TEKNOLOGI NON-PHOTO-VOLTAIC SOLAR THERMAL COLLECTOR SEBAGAI PEMANFAATAN ENERGI SURYA UNTUK PEMASAK DAN PENGERING HASIL PERTANIAN

Transkripsi

1 TEKNOLOGI NON-PHOTO-VOLTAIC SOLAR THERMAL COLLECTOR SEBAGAI PEMANFAATAN ENERGI SURYA UNTUK PEMASAK DAN PENGERING HASIL PERTANIAN DIAJUKAN UNTUK MENJAWAB SOAL OPEN ENDED DALAM MENGIKUTI SELEKSI PROVINSI OLIMPIADE SAINS NASIONAL PERTAMINA 2012 Disusun oleh : Muya Farizta Avisiena No. Peserta : JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2012

2 Kata Pengantar Bismillahi-rahmanirrahim. Alhamdulillah alhamhamdulillahirobbil alamin segala puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat, rahmat, dan hidayah-nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan makalah yang berjudul Teknologi Non-Photo-Voltaic Solar Thermal Collector Sebagai Pemanfaatan Energi Surya Untuk Pemasak dan Pengering Hasil Pertanian ini tanpa suatu hambatan yang berarti. Tanpa pertolongan- Nya mungkin penyusun tidak akan menyelesaikan makalah ini dengan baik. Makalah ini sengaja sengaja disusun untuk menjawab soal open ended dalam mengikuti seleksi provinsi Olimpiade Sains Nasional Pertamina Selain itu untuk memberi informasi kepada pembaca mengenai pemanfaatan energi surya untuk keperluan peralatan rumah tangga sehari-hari menggunakan teknologi Solar Thermal Collector. Ucapan terima kasih penyusun haturkan kepada bapak Drs.Supriyadi selaku dosen mata kuliah Optika Geometri yang telah membantu kami melalui penjelasan beliau mengenai teknologi non-photo-voltaic dan optika sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini. Penyusun sadar bahwa, Tiada gading yang tak retak, oleh karena itulah kami mohon maaf atas kekurangan dan kelebihan dalam penyusunan makalah ini. Semoga makalah ini dapat memberikan wawasan yang lebih luas kepada pembaca. Terima kasih. Yogyakarta, 06 Oktober 2012 Penyusun i

3 Daftar Isi Kata Pengantar...i Daftar Isi ii Bab I. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penyusunan...4 Bab II. Tinjauan Pustaka 2.1 Energi Matahari Dan Pemanfaatannya Perpindahan Panas Kolektor Surya (SolarThermal Collector) Pemanfaatan Teknologi Surya Termal...9 Bab III. Pembahasan 3.1 Kelebihan Solar Thermal Collector Aplikasi Solar Thermal Collector Model dan Mekanisme Kerja Alat Optimalisasi Penggunakan Solar Thermal Collector Simulasi Perhitungan.20 Bab IV. Penutup 4.1 Kesimpulan Saran..22 Daftar Pustaka...23 ii

4 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Minyak bumi adalah sumber energi yang tidak dapat diperbaharui, dimana jika terus menerus dipergunakan akan berkurang bahkan sumber energi ini dapat habis. Dengan semakin berkurangnya energi tak terbaharui ini maka banyak penelitian yang dilakukan untuk memanfaatkan dan mengoptimalkan penggunaan dari energi yang dapat diperbaharui. Energi terbaharui ini merupakan energi yang jika kita manfaatkan tidak akan pernah habis, salah satunya adalah energi matahari. Energi matahari merupakan salah satu sumber energi alternatif yang sangat mudah di peroleh di Indonesia bahkan dianggap gratis, karena Indonesia merupakan Negara yang terletak di daerah khatulistiwa. Pemanfaatan energi surya sudah lama di lakukan oleh masyarakat Indonesia baik untuk pengering pakaian, kayu, dan hasil pertanian. Namun pemanfaatan dari energi matahari ini tidak dilakukan secara optimal. Sebagian contoh adalah pengeringan gabah yang mana hanya diletakkan pada sebuah areal yang luas dan membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mengeringkannya. Oleh karena itu perlu dilakukan sebuah penelitian agar energi matahari yang ada ini dapat dimanfaatkan dengan semaksimal mungkin. Sinar matahari adalah salah satu gelombang elektromagnetik yang memancarkan energi, yang disebut dengan energi surya, ke permukaan bumi secara terus menerus. Energi ini mempunyai sifat antara lain tidak bersifat polutan, tidak dapat habis (terbarukan) dan juga gratis. Bumi menerima daya radiasi surya sekitar 108 PW (1PW=10 15 W), atau dalam 1 tahun total energi surya yang sampai di permukaan bumi sekitar EJ (1EJ=10 18 J). Hanya diperlukan 2 jam radiasi sinar surya untuk memenuhi kebutuhan energi dunia selama satu tahun sebesar 474 EJ (data tahun 2008). Tetapi, potensi energi yang sangat besar ini belum dimanfatkan secara optimal dan masih terbuang begitu saja. Suatu studi menyebutkan energi surya yang sudah dimanfaatkan sebesar 5 GW melalui sel surya dan 88 GW melalui pemanas air. Jumlah ini tidak ada artinya dibandingkan dengan radiasi yang diterima bumi. Sebagai negara yang terletak di daerah katulistiwa, yaitu pada 6 o LU 11 o LS dan 95 o BT 141 o BT, dan dengan memperhatikan peredaran matahari dalam setahun yang berada pada daerah 23,5 o LU dan 23,5 o LS akan mengakibatkan suhu di Indonesia cukup tinggi (antara 26º C - 35º C) dan bila saat cuaca cerah akan disinari matahari selama 6 7 jam dalam sehari. Bagian barat Indonesia mendapat rata-rata radiasi sebesar 4,5 KWh/m 2 /hari dengan varisi bulanan sekitar 10% dan bagian timur 5,1 kwh/m 2 /hari dengan varisi bulanan sekitar 9%. Sifat radiasi matahari yang diperoleh di daerah ini dapat dikatakan lebih kecil perubahannya terhadap rata-rata 1

5 tiap tahunnya. Dilain pihak, pancaran radiasi ini sifatnya periodik setiap hari dan setiap tahunnya secara terus menerus. Tabel 1. Intensitas Radiasi Matahari di Indonesia Ada dua cara memanfaatkan energi surya yang berlimpah ini, yaitu dengan sel surya dan surya termal. Teknologi dengan sel surya tergolong efisien dan bersih, tetapi memerlukan peralatan yang cukup mahal. Sementara, teknologi surya termal adalah mengumpulkan radiasi surya dalam bentuk panas. Cara ini umumnya tidak membutuhkan peralatan yang rumit dan relatif lebih mudah untuk dilakukan. Secara global pemanfaatan energi surya termal masih jauh lebih banyak dibanding sel surya. Fakta ini menunjukkan bahwa tersedia energi surya yang cukup besar dan dapat dimanfaatkan dalam bentuk energi termal. Salah satu kebutuhan energi sehari-hari dalam rumah tangga adalah untuk keperluan memasak. Untuk memanfaatkan energi matahari dalam keperluan memasak dapat digunakan kompor energi surya; dimana sebuah kolektor dengan bidang berbentuk parabolik digunakan untuk mengumpulkan sinar matahari ke satu titik fokus sehingga mengahasilkan panas yang besar. Bentuk dan kelengkungan kolektor parabolik ini sangat menentukan letak titik fokusnya yang nantinya berpengaruh pada kinerja dari kompor energi surya. Untuk mengetahui seberapa besar potensi pemanfaatan kompor energi surya untuk keperluan rumah tangga khususnya memasak ini, perlu dilakukan penelitian/ pengujian. Industri pengering, termasuk pengeringan produk pertanian adalah termasuk salah satu proses produksi yang banyak menggunakan energi. Studi di beberapa negara menunjukkan bahwa persentasi konsumsi energi nasional untuk pengeringan 2

6 relatif cukup besar. Menurut studi negara-negara seperti USA, Kanada, Perancis, Inggris mengkonsumsi sekitar 10-15% dari energi nasionalnya untuk pengeringan. Jerman dan Denmark bahkan lebih besar yaitu sekitar 20-25%. Meskipun belum ada studi yang melaporkannya, diperkirakan Indonesia dan negara-negara lainnya, menggunakan konsumsi energi nasionalnya untuk pengeringan pada kisaran 5-25%. Secara global, data tahun 2007 menyatakan 86,4% konsumsi energi dunia dipasok oleh sumber energi berbasis fosil seperti minyak bumi, gas alam, dan batubara. Pembakaran sumber energi berbasis fosil ini setara dengan pelepasan 21,3 Gigaton karbon dioksida ke alam, tetapi alam dengan bantuan hutan hanya mampu menyerap setengah dari jumlah ini. Oleh karena itu akan ada penambahan karbon dioksida sekitar 10,6 Gigaton pertahun. Jika tidak ada langkah konkrit, ini akan meningkat terus di tahun-tahun mendatang seiring dengan meningkatnya kebutuhan energi dunia. Gas inilah salah satu yang akan menyebabkan pemanasan global, dan jika lajunya tidak dikurangi akan membahayakan kelangsungan hidup bumi sebagai planet yang bisa dihuni umat manusia dan mahluk hidup lainnya. Fakta-fakta ini menunjukkan bahwa proses pengeringan termasuk salah satu penyumbang pelepasan karbon dioksida ke alam yang relatif besar. Untuk mengurangi pemakaian energi berbasis fosil yang akan menyebabkan pemanasan global, salah satunya adalah pemanfaatan energi sinar matahari. Pemanfaatan energi sinar matahari dapat digunakan pada mesin pengering. Pengolahan pasca panen hasil pertanian atau perkebunan mempunyai peranan penting dalam kehidupan masyarakat Indonesia, yang sekaligus juga merupakan sumber pemasukan devisa negara yang cukup besar. Dengan penerapan sistem energi sinar matahari pada teknologi ini, diharapkan akan mempercepat proses pengeringan hasil pertanian. Selain untuk mempercepat pengeringan, juga dapat menjaga mutu dan kualitas hasil pertanian tersebut. 1.2 Perumusan Masalah Adapun rumusan masalah yang sesuai untuk masalah ini adalah: 1. Apakah kelebihan dan kekurangan Solar Thermal Collector dibandingkan dengan yang berbasis photo-voltaic? 2. Alat-alat rumah tangga apa saja yang mungkin dapat didisain untuk dioperasikan dengan energi surya melalui Solar Thermal Collector? 3. Mengapa dan dalam situasi bagaimana alat pemasak dan pengering hasil-hasil pertanian dengan energi surya menjadi penting? 4. Bagaimana mekanisme kerja alat pemasak dan pengering hasil-hasil pertanian dengan energi surya melalui teknologi Solar Thermal Collector? 5. Bagaimana cara menyusun dan desain model dari alat pemasak dan pengering hasil-hasil pertanian menggunakan teknologi Solar Thermal Collector? 3

7 1.3 Tujuan Penyusunan Adapun tujuan penyusunan yang sesuai untuk masalah ini adalah: 1. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan teknologi Solar Thermal Collector dibandingkan dengan yang berbasis photo-voltaic. 2. Membuat alat-alat rumah tangga apa saja yang mungkin dapat didisain untuk dioperasikan dengan energi surya melalui Solar Thermal Collector. 3. Untuk mengetahui mengapa dan dalam situasi bagaimana alat pemasak dan pengering hasil-hasil pertanian dengan energi surya menjadi penting. 4. Menjelaskan mekanisme kerja alat pemasak dan pengering hasil-hasil pertanian dengan energi surya melalui Solar Thermal Collector. 5. Menjelaskan cara menyusun dan desain model dari alat pemasak dan pengering hasil-hasil pertanian menggunakan teknologi Solar Thermal Collector. 4

8 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Energi Matahari dan Pemanfaatannya Sebagai bintang yang paling dekat dari planet biru Bumi, yaitu hanya berjarak sekitar 150 juta km, sangatlah alami jika hanya pancaran energi matahari yang mempengaruhi dinamika atmosfer dan kehidupan di Bumi. Energi yang datang ke Bumi sebagian besar merupakan pancaran radiasi matahari. Energi ini kemudian ditransformasikan menjadi bermacam-macam bentuk energi, misalkan pemanasan permukaan Bumi, gerak dan pemanasan atmosfer, gelombang lautan, fotosintesa tanaman dan reaksi fotokimia lainnya. Penyebaran sinar matahari setiap tahun dibelahan bumi bervariasi. Indonesia ratarata menerima sinar matahari delapan jam perhari dan intensitas sinar matahari yang masuk ditentukan posisi matahari terhadap kolektor. 2.2 Perpindahan Panas Sebagai suatu gambaran mengenai tiga cara perpindahan panas dalam sebuah alat pemanas cairan surya, panas mengalir secara konduktif sepanjang pelat penyerap dan melalui dinding saluran. Kemudian panas dipindahkan ke fluida dalam saluran dengan cara konveksi, apabila sirkulasi dilakukan dengan sebuah pompa, maka disebut konveksi paksa. Pelat penyerap yang panas itu melepaskan panas ke plat penutup kaca ( umumnya menutupi kolektor) dengan cara konveksi alamiah dan dengan cara radiasi. Bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah, hingga tercapainya kesetimbangan termal. Proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme, yaitu : konduksi, konveksi dan radiasi. 2.3 Kolektor Surya (Solar Thermal Collector) Prinsip Solar Thermal Collector Kolektor surya merupakan piranti utama dalam sistem surya termal yang berfungsi mengumpulkan dan menyerap radiasi sinar matahari dan mengkonversinya menjadi energi panas. Ketika cahaya matahari menimpa absorber pada kolektor surya, sebagian cahaya akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan sebagian besarnya akan diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas tersebut dipindahkan kepada fluida yang bersirkulasi di dalam kolektor surya untuk kemudian dimanfaatkan pada berbagai aplikasi yang membutuhkan panas Tipe kolektor surya 5

9 Kinerja sistem surya termal sangat dipengaruhi oleh rancangan dan pemilihan jenis kolektor surya, desain sistem / aplikasi, serta pemilihan material. Kolektor surya dapat dibuat dalam berbagai bentuk dan ukuran tergantung pada aplikasi yang dibutuhkan. Saat ini terdapat berbagai jenis kolektor surya termal, antara lain: a. Kolektor surya pelat datar Kolektor surya pelat datar merupakan jenis kolektor yang saat ini sudah banyak dipasaran. Kolektor ini umumnya digunakan untuk memanaskan air atau udara dengan suhu operasi yang cukup rendah, yaitu dibawah 80 0 C. Ciri khas kolektor pelat datar adalah berupa kotak logam/ baja terisolasi yang memiliki pelat penyerap (absorber) berwarna hitam dan ditutupi oleh lapisan kaca/plastik transparan/tembus cahaya. Kolektor jenis ini bekerja seperi efek rumah kaca yang menjebak panas didalam pelat kaca transparan dan kemudian mentransfernya ke fluida cair atau udara. Keuntungan kolektor surya jenis ini adalah tidak membutuhkan biaya yang tinggi dan dapat menerima radiasi surya langsung maupun radiasi sebaran. Kolektor surya pelat datar pada umumnya terdiri dari komponen-komponen, seperti: 1. Lapisan penutup (cover) Berfungsi melewatkan sinar radiasi agar diterima oleh pelat penyerap dan mengurangi jumlah panas yang keluar dari kolektor. 2. Pelat penyerap (absorber) Berfungsi menyerap sinar matahari sebanyak mungkin dan merubahnya menjadi energi panas untuk ditransfer ke fluida pemanas (cairan atau udara). Biasanya bagian ini berwarna gelap dan material yang biasa digunakan adalah tembaga, aluminium dan baja tahan karat. Plat aluminium dipilih karena mempunyai konduktivitas termal yang cukup tinggi yaitu sebesar 211 W/m C, tahan terhadap korosi dan mudah didapatkan. 3. Penyekat / isolasi (insulation) Berfungsi untuk meminimalisir panas yang hilang dari absorber menuju lingkungan. Isolasi yang baik akan menyebabkan energi surya yang diserap akan semakin besar. Panas yang keluar dari kolektor surya bervariasi sesuai dengan tingkat isolasi. Dan arah kolektor idealnya menghadap ke Utara atau ke Selatan, tergantung pada periode waktu (arah matahari). Isolasi diletakkan pada bagian bawah dan samping kolektor, dimana bahan isolasi yang dipilih adalah glass wool, karena mempunyai konduktivitas thermal yang rendah yaitu 0,043 W/m C. 4. Frame / Casing Berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor. 6

10 Gambar 1. Kolektor Surya Pelat Datar b. Kolektor tabung hampa (vacuum tubecollector) Jenis ini dirancang untuk menghasilkan energi panas dengan temperatur yang lebih tinggi. Keistimewaannya terletak pada efisiensi transfer panasnya yang tinggi tetapi faktor kehilangan panasnya yang relatif rendah. Hal ini dikarenakan fluida yang terjebak diantara absorber dan cover-nya dikondisikan dalam keadaan vakum, sehingga mampu meminimalisasi kehilangan panas yang terjadi daripermukaan luar absorber menuju lingkungan. Gambar 2. Kolektor Surya Tabung Hampa c. Kolektor parabolaa / konsentrator Jenis ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas pada temperature tinggi di atas C. Kolektor surya jenis ini mampu memfokuskan energi radiasi cahaya matahari pada suatu receiver, sehingga dapat meningkatkan kuantitas energi panas yang diserap oleh absorber. Komponen konsentrator harus terbuat dari material dengan transmisivitas tinggi. 7

11 Gambar 3. Kolektor Surya Parabola/Konsentrator d. Kolektor Prismatik Kolektor surya tipe prismatik adalah kolektor surya yang dapat menerima energi radiasi dari segala posisi matahari. Kolektor jenis ini juga dapat digolongkan dalam kolektor plat datar dengan permukaan kolektor berbentuk prisma yang tersusun dari empat bidang yang berbentuk prisma, dua bidang berbentuk segitiga sama kaki dan dua bidang berbentuk segi empat siku siku sehingga dapat lebih optimal proses penyerapan. Tipe kolektor jenis Prismatik ini dapat dilihat seperti gambar berikut. Gambar 4. Kolektor Surya Prismatik Pemasangan kolektor surya Kolektor surya harus dipasang menghadap matahari. Pada pagi hari menghadap timur, siang menghadap utara / selatan, sore menghadap barat untuk yang halamannya luas. Bagi yang halamannya sempit arahkan ke utara bila berada disebelah selatan khatulistiwa dan arahkan ke selatan bagi yang bertempat tinggal di sebelah utara khatulistiwa. Pengaturan arah kolektor surya ini diperlukan untuk mendapatkan intensitas radiasi surya yang optimal. 8

12 2.4 Pemanfaatan Teknologi Surya Termal Aplikasi pemanfaatan teknologi surya termal / kolektor surya dibedakan atas : 1. Aplikasi skala rendah (temperatur kerja lebih kecil, maksimal 60 o C) Menggunakan teknologi sederhana untuk aplikasi pemanas air rumah tangga, pemanas kolam (solar pond), pengering hasil panen dengan menggunakan teknologi efek rumah kaca, dll. 2. Aplikasi skala menengah (temperatur kerja antara o C) Menggunakan teknologi madya untuk aplikasi sistem pemanas air bangunan komersial, memasak (kompor surya), pengering, penyuling air, sterilisator. 3. Aplikasi skala tinggi (temperatur kerja antara > 120 o C) Menggunakan teknologi tinggi (seperti kolektor tabung hampa/ vacuum tube collector, concentrator solar power/csp, heat pipe dll) untuk aplikasi pendinginan (AC/ kulkas) dan sistem pembangkit listrik skala besar. Pemanfaatan surya termal yang sesuai untuk daerah pedesaan adalah aplikasi skala kecil dan menengah, seperti memasak (kompor surya), pengeringan dan penyulingan air minum (desalinasi). Gambar 5. Aplikasi Surya Termal berdasarkan suhu 9

13 BAB 3 PEMBAHASAN 3.1 Kelebihan Solar Thermal Collector dibandingkan Teknlogi Photo-Voltaic Kelebihan dari Solar Thermal Collector jika dibandingkan teknologi Photo-Voltaic adalah sebagai berikut : 1. Alat dan bahan relatif mudah didapat, 2. Sumber energinya dapat diperoleh dengan gratis, 3. Biaya operasional sangat rendah karena bahan dan sumber energi dapat diperoleh dengan mudah dan gratis, 4. Tidak mengenal problem limbah karena memang tidak menghasilkan limbah berbahaya, 5. Proses produksinya tidak menyebabkan kenaikan temperatur bumi, 6. Tidak terpengaruh kenaikkan harga bahan bakar. 7. Dapat diproduksi sendiri tanpa menggunakan alat produksi yang canggih (home made) Jika dibandingkan dengan Solar Thermal Collector, teknologi Photo-Voltaic memiliki beberapa kelemahan antara lain sebagai berikut : 1. Bahan baku panel surya mahal dan relatif sulit untuk dibuat, 2. Biaya operasional dan perawatannya cukup mahal, 3. Memerlukan rangka atau struktur tersendiri, 4. Masih membutuhkan atap atau genteng pada bagian bawah panel surya, 5. Pemasangan sulit, membutuhkan waktu lama, 6. Berat sehingga menambah beban struktur, 7. Efisiensi energi listrik yang dihasilkan kurang, 8. Kurang menarik atau merusak keindahan bangunan, 3.2 Aplikasi Solar Thermal Collector Solar Thermal Collector memiliki banyak fungsi dan bisa diaplikasikan dalam berbagai peralatan rumah tangga. Beberapa peralatan yang dapat menggunakan teknologi Solar Thermal Collector adalah sebagai berikut : 1. Alat pemanas air 2. Pembangkit listrik termal 3. Alat pemanas ruangan 4. Alat masak (kompor) 5. Alat pengering hasil pertanian 6. Alat distilasi air, dll 10

14 3.3 Model dan Mekanismee Kerja Alat Pemasak dan Pengering Hasil Pertanian Menggunakan Solar Thermal Collector Solar Thermal Collector dapat disusun menjadi peralatan pemasak dan pengering hasil pertanian. Mekanisme kerja dan model Solar Thermal Collector untuk dibuat menjadi alat-alat tersebutt dijelaskan dalam pemaparan berikut ini Kompor surya Ketergantungan masyarakat pedesaan terhadap kebutuhan bahan bakar seperti minyak tanah, gas dan dan kayu bakar untuk memasak dapat diatasi dengan memanfaatkan kompor/oven surya. Kompor dan oven surya adalah salah satu bentuk kolektor surya yang digunakan sebagai perangkat memasak. Secara mum kompor surya dibedakan atas beberapa tipe, yaitu ; 1. Kompor surya tipe kotak / oven surya Kompor surya tipe ini berbentuk kotak kedap udara dengan interior berwarna gelap dan penutup bagian atas yang terbuat dari kaca/cermin untuk menjebak panas matahari didalam kotak. Prinsip kerjanya sama dengan kolektor surya pelat datar. Kompor tipe ini disebut juga oven surya karena bentuknya menyerupai oven. Gambar 6. Kompor Surya Tipe Kotak a. Cara Membuat Kompor berbentuk kotak dapat dibuat sendiri dengan menggunakan bahan seadanya atau dibuat oleh pabrik untuk dijual. Bentuknya berkisar dari kompor dari kardus kecil, cocok untuk memasak satu jenis masakan pada saat hari terang hingga kompor dari bahan kayu dan gelas yang dibangun di bagian rumah yang paling banyak kena sinar matahari. Isolasi panas pada bagian dalam kompor berbentuk kotak ini harus mampu menahan panas hingga 150 C tanpa meleleh atau menghasilkan gas. Remasan kertas, wol, sisa kain, rumput kering, potongan kardus, dan sebagainya dapat digunakan sebagai isolasi panas padaa dinding kompor. Bagian tutup yang transparann terbuat dari gelas, yang tahan lama tapi sulit penggunaannya atau kantong plastik oven tahan panas yang lebih mudah digunakan, ringan dan murah tapi tidak tahan 11

15 lama. Jika panci dan/atau bahan bagian dasar kompor berwarna hitam sulit didapatkan, bisa dengan menggunakan cat semprot hitam (yang tidak beracun ketika panas), cat tempera hitam (cat berbahan dasar telur), atau jelaga pada bagian-bagian yang sebaiknya berwarna gelap b. Cara Kerja Alat Pengoperasian oven surya sangat simpel dan mudah, tetapi waktu yang diperlukan untuk memasak nasi sekitar 3-5 jam. Meskipun suhu didalam oven surya tidak sepanas oven konvensional, hanya bisa mencapai 150 C tetapi masih dapat mematangkan makanan dalam waktu yang lebih lama. Makanan yang mengandung air tidak akan dapat mencapai panas lebih dari 100 C. Kompor juga dapat digunakan untuk menghangatkan makanan dan minuman serta untuk mempasturisasi air dan susu. Karena tidak dapat mencapai temperatur yang tinggi, makanan dapat dimasak sepanjang hari tanpa khawatir menjadi hangus. Namun demikian, memasak dengan kompor ini sebaiknya dilakukan sebelum tengah hari. Oven surya dengan luas permukaan 0.25 m 2 memiliki kapasitas sebesar 4 kg dan dapat memenuhi kebutuhan keluarga beranggota 5 orang. 2. Kompor Surya Tipe Parabola / Konsentrator Prinsip kerja kompor parabola ini mirip sama dengan kolektor parabola/konsentrator. Kompor parabola terdiri atas sekumpulan cermin pemantul yang disusun berbentuk parabola dan dilengkapi dengan tempat panci di titik fokus parabola yang berfungsi sebagai receiver. Cermin parabola akan memfokuskan sinar radiasi surya ke arah panci untuk memasak makanan yang ada didalam panci. Kompor jenis ini biasanya digunakan untuk memasak dalam skala besar. Gambar 7. Kompor Surya Tipe Parabola 3. Kompor Surya Tipe Panel Kompor panel merupakan kombinasi antara kompor parabola dengan oven surya. Kompor jenis ini yang paling banyak digunakan karena memiliki berbagai keunggulan, diantaranya adalah temperature yang dihasilkan tidak sepanas kompor parabola sehingga relatif aman, bentuknya yang flat juga aman bagi mata, 12

16 mudah diproduksi dengan teknologi sederhana dan biaya yang murah, serta mudah dibawa dan disimpan. Gambar 8. Kompor Surya Tipe Panel 4. Sistem Kompor Surya Indoor Memasak menggunakan energi surya juga dapat dilakukan di dalam ruangan, yaitu membuat sistem kompor surya dengan menggunakan kolektor surya parabola atau tabung hampa. Prinsip kerja sistem kompor surya indoor ini adalah mengalirkan/ mengarahkan panas yang dihasilkan oleh kolektor surya ke dalam ruang memasak/dapur. Gambar 9. Kompor Surya Indoor Menggunakan Kolektor Surya Tabung Hampa Pengering Tenaga Surya Energi surya dapat dimanfaatkan untuk mengeringkan produk hasil pertanian, perikanan dan sebagainya. Secara umum sebuah pengering surya terdiri atas kolektor surya yang berfungsi menyerap sinar matahari dan ruang pengering yang merupakan tempat untuk produk yang akan dikeringkan. Klasifikasi pengering surya secara umum adalah : 1. Pengering Surya Pasif dan Aktif Tipe Langsung Pada pengering tipe langsung ini, panas dihasilkan karena adanya penyerapan energi matahari oleh bagian dalam ruang pengering. Selain memanaskan udara, radiasi matahari juga memanaskan produk yang dikeringkan. Sirkulasi udara pada pengering surya pasif tipe langsung mengalir secara konveksi bebas, sedangkan pada pengering surya aktif tipe langsung udara mengalir karena adanya fan atau blower (konveksi paksa). 13

17 Gambar 10. Pemanas Surya Langsung Pasif (kiri) dan aktif (kanan) 2. Pengering Surya Pasif dan Aktif Tipe Tidak Langsung Sistem pengering tipe ini terdiri dari kolektor dan ruang pengering yang terpisah. Udara dari luar masuk diantara kaca dan absorber. Udara menjadi panas karena terjadi perpindahan panas antara absorber ke udara. Udara panas ini kemudian dialirkan ke dalam ruang pengering tempat produk berada dan dikeluarkan melalui cerobong. Udara panas yang dihasilkan di kolektor dapat dialirkan dengan dua cara yaitu konveksi bebas (pasif) dan konveksi paksa (aktif) dengan menggunakann blower. Gambar 11. Pengering Surya Tipe Langsung 3. Pengering Surya Pasif dan Aktif Tipe Gabungan Sistem pengering tipe ini merupakan kombinasi dari tipe langsung dan tidak langsung. Prinsip kerjanya hampir sama, radiasi matahari selain digunakan untuk memanaskan udara yang berada di kolektor juga digunakan untuk memanaskan produk yang berada di ruang pengering. 14

18 Gambar 10. Tipe-tipe Pengering Surya Pembuatan Mesin Pengering Surya Sederhana : Dalam perencanaan dan pembuatan alat pengering surya ini konsep perencanaan yang dipakai adalah konvensional, artinya pengering surya ini dibuat didasarkan pada ketersediaan bahan yang ada di pasar dan tidak memerlukan peralatan khusus pada pembuatan pengering ini. a. Perencanaan Reflektor Pembuatan reflektor terdapat beberapa komponen yaitu : 1. Pembentukan cermin Pada tahap ini kita bentuk kaca cermin dengan 2 ukuran yaitu segi empat dengan ukuran 40 x 40 Cm dan segetiga dengan ukuran sisi-sisinya 37 x 37 x 24 cm keduanya masing-masing berjumlah 4 buah Gambar 11. Ukuran Kata Cermin 2. Pembentukan Kerangka Reflektor Buat rangka reflektor dari bahan triplek plat aluminium dan besi batangan. Triplek kita potong dengan sesuai ukutan kaca dan jumlah yang sama dengan potongan cermin, sedangkan plat alumunium kita bentuk sesuai dengan ukuran dengan ketebalan 0,2 mm. Gambar 12. Ukuran Kerangka Reflektor 15

19 Kemudian bentuk pula batangan besi dengan tebal 2 mm potong dengan panjang 39 cm dan buat sudut 60 0 terhadap horizontal seperti Gambar 13 berikut: Gambar 13. Batang Besi Penyangga Kemudian bentuk lagi kerangka bawah sekaligus tempat peletakan kaca transparan dengan ukuran 40 x 40 cm Gambar 14. Kerangka Bawah Reflektor Pada kaca transparan ini dibuat 8 buah lubang dengan diameter masing masing 2,5cm. 3. Pembentukan Reflektor Pada proses ini bagian-bagian berupa cermin, triplek, almunium dan batang besi disusun seperti gambar di bawah ini Gambar 15. Reflektor Pengering Surya b. Perencanaan Kolektor Bagian kolektor yang dirancang oleh penulis terpisah dengan reflektor. Untuk perencanaan kolektor dibagi beberapa komponen antara lain : 1. Perencanaan pelat absorber Pembuatan pelat absorber dibuat dengan menggunakan bahan dari alumunium yang berukuran 40 x 40 cm dan tinggi 20 cm dan dirakit menggunakan paku keling kemudian di cat hitam buram (dop) seperti gambar 16

20 Gambar 16. Pelat Absorber 2. Pembuatan rangka kolektor Rangka kolektor menggunakan bahan triplek dengan tebal 12 mm dengan ukuran-ukuran seperti di bawah ini masing-masing dua buah Gambar 17. Ukuran Kerangka Kolektor Kemudian untuk tutup kolektor berbahan almunium dengan ukaran 100 x 50 cm. Kemudian susun semua bagian dan didapat hasil seperti gambar di bawah ini. Gambar 18. Bagian Tempat Pengeringan 3. Pembuatan Isolator Isolator kolektor terdapat pada bagian bawah dan ke empat sisi. Isolator menggunakan glasswoll yang di isi padat pada rongga kolektor. Gambar 19. Letak Glasswool 17

21 c. Perencanaan kerangka penyangga Kerangka dibuat dari besi kotak dengan dimensi 4 x 2 cm dan tebal 2 mm kemudian rakit batangan besi dan di beri 2 buah baut 14 Gambar 20. Kerangka Penyangga Kolektor d. Perencanaan rak pengering Rak pengering dibuat dari aluminium sebagai kerangka dengan tebal aluminium 0,2 cm. Dimensi rak pengering 38 cm x 38 cm. dan kawat nyamuk sebagai landasan untuk bahan komoditi. Kawat nyamuk di pasang pada rangka aluminium dengan menggunakan paku keling. Gambar 21. Gambar Rak Pengering Untuk mengoptimalkan kapasitas dari bahan yang akan dikeringkan maka dibuat 3 tingkat seperti gambar dibawah Gambar 22. Rak Pengering Tiga Tingkat 18

22 Hasil akhir dari alat pengering setelah dirakit adalah sebagai berikut : Gambar 22. Pengering Surya 3.4 Optimalisasi Penggunaan Solar Thermal Collector Energi dari matahari tiba dibumi dalam bentuk radiasi elektromagnetik yang mirip dengan gelombang radio tetapi mempunyai kisaran frekuensi yang berbeda. Energi dari matahari tersebut dikenal di Indonesia sebagai energi surya. Energi surya diukur dengan kepadatan daya pada suatu permukaan daerah penerima dan dikatakan sebagai radiasi surya. Rata-rata nilai dari radiasi surya diluar atmosfir bumi adalah 1353 W/m, dinyatakan sebagai konstanta surya. Total energi yang sampai pada permukaan horisontal dibumi adalah konstanta surya dikurangi radiasi akibat penyerapan dan pemantulan atmosfer sebelum mencapai bumi dan nilai tersebut disebut sebagai radiasi surya global. Radiasi surya global terdiri dari radiasi yang langsung memancar dari matahari (direct radiation) dan radiasi sebaran yang dipencarkan oleh molekul gas, debu dan uap air di atmosfer (diffuse radiation). Insolasi surya adalah intensitas radiasi surya rata-rata yang diterima selama satu jam, dinyatakan dengan lambang I dan satuan W/ m 2. Nilai insolasi surya dipengaruhi oleh waktu siklus perputaran bumi, kondisi cuaca meliputi kualitas dan kuantitas awan, pergantian musim dan posisi garis lintang. Intensitas radiasi surya pada kondisi cerah (clear day) akan bertambah dari pagi, sejak terbit sampai siang hingga tercapainya kondisi puncak dan turun sampai matahari terbenam pada sore hari. Lamanya matahari bersinar cerah dalam satu hari dinyatakan sebagai jam surya. Untuk Indonesia, jumlah jam surya adalah sekitar 4-5 jam per hari. Jumlah intensitas radiasi / insolasi surya yang diterima dalam satu hari dinyatakan dengan satuan kilowatt-hours/m2 (kwh/m2). Produksi energi surya pada suatu area dapat dihitung sebagai berikut : Energi surya yang dihasilkan (Watt)=Insolasi surya (W/m 2 ) x luas area (m 2 ) Sehingga untuk optimalisasi dan dalam situasi bagaimana alat pemasak dan pengering hasil-hasil pertanian dengan energi surya menjadi penting adalah ketika sinar matahari mencapai Insolasi maksimal, yaitu ketika musim kemarau di Indonesia tiba. Penggunaan Solar Thermal Collector menjadi sangat penting tatkala sinar matahari mencapai 19

23 intensitas maksimalnya untuk dimanfaatkan. Selain itu ketika matahari sedang mencapai intensitas radiasi maksimalnya, kita dapat menghemat penggunan bahan bakar fosil yang notabene telah mencapai titik krisis dengan memanfaatkan energi matahari melalui alat Solar Thermal Collector. 3.5 Simulasi Perhitungan Perpindahan Kalor melalui Konduksi Laju perpindahan panas konduksi dapat dinyatakan dengan Hukum Fourrier sebagai berikut : Dengan : = = laju perpindahan panas (W) = Konduktivitas termal (W/(m.K)) = luas penampang yang terletak pada aliran panas (m 2 ) = gradient temperature dalam aliran panas (k/m) Tanda minus ( - ) digunakan untuk menunjukkan bahwa arah perpindahan kalor bergerak dari daerah yang bertemperatur tinggi menuju daerah bertemperatur rendah Perpindahan Kalor melalui Konveksi Pada umumnya laju perpindahan panas melalui konveksi dapat dinyatakan dengan hukum persamaan pendinginan Newton sbb. = h ( ) Dengan : = laju perpindahan panas (W) h = koefisien konveksi (W/(m.K)) = luas permukaan kolektor (m 2 ) = temperatur dinding (K) = temperatur fluida (K) Radiasi Radiasi surya adalah radiasi gelombang pendek yang diserap oleh plat penyerap sebuah kolektor surya dan diubah menjadi panas. Oleh karena itu plat penyerap harus memiliki harga a yang setinggi tingginya dalam batas yang masih praktis. Salah satu diantaranya adalah khrom hitam (Black chrome) yang mempunyai harga a = 0.90 dan e = Penukaran panas netto secara radiasi termal antara dua badan ideal (Hitam) adalah : 20

24 =.. Dengan : = konstanta Stefan Boltzman (5, W/m 2.K 4 ) = luas bidang (m 2 ) = temperatur mutlak benda (K) Efisiensi Kolektor Ukuran tingkat performance kolektor disebut juga efisiensi kolektor. Efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara energi panas yang digunakan untuk menaikkan temperatur udara terhadap energi radiasi yang diterima oleh kolektor dalam waktu tertentu. Energi panas yang digunakan untuk menaikkan temperatur dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut: = Dimana : = energi panas untuk menaikkan temperatur (J) = laju aliran massa yang masuk ke kolektor (kg/s) = panas jenis udara (J/(kg.K)) = selisih antara udara yang masuk ke kolektor dengan temperature udara keluar kolektor (K) Energi radiasi yang diterima kolektor dihitung dengan persamaan : = Dimana : = energi radiasi (J) = intensitas radiasi matahari (J/m 2 ) = luas permukaan kolektor (m 2 ) Sehingga efisiensi kalor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : = 100% 21

25 BAB 4 PENUTUP 4.1 Kesimpulan Dari uraian malakah yang sudah disampaikan di atas, ada beberapa kesimpulan yang dapat kita ambil, yaitu: 1. Teknologi Solar Thermal Collector memiliki kelebihan dibandingkan dengan teknologi photo-voltaic dari berbagai segi, baik dari efisiensi alat maupun efektivitas dalam pengelolaan energi surya. 2. Solar Thermal Collector memiliki banyak fungsi dan bisa diaplikasikan dalam berbagai peralatan rumah tangga. Beberapa peralatan yang dapat menggunakan teknologi Solar Thermal Collector adalah sebagai berikut : alat pemanas air, pembangkit listrik termal, alat pemanas ruangan, alat masak (kompor), alat pengering hasil pertanian, alat distilasi air, dll. 3. Penggunaan Solar Thermal Collector sebagai pemasak dan pengering hasil pertanian menjadi sangat penting tatkala sinar matahari mencapai intensitas maksimalnya untuk dimanfaatkan. Selain itu selagi matahari sedang mencapai intensitas radiasi maksimalnya, kita dapat menghemat penggunan bahan bakar fosil yang notabene telah mencapai titik krisis dengan memanfaatkan energi matahari melalui alat Solar Thermal Collector. 4.2 Saran 1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk memperbaiki konstruksi kolektor secara keseluruhan agar didapatkan effisiensi yang lebih tinggi dan dapat beroperasi pada intensitas radiasi termal matahari yang relatif lebih rendah. 2. Jika produk ini bertarget pasar untuk kalangan menengah kebawah maka mereka gunakan sebagai sumber alternatif yang tak akan habis dan jika produk ini digunakan untuk masyarakat menengah ke atas maka bagi mereka sebagai alat untuk menghemat sumber daya alam di Indonesia. 3. Pemerintah jangan pernah berhenti untuk memajukan dan memperjuangkan karya anak-anak bangsa Indonesia di bidang inovasi teknologi agar menjadi teknologi bermanfaat secara global yang diterapkan baik di dalam maupun luar negeri 22

26 DAFTAR PUSTAKA I Gst. Ketut Sukadana,dkk.2010.Analisa Performa Kolektor Surya Datar Bersirip dengan Aliran di Atas Pelat Penyerap.Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana Irnanda Priyadi Rancang Bangun Kolektor Surya Menggunakan Absorber Kuningan Sebagai Teknologi Alternatif Sumber Energi Thermal.Prosiding SEMNAS Sains dan Teknologi II Universitas Lampung. Kamaruddin Abdullah.1996.Penerapan Energi Surya Dalam Proses Thermal Pengolahan Hasil Pertanian.Bogor:Fakultas Teknologi Pangan IPB. Kamaruddin Abdullah.2012.Renewable Energy Applications in Sample ESSV/E 3i Villages.Yogyakarta:Kuliah Umum Pascasarjana Magister Teknik Sistem UGM Mulyanef dan Gusliyadi.2008.Kaji Eksperimental Kompor Tenaga Surya Tipe Box Menggunakan Konsentrator Cermin Datar Pada Empat Sisi Kolektor.Prosiding SEMNAS Sains dan Teknologi II Universitas Lampung Rislima Sitompul.2011.Manual Pelatihan Teknologi Energi Terbarukan Yang Tepat Untuk Aplikasi di Masyarakat Perdesaan. Jakarta : PNPM Mandiri Yazmendra Rosa..Rancang Bangun Kolektor Pelat Datar Energi Surya Untuk Sistem Pengeringan Pasca Panen.Padang:Politeknik Negeri Padang 23