Kata “energi” berarti kemampuan untuk melakukan usaha. Kebutuhan energi di dunia meningkat ke dimensi yang sangat tinggi karena pertumbuhan alami dan penggunaan teknologi baru. Sumber bahan bakar mudah terbakar yang kita andalkan, seperti batu bara, gas, dan minyak, terbatas. Meningkatnya pembakaran bahan bakar menimbulkan kekhawatiran atas pemanasan global dan polusi udara . Karena ketergantungan bahan bakar fosil yang berlebihan terhadap energi, bahan bakar tersebut hampir habis, maka perlu dicari sumber energi alternatif, dan salah satu sumber alternatifnya adalah matahari .
Energi matahari adalah pancaran cahaya dan panas dari matahari yang dimanfaatkan menggunakan berbagai teknologi yang terus berkembang seperti pemanasan matahari, energi panas matahari, arsitektur surya, dan fotosintesis buatan.
Ini juga merupakan sumber energi terbarukan yang penting, dan teknologinya secara luas dicirikan sebagai surya pasif atau surya aktif tergantung pada bagaimana mereka menangkap dan mendistribusikan energi matahari atau mengubahnya menjadi tenaga surya.
Tujuan pembelajaran
Pada akhir pelajaran ini, Anda harus dapat:
Matahari adalah sumber energi yang sangat kuat, dan sinar matahari sejauh ini merupakan sumber energi terbesar yang diterima Bumi. Radiasi matahari atau sinar matahari yang mencapai tanah terdiri dari hampir 50 persen cahaya tampak, 45 persen radiasi infra merah, dan sejumlah kecil ultraviolet dan bentuk radiasi elektromagnetik lainnya. Energi matahari hanyalah cahaya dan panas yang berasal dari matahari. Energi matahari adalah sumber energi terbarukan terbersih dan paling melimpah yang tersedia.
Bentuk energi matahari
Seperti ilustrasi di atas, panel surya bertugas mengumpulkan sinar matahari atau radiasi matahari dan mengubahnya menjadi energi listrik. Solar charge controller mengatur aliran arus dari panel surya ke baterai. Pengontrol memantau voltase baterai dan mengurangi arus saat baterai terisi penuh. Baterai menyimpan energi untuk digunakan nanti. Inverter mengubah arus searah (yang dihasilkan matahari) menjadi arus bolak-balik (yang digunakan dalam jaringan listrik). Meter mengukur jumlah energi yang digunakan oleh peralatan rumah tangga seperti lemari es, lampu, dan televisi.
Energi matahari dapat berupa salah satu bentuk berikut;
Radiasi matahari dapat diubah menjadi energi panas atau energi listrik .
Energi termal
Perangkat yang paling umum digunakan untuk menangkap energi matahari dan mengubahnya menjadi energi panas adalah kolektor pelat datar, yang digunakan untuk aplikasi pemanas matahari. Karena intensitas radiasi matahari di permukaan bumi rendah, kolektor ini harus luas. Misalnya, seorang kolektor harus memiliki luas permukaan sekitar 40 meter persegi (430 kaki persegi) untuk mengumpulkan energi yang cukup untuk satu orang.
Kolektor pelat datar yang paling banyak digunakan terdiri dari pelat logam yang dihitamkan, ditutupi dengan satu atau dua lembar kaca, yang dipanaskan oleh sinar matahari yang jatuh di atasnya. Panas sinar matahari kemudian dipindahkan ke udara atau air, yang disebut cairan pembawa, yang mengalir melewati bagian belakang pelat. Panas ini dapat digunakan secara langsung atau dapat dipindahkan ke media penyimpanan lain. Penyimpanan panas untuk digunakan pada malam hari atau hari berawan dilakukan dengan menggunakan tangki berinsulasi untuk menyimpan air yang dipanaskan selama periode cerah. Kolektor pelat datar biasanya memanaskan cairan pembawa hingga suhu berkisar antara 66 hingga 93 derajat Celcius. Efisiensi kolektor tersebut berkisar antara 20 hingga 80 persen, tergantung pada desain kolektor.
Metode lain konversi energi panas ditemukan di kolam surya, yang merupakan kumpulan air asin yang dirancang untuk mengumpulkan dan menyimpan energi matahari. Panas yang diekstraksi dari kolam ini memungkinkan produksi bahan kimia, makanan, tekstil, kolam renang, dan ternak. Kolam surya cukup mahal untuk dipasang dan dirawat dan umumnya terbatas pada daerah pedesaan yang hangat.
Pembangkit listrik
Radiasi matahari dapat diubah langsung menjadi listrik oleh sel surya. Dalam sel seperti itu, tegangan listrik kecil dihasilkan ketika cahaya mengenai sambungan antara logam dan semikonduktor (seperti silikon) atau sambungan antara dua semikonduktor. Daya yang dihasilkan oleh satu sel fotovoltaik adalah sekitar dua watt. Efisiensi energi sebagian besar sel fotovoltaik saat ini hanya sekitar 15 hingga 20 persen, dan karena intensitas radiasi matahari rendah, untuk memulainya, rakitan sel yang besar dan mahal diperlukan untuk menghasilkan daya dalam jumlah sedang.
Unit sel fotovoltaik yang lebih besar telah digunakan untuk menyediakan daya bagi pompa air dan sistem komunikasi di daerah terpencil dan satelit komunikasi.
Panel silikon kristal klasik dan teknologi baru yang menggunakan sel surya film tipis, termasuk fotovoltaik yang terintegrasi dengan bangunan, dapat dipasang oleh pemilik bisnis dan pemilik rumah di atap mereka untuk menggantikan suplai listrik konvensional.
Pembangkit listrik tenaga surya terkonsentrasi menggunakan pengumpul pemusatan, atau pemfokusan untuk memusatkan sinar matahari yang diterima dari area luas ke dalam penerima kecil yang menghitam, sehingga meningkatkan intensitas cahaya untuk menghasilkan suhu yang lebih tinggi. Susunan cermin atau lensa yang disejajarkan dengan hati-hati dapat memfokuskan sinar matahari yang cukup untuk memanaskan suhu target 2.000 derajat Celcius atau lebih. Panas ini kemudian dapat digunakan untuk mengoperasikan boiler, yang pada gilirannya menghasilkan uap untuk pembangkit listrik tenaga turbin uap. Untuk menghasilkan uap secara langsung, cermin yang dapat digerakkan dapat diatur sedemikian rupa untuk memusatkan sejumlah besar radiasi matahari pada pipa-pipa yang dihitamkan melalui mana air disirkulasikan dan dengan demikian dipanaskan.
Aplikasi lain
Energi matahari digunakan untuk menghasilkan garam dari air laut melalui penguapan. Unit desalinasi bertenaga surya mengubah air asin menjadi air minum dengan mengubah energi matahari menjadi panas, secara langsung atau tidak langsung, untuk mendorong proses desalinasi.
Teknologi surya juga telah muncul untuk produksi hidrogen yang bersih dan terbarukan sebagai sumber energi alternatif.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja sistem tenaga surya
1. Perubahan cuaca
Karena paparan panas dapat menurunkan produksi harian sel surya sebelum waktunya, suhu tinggi menyebabkan penurunan voltase dan penurunan daya secara keseluruhan. Sel surya bekerja lebih baik di iklim dingin daripada di iklim panas. Oleh karena itu, kenaikan suhu di atas 25 derajat Celcius menyebabkan kerusakan keluaran panel surya.
2. Bayangan
Ketika bayangan jatuh bahkan pada sebagian kecil panel surya, arus melalui seluruh rangkaian berkurang. Sel-sel yang diarsir mempengaruhi aliran arus dari seluruh sistem tenaga surya.
3. Orientasi atap
Sudut kemiringan panel surya harus diatur secara aktif sesuai dengan perubahan musim, lintang dan bujur, dan jam sinar matahari.
4. Kebersihan panel surya
Kebersihan permukaan panel surya berhubungan langsung dengan konversi daya fotolistrik. Badai pasir, lingkungan yang tercemar, dan curah hujan adalah beberapa faktor yang mungkin berperan dalam mengurangi efisiensi modul surya.
Kelebihan dan kekurangan energi matahari
Keuntungan dari energi matahari adalah;
Kerugian dari energi matahari meliputi;
Ringkasan
