Energi surya adalah
energi yang berupa sinar dan panas dari matahari.
Energi ini dapat dimanfaatkan dengan menggunakan serangkaian teknologi seperti pemanas surya, fotovoltalik surya, listrik panas surya, arsitektur surya dan fotosintesis buatan.
Teknologi
energi surya secara umum dikategorikan menjadi dua kelompok, yakni teknologi
pemanfaatan pasif dan teknologi pemanfaatan aktif. Pengelompokan ini tergantung
pada proses penyerapan, pengubahan, dan penyaluran energi surya. Contoh
pemanfaatan energi surya secara aktif adalah penggunaan panel fotovoltaik dan
panel penyerap panas. Contoh pemanfaatan energi surya secara pasif meliputi
mengarahkan bangunan ke arah matahari, memilih bangunan dengan massa termal
atau kemampuan dispersi cahaya yang baik, dan merancang ruangan dengan
sirkulasi udara alami.
Perkembangan
teknologi energi surya yang terjangkau, tidak habis, dan bersih akan memberikan
keuntungan jangka panjang yang besar, seperti meningkatkan keamanan energi
negara-negara melalui pemanfaatan sumber energi yang sudah ada, tidak habis,
dan tidak tergantung pada impor, meningkatkan kesinambungan, mengurangi polusi, dan menjaga
harga bahan bakar fosil tetap rendah dari
sebelumnya.
Bumi
menerima 174 petawatt (PW) radiasi
surya yang datang (insolasi) di bagian atas
dari atmosfer. Sekitar 30% dipantulkan kembali ke luar angkasa,
sedangkan sisanya diserap oleh awan, lautan dan daratan. Sebagian besar spektrum cahaya matahari yang sampai
di permukaan Bumi berada pada jangkauan spektrum sinar tampak dan inframerah dekat. Total energi surya yang diserap oleh atmosfer, lautan,
dan daratan Bumi sekitar 3.850.000 eksaJoule (EJ) per tahun
Penerapan teknologi surya
1. Pertanian dan perkebunan
Pertanian dan perkebunan berusaha
mengoptimalkan penyerapan energi surya untuk meningkatkan produktivitas
tanaman. Rumah kaca menggubah energi cahaya menjadi
energi panas, yang memperbolehkan produksi sepanjang tahun dan pertumbuhan
tanaman khusus (dalam lingkungan tertutup) dan tanaman lain yang tidak cocok
tumbuh untuk iklim lokal.
2. Transportasi dan penjelajahan
Perkembangan
mobil tenaga surya telah menjadi target perteknikan sejak tahun 1980an.
Kompetisi World Solar Challenge adalah
perlombaan mobil bertenaga surya yang diadakan dua kali selama setahun, dan
dalam ajang tersebut tim dari universitas dan perusahaan berlomba sepanjang
3.021 kilometer (1.877 mil) melewati Australia tengah
mulai dari Darwin menuju Adelaide.
Pada tahun 1987, saat kompetisi ini pertama kali dibuka, kecepatan rata-rata
pemenang kompetisi adalah 67 kilometer per jam (42 mph), dan pada tahun 2007,
kecepatan rata-rata pemenang naik menjadi 90,87 kilometer per jam (56,46 mph). Kompetisi North American Solar Challenge dan South Afrika Solar Challenge yang sedang direncanakan adalah kompetisi
serupa yang menunjukkan minat internasional dalam perteknikan dan perkembangan
kenderaan bertenaga surya.
Beberapa kendaraan
menggunakan panel surya untuk tenaga pembantu, seperti untuk penyejuk udara,
sehingga menggurangi konsumsi bahan bakar.
3. Termal surya
Teknologi
termal surya dapat digunakan untuk memanaskan air, memanaskan ruangan,
mendinginkan ruangan, dan menghasilkan panas.
4. Pemanasan air
Sistem air
panas surya menggunakan sinar matahari untuk memanaskan air. Di daerah dengan
lintang bujur geografis rendah (di bawah 40 derajat), 60% - 70% air panas untuk
keperluan rumah tangga dengan temperatur sampai dengan 60 °C dapat
diperoleh dengan menggunakan sistem pemanasan surya. Jenis
pemanas air surya yang umum digunakan adalah kolektor buluh (44%) dan plat
datar dengan kaca (34%) untuk kebutuhan air panas rumah tangga; kolektor
plastik tanpa kaca (21%) digunakan untuk memanaskan kolam renang.
5.
Memasak
Pemasak
surya menggunakan cahaya matahari untuk memasak,
mengeringkan, dan proses pasteurisasi.
Pemasak surya dapat digolongkan menjadi 3 kategori umum: pemasak berbentuk
kotak, pemasak berbentuk papan, dan pemasak dengan pemantul
6. Produksi listrik
Tenaga surya
adalah proses pengubahan cahaya matahari menjadi listrik, baik secara langsung
menggunakan fotovaltaik, atau secara tak langsung
menggunakan tenaga surya terpusat (concentrated
solar power, CSP).
Tenaga surya
terpusat
Pembangkit
CSP komersial pertama kali dikembangkan pada tahun 1980an. Sejak tahun 1985,
pemasangan SEGS CSP
berkapasitas 354 MW di Gurun Mojave, California adalah pembangkit
listrik surya terbesar di dunia.
Sistem
tenaga surya terpusat (concentrated surya power, CSP) menggunakan lensa
atau cermin dan sistem lacak untuk memfokuskan paparan sinar matahari yang luas
menjadi seberkas cahaya kecil. Seberkas cahaya tersebut kemudian digunakan
sebagai sumber panas untuk pembangkit listrik konvensional. Terdapat sejumlah
besar teknologi pemusatan; yang paling berkembang adalah cekungan parabola,
pemantul fresnel linear, piringan Stirling, dan
menara tenaga surya. Di sistem-sistem ini, fluida kerja dipanaskan oleh cahaya
matahari yang dipusatkan, dan fluida kerja ini kemudian digunakan untuk
membangkitkan listrik atau sebagai penyimpan energi
Fotovoltaik
Sel surya,
atau sel fotovoltaik, adalah peralatan yang menggubah cahaya menjadi aliran
listrik dengan menggunakan efek fotovoltaik. Sel fotovoltaik pertama dibuat
oleh Charles Fritts pada
tahun 1880an. Pada tahun 1931, seorang insinyur Jerman, Dr. Bruno Lange,
membuat sel fotovoltaik menggunakan perak Selenida ketimbang tembaga oksida. Walaupun
sel selenium purwa rupa ini mengubah kurang dari 1% cahaya yang masuk menjadi
listrik, Ernst Werner von Siemens dan James Clerk Maxwell melihat pentingnya
penemuan ini.
7. Produksi bahan bakar
Proses kimia
surya menggunakan energi surya untuk menjalankan reaksi kimia. Proses ini mengurangi
kebutuhan energi yang berasal dari sumber bahan bakar fosil dan juga dapat
mengubah energi surya menjadi bahan bakar yang dapat disimpan dan dipindahkan.
Reaksi kimia yang dipengaruhi oleh surya dapat digolongkan menjadi termokimia
atau fotokimia. Sejumlah
besar bahan bakar dapat diproduksi dengan menggunakan fotosintesis buatan. Kimia katalisis
multielektron yang digunakan untuk membuat bahan bakar dengan dasar karbon
(seperti metanol)
dari reduksi karbon dioksida merupakan suatu tantangan;
alternatif yang lebih mudah adalah produksi gas hidrogen dari proton, namun
menggunakan air sebagai
sumber elektron (sebagaimana
yang dilakukan tanaman) membutuhkan penguasaan oksidasi multielektron dua
molekul air ke satu molekul oksigen. Beberapa ahli meramalkan akan adanya
pabrik bahan bakar surya di kota besar yang berada di tepi laut menjelang tahun
2050 - pemecahan molekul air laut untuk menghasilkan gas hidrogen yang
digunakan untuk pembangkit listrik di sekitarnya dan produk samping air murni
yang akan disalurkan untuk kebutuhan air permukiman. Visi yang lain
adalah bangunan buatan manusia menutupi seluruh permukaan Bumi (seperti jalan,
kendaraan, dan bangunan) melakukan fotosintesis lebih efisien dibandingkan
tanaman.
Metode penyimpanan energi
Sistem
penyimpanan panas umumnya menggunakan materi yang sudah tersedia dengan
kapasitas panas tinggi seperti air, tanah, dan batu. Sistem yang dirancang
dengan baik dapat menurunkan kebutuhan puncak, menggeser waktu penggunaan ke
waktu senggang, dan mengurangi kebutuhan pemanasan dan pendinginan.
Materi ubah
fase seperti lilin parafin dan garam Glauber adalah
contoh media penyimpan panas. Media ini tidak mahal, tersedia, dan dapat
menghasilkan temperatur yang cocok untuk penggunaan di rumah (sekitar
64 °C).
Energi surya
dapat disimpan pada temperatur tinggi dengan menggunakan lelehan garam. Garam adalah
media penyimpan yang efektif karena harganya murah, memiliki kapasitas panas
yang tinggi, dan dapat menghasilkan panas pada temperatur yang cocok dengan
sistem pembangkit konvensional.
Solar pond dapat
dikatakan sebagai alternatif dalam pemanfaatan tambak garam. Tambak garam pada
umumnya dikelola hanya untuk mendapatkan butiran garam, sementara karakteristik
tambak yang mampu menyimpan energi panas untuk selang waktu yang lama merupakan
potensi yang besar. Berdasarkan karakteristik tersebut dapat dimanfaatkan untuk
berbagai keperluan, salah satunya adalah pembangkit listrik.
Setiap kolam
terbuka akan menyerap panas dari matahari. Biasanya, panas akan hilang
karena kenaikan air hangat ke permukaan dan mengalami pendinginan oleh
penguapan. Air sebagai konduktor panas yang sangat buruk terutama saat
sirkulasi dihentikan akan menyebabkan panas terjebak didasar perairan. Sebuah kolam
garam (idealnya dengan kedalaman 3 m), dikelola agar air diatas (relatif)
dengan salinitas rendah dan air di bagian bawah dengan salinitas yang sangat
tinggi, tidak akan melepaskan panas karena air di bagian bawah begitu berat
dengan garam dan tidak dapat meningkat. Air yang lebih dalam akan sangat panas
bahkan lebih dari 100 derajat Celsius dalam situasi yang tepat (secara umum 80
derajat Celsius) untuk daerah tropis. Di wilayah selatan Australia 60 derajat
Celsius mudah dicapai meskipun musim dingin. Masalah utama dalam melakukan
pengelolaan adalah untuk mengekstrak panas pada tingkat yang tepat sehingga
kolam tidak mendidih atau kehilangan panasnya.
Metode
seperti ini dikenal dengan ‘Salt Gradient Solar Ponds’ atau terkadang
disebut dengan “solar pond’ saja. Secara efektif, kolam bertindak sangat
luas, harga rendah, kolektor panas surya.
Sebagai
salah satu bentuk dari energi surya, solar pond memiliki
keuntungan sebagai berikut :
Panas
tersimpan secara massif, sehingga energy dapat di ekstrak pada siang dan malam
hari. Dengan memanfaatkan metode penyimpanan tersebut, sehingga tidak
dibutuhkan baterai atau penyimpanan lainnya.
Kolam surya
dapat memiliki area penyimpanan panas yang sangat besar dengan biaya rendah.
Potensi
produksi utama adalah pada saat permintaan puncak tenaga listrik di pertengahan
musim panas.
Untuk
menghasilkan listrik dari ‘solar pond’ juga merupakan teknologi dengan
mempergunakan converter yang dikenal dengan ‘Organic Rankine Cycle Machine’,
Mesin ORC untuk jangka pendek diperkenalkan sejak abad-19. Proses yang sama
digunakan untuk mengekstrak energy dari dengan gradient suhu air laut dalam di
lepas pantai Jepang. Ada berbagai teknologi yang lebih canggih dari mesin
Rankine – tapi metode mesin ORC ini merupakan yang paling mudah untuk di
implementasikan.
Sebuh mesin
Rankine digunakan dengan mengkonversi limbah panas dari solar pond,
menjadi energi untuk menggerakkan poros berputar yang paling sering digunakan
sebagai alternator konvensional dalam menghasilkan listrik.
Mesin
Rnakine bekerja dengan menggunakan air panas untuk menguap titik didih rendah,
seperti yang digunakan dalam lemari es. Uap yang kemudian menjadi gas
bertekanan tinggi yang dapat digunakan menggerakkan turbin dan menghasilkan
listrik. Setelah digunakan, gas tersebut disirkulasi, didinginkan, kemudian
daur ulang seperti proses yang terjadi pada lemari es.
Solar pond,
saat ini digunakan di Eropa, Amerika Serikat, Timur Tengah dan Australia. Panas
yang dihasilkan digunakan untuk kolam renang hangat dan rumah kaca serta berbagai
proses industri.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar