 Sumber Panas Bagi Industri
Gambar : Tungku Matahari di Prancis
Sumber : wikipedia
Panas matahari juga dimanfaatkan oleh industri sebagai sumber panas. Tungku matahari yang dibangun di Odeillo, Prancis, adalah salah satu contohnya. Tungku ini berhasil menangkap panas matahari dengan suhu 3.500 derajat celsius. Sistem kerjanya mirip pembangkit menara, bedanya pada tungku ini konsentrasi dari cermin kaca datar (heliostats) diarahkan kepada cermin parabola yang berfungsi mengontrasikan panas sehingga panas yang dicapai lebih tinggi. Pada pusat konsentrasi panas ditempatkan penerima panas.
Tingginya pencapaian panas dari tungku matahari ini, membuatnya bisa diaplikasikan untuk kebutuhan berbagai industri.
Dibawah ini kebutuhan panas dari Industri (dalam derajat celsius):
Dibawah ini kebutuhan panas dari Industri (dalam derajat celsius):
1.000 = pembangkit menara generasi terbaru
1.400 = . menghasilkan hidrogen dari molekul metana
Hingga 2.500 = test materi untuk pemakaian ekstrim seperti PLTN atau pesawat ruang angkasa
Hingga 3.500 = memproduksi materi nano
Berdasarkan bahan bacaan diatas, panas matahari telah digunakan oleh dunia untuk berbagai kegiatan. Negara-negara maju telah melakukan uji coba seluruh penggunaan tersebut, sementara Indonesia baru sebagian saja. Kata kuncinya adalah penguasaan teknologi, kemauan pemerintah, dan partisipasi masyarakat. Sudah sepantasnya Indonesia memiliki kemauan yang tinggi untuk menggali dan memanfaatkan panas matahari untuk membangun bangsa.
ahmad senoadi
Sumber :
- Gambar pertama : https://scitechspec.files.wordpress.com/2012/01/mp9004386071.jpg, diakses 2016.
- wikipedia, diakses 2016.
- wikimedia, diakses 2016.
- energy.gov, diakses 2016.
- http://catatan-teknik.blogspot.com/2014/05/sejarah-teknologi-solar-thermal.html, diakses 2016.
- http://www.unmuseum.org/burning_mirror.htm, diakses 2016.
- http://tepus.org/2014/10/pengertian-chiller-dan-cara-kerja/, diakses 2016.
- http://www.forbes.com/sites/williampentland/2010/11/10/solar-tower/, diakses 2016.
- http://www.treehugger.com/renewable-energy/think-big-arizona-solar-tower-2x-taller-than-the-empire-state-building-will-produce-200-megawatts.html, diakses 2016.
- http://www.environmentalleader.com/2011/01/05/hitachi-has-big-plans-for-solar-powered-air-conditioning-system/?graph=full&id=1, diakses 2016.
- http://phys.org/news/2013-08-team-technique-hydrogen-fuel.html, diakses 2016.
- http://www.renewableenergyworld.com/rea/blog/post/2011/08/solar-furnaces-a-powerful-use-of-solar-power, diakses 2016.
0 komentar:
Posting Komentar