Halo sobat coolyeah.. gimana kabarnya? Senang bisa
menyapa kalian semua. 😃
Mungkin yang pertama saya akan perkenalan dulu nih..
Jadi nama saya adalah Lody Faldifia, biasa dipanggil Lody. Saya sekarang sedang
kuliah semester 5 di jurusan Teknik Mesin.
Segitu aja perkenalannya ya.. kalo mau tau lebih
jauh jangan lupa di follow blog ini dan biar wawasan kita bisa bertambah
stalkingin terus update-an tugas coolyeah berikutnya. Hehehe
Yaudah kalo gitu ga usah panjang lebar lagi kita
langsung masuk ke pembahasan materinya.. check it out!!!
ENERGI SURYA
Energi surya adalah energi
yang berupa sinar dan panas dari matahari.
Sejarah peradaban manusia mencatat tenaga surya sangat berpengaruh terhadap
segala aspek kehidupan manusia dan lingkungan sejak kehidupan di dunia ini.
Ribuan tahun yang silam radiasi surya dapat
menghasilkan bahan bakar fosil yang kita kenal sekarang sebagai minyak bumi dan
sanga bermanfaat bagi manusia, juga bagi irigasi dan sumber tenaga listrik.
Radiasi juga sangat berpengaruh terhadap proses fotosintesis yang merupakan
dasar dari proses pertumbuhan segala jenis tumbuhan yang ada di dunia ini.
Matahari dapat pula menimbulkan energi gelombang
lautan, energi petir dan energi angin.
Terjadinya Matahari
Seperti adonan piza yang dilempar dan berputar di udara, nebula ini
memipih seperti cakram.
 |
| Matahari dilihat dengan menggunakan sinar-X. (NASA/JPL-Caltech) |
Seperti semua bintang, Matahari terbentuk dari awan
gas dan debu yang mengerut. Partikel gas di tepi luar awan itu, atau nebula,
mulai jatuh ke pusat, dan gravitasi partikel-partikel ini bersama-sama menarik
atom lebih banyak lagi. Selama 10 juta tahun, awan gas itu bertambah mampat dan
panas. Kemudian suatu perubahan penting terjadi pada intinya. Karena tarikan
gravitasi, tekanan yang makin besar memaksa inti-inti atom berpadu dalam proses
fusi nuklir, dan mengeluarkan energi sangat besar. Begitu api intinya menyala,
Matahari telah menjadi bintang.
Beberapa proses:
1. Awan Gas yang Mengerut
Kira-kira lima miliar tahun silam, debu dan gas
(nebula) bercahaya mulai menggumpal dan mengerut. Seperti adonan piza
yang dilempar dan berputar di udara, nebula ini memipih seperti cakram.
2. Tarikan Gravitasi
Selagi nebula terus berputar, gravitasi menarik materi
ke pusat. Atom gas yang tertarik jatuh ke tengah menuju inti semakin banyak,
sehingga kemampatan dan suhu terus meningkat. Akibatnya, inti dalam yang panas
mulai memijar.
3. Hampir Menjadi Bintang
Dengan mengerut lebih jauh lagi, inti yang cerah itu
mengecil sampai kira-kira 50 kali ukuran Matahari sekarang. Atom-atom terus
jatuh ke dalam inti, dan di situ gravitasi yang sangat kuat memampatkannya
menjadi sangat padat.
4. Sebuah Bintang Lahir
Setelah mengecil terus selama 10 juta tahun, Matahari
muda menjadi mantap pada ukuran sedikit di atas ukurannya sekarang. Suhu
intinya telah mencapai 10 juta° Kelvin dan reaksi inti pun mulai.
5. Matahari sekarang
Pada umurnya sekarang 4,6 miliar tahun, Matahari telah
membakar kira-kira setengah hidrogen dalam intinya. Pembakaran ini akan terus
berlangsung lima miliar tahun lagi.
Radiasi Matahari
Radiasi Matahari adalah pancaran energi yang
berasal dari proses thermonuklir yang terjadi di Matahari. Energi radiasi
Matahari berbentuk sinar dan gelombang elektromagnetik.
Spektrum radiasi Matahari
sendiri terdiri dari dua, yaitu:
- Sinar bergelombang pendek. Sinar yang termasuk gelombang pendek adalah sinar x, sinar gamma, sinar ultra violet
- Sinar bergelombang panjang Sinar yang termasuk gelombang panjang adalah sinar infra merah
Jumlah total radiasi
yang diterima di permukaan bumi tergantung 4 (empat) faktor.
- Jarak Matahari. Setiap perubahan jarak bumi dan Matahari menimbulkan variasi terhadap penerimaan energi Matahari
- Intensitas radiasi Matahari, yaitu besar kecilnya sudut datang sinar Matahari pada permukaan bumi. Jumlah yang diterima berbanding lurus dengan sudut besarnya sudut datang. Sinar dengan sudut datang yang miring kurang memberikan energi pada permukaan bumi disebabkan karena energinya tersebar pada permukaan yang luas dan juga karena sinar tersebut harus menempuh lapisan atmosphir yang lebih jauh ketimbang jika sinar dengan sudut datang yang tegak lurus.
- Panjang hari (sun duration), yaitu jarak dan lamanya antara Matahari terbit dan Matahari terbenam.
- Pengaruh atmosfer. Sinar yang melalui atmosfer sebagian akan diadsorbsi oleh gas-gas, debu dan uap air, dipantulkan kembali, dipancarkan dan sisanya diteruskan ke permukaan bumi.
Radiasi
Energi Surya
Radiasi matahari
adalah energi yang kita dapatkan dari matahari. Hal ini juga dikenal sebagai
radiasi gelombang pendek. Radiasi matahari datang dalam berbagai bentuk yang
cahayanya dapat terlihat seperti, gelombang radio, panas (inframerah), sinar-x,
dan sinar ultraviolet.
Pengukuran untuk radiasi matahari akan lebih
tinggi pada hari yang cerah dan biasanya rendah saat hari berawan. Saat
matahari sedang terbenam, atau ada awan tebal menghalangi matahari, radiasi
matahari diukur pada nol.
Jumlah energi yang dikeluarkan oleh matahari dalam
jumlah konstan. Radiasi matahari yang masuk dikenal sebagai insolasi. Jumlah
energi matahari yang mencapai bumi adalah 70 persen. Permukaan bumi menyerap 51
persen dari insolasi. Uap dan debu air sebesar 16 persen dari energi yang
diserap. 3 persen lainnya diserap oleh awan. Dari 30 persen yang dipantulkan
kembali ke angkasa, 6 persen tercermin melalui udara dan debu.
Awan mencerminkan 20 persen, dan 4 persen sisanya
dipantulkan oleh permukaan. Energi yang diserap dapat kembali di pancarkan.
Dari energi yang kembali di pancarakan, 70 persen yang hilang ke luar angkasa.
Permukaan menyerap sekitar 21 persen energi, dan 49 persen sisanya hilang di
atmosfer. Sisanya 30 persen ditransfer oleh permukaan ke atmosfer.
Musim di Bumi tidak disebabkan oleh seberapa dekat
Bumi ke Matahari Bumi. paling dekat dengan Matahari sekitar tanggal 1 Januari
dan terjauh pada atau sekitar 1 Juli setiap tahun. Itu sebabnya yang membuat
jumlah radiasi matahari berpengaruh musim di bumi.
Teknologi Surya untuk Pembangkit Tenaga Listrik
● Latar Belakang
Sejarah
Edmund Becquerel pada tahun 1839 pernah menulis bahwa
suatu tenaga listrik dapat dihasilkan bila suatu berkas cahaya diarahkan pada
elektrode-elektrode suatu larutan elektrolit. WGA dan RE. Day pada tahun 1877
melanjutkan penelitian yang telah dirintis oleh bacquerel tentang pengaruh
cahaya yang menghasilkan tegangan listrik melalui benda padat yang dikenal
dengan sebutan selenium. Schottky, Lange, dan Grondahl menyusul membuat
percobaan serta mengembangkan sel-sel fotovoltaik (photovoltaic) melalui bahan selenium dan oksida curprous, dan berhasil menciptakan suatu alat pengukur
fotoelektrik. Pada tahun 1954 sekelompok ahli mengadakan penelitian lanjutan
dan mencoba memecahkan problem dari pengaruh fotovoltaik sebagai satu-satunya
alternatif yang paling dimungkinkan untuk menyuplai tenaga listrik secara
langsung melalui radiasi surya.
● Metode Pelaksanaan
Pembangkit listrik energi surya dalam pelaksanaannya
dibagi atas 4 metode, antara lain:
1.
Dengan sistem
fotovoltaik (photovoltaic),
2.
Dengan sistem
konversi fotoelektrokemikal,
3.
Dengan sistem
penerima termal surya terdistribusi, dan
4.
Denga sistem
penerima termal surya secara sentral.
● Sel Surya (Solar Cell)
Sel surya adalah suatu perangkat yang mampu mengubah
energi cahaya matahari menjadi energi listrik dengan mengikuti prinsip
fotovoltaik, yaitu adanya energi foton pada panjang gelombang tertentu akan
mengeksitasi sebagian elektron pada suatu material ke pita energi yang lebih
luar. Sedangkan menurut wikipedia sel surya adalah sebuah alat semikonduktor
yang terdiri dari sebuah wilayah-besar diode p-n junction, di mana, dalam
hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Efek
ini timbul terutama pada semikonduktor listrik (penghantar yang memiliki
konduktivitas 104 > s > 10-8 W-1cm-1) karena elaktron dalam material terpisah dalam pita-pita energi
tertentu yang disebut pita konduksi dan pita valensi.
Semikonduktor listrik didefinisikan sebagai suatu
material yang memiliki elektron minimal pada dua pita energi yang terpisah oleh
suatu pitra tanpa keberadaan elektron. Kedua pita tersebut adalah pita valensi,
yang pada semikonduktor terisi hampir penuh, dan pita konduksi, yang pada
semikonduktor hampir kosong, sedangkan keadaan tanpa elektron disebut celah
pita. Pada suhu yang semakin tinggi, konduktivitas pada semikonduktor akan
meningkat. Hal ini dapat dijelaskan bahwa elektron pada pita valensinya dapat
melompat ke pita konduksi bila mendapat energi yang sama atau lebih dari enargi
pada celah pita material tersebut.
Matahari
memancarkan energi fusi inti sebagai gelombang elektromagnet pada berbagi
spektra. Spektra UV ditahan oleh lapisan atmosfer bumi, dan spektra cahaya
tampak dan infra red diteruskan ke permukaan bumi. Gelombang elektromagnetik
tersebut ditangkap material semikonduktor pada sel surya, maka dapat dihasilkan
energi listrik yang diubah langsung dari energi cahaya matahari. Sel Surya ini
juga merupakan energi alternatif yang tidak menimbulkan polusi udara CO2 maupun
radioaktif (nuclear power).
Prinsip dasar sel surya merupakan kebalikan dari LED
(Light Emmiting Diode) yang mengubah energi listrik menjadi cahaya atau boleh
dikatakan identik dengan sebuah dioda cahaya (photodioda) sambung p-n (p-n
junction) dengan cahaya energi (band gap) E. Foton yang jatuh pada sel surya
menghasilkan elektron yang bermuatan positif dan hole yang bermuatan negatif.
Elektron dan hole mengalir membentuk arus listrik. Ketika energi foton yang
datang lebih besar dari celah energi ini maka foton akan diserap oleh
semikonduktor untuk membentuk pasangan electron-hole sebagai pembawa muatan
(carrier). Selanjutnya elektron dan hole bergerak berturut-berturut kearah
lapisan n dan p sehingga timbul beda potensial dan photocurrent (arus yang
dihasilkan cahaya) ketika kedua muatan melintasi daerah celah p-n.
Pemanfaatan sel
surya selama ini adalah digumakan sebagai pembangkit listrik tenaga surya. Dari
pemanfaatannya sebagai PLTS ini dapat diaplikasikan pada satelit, bangunan
besar, pabrik industri, perumahan sebagai solar home system, daya system
penerangan kapal dikapal tanker MT.GEBANG dan lain sebagainya. Sel surya juga
dapat dimanfaatkan sebagai cara untuk mengatasi adanya krisis energy terutama
menipisnya ketersediaan minyak bumi dunia, dan pemanas air.
● Cara kerja Sel Surya
Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari
menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya
berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis
semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p.
Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor
yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n
= negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole,
sehingga disebut dengan p ( p = positif) karena kelebihan muatan
positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke dalam semkonduktor, maka
kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana diilustrasikan
pada gambar di bawah ini.
Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini
dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan
daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami
(disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki
jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar
listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor.
Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah
silikon (Si). Semikonduktor jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan
unsur boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga) atau Indium (In) ke dalam Si.
Unsur-unsur tambahan ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor
jenis n dibuat dengan menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen
(As) ke dalam Si. Dari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si
intrinsik sendiri tidak mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur
tambahan ini disebut dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1 %
dibandingkan dengan berat Si yang hendak di-doping.
Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika
disatukan akan membentuk sambungan p-n atau dioda p-n (istilah
lain menyebutnya dengan sambungan metalurgi / metallurgical junction)
yang dapat digambarkan sebagai berikut.
- Semikonduktor jenis p
dan n sebelum disambung.
- Sesaat setelah dua jenis
semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan elektron-elektron dari
semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan perpindahan hole
dari semikonduktor p menuju semikonduktor n. Perpindahan
elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari batas
sambungan awal.
- Elektron dari semikonduktor n
bersatu dengan hole pada semikonduktor p yang mengakibatkan jumlah
hole pada semikonduktor p akan berkurang. Daerah ini akhirnya
berubah menjadi lebih bermuatan positif..
Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.
- Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region) ditandai dengan huruf W.
- Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.
- Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan
negatif di daerah deplesi, maka timbul dengan sendirinya medan listrik
internal E dari sisi positif ke sisi negatif, yang mencoba menarik
kembali hole ke semikonduktor p dan elektron ke semikonduktor n.
Medan listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun
elektron pada awal terjadinya daerah deplesi (nomor 1 di atas).
- Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn berada pada titik setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah semikonduktor p akibat medan listrik E. Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari smikonduktor n ke p, dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E mencegah seluruh elektron dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke semiikonduktor yang lain.
Pada sambungan p-n inilah proses konversi
cahaya matahari menjadi listrik terjadi. Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n
berada pada lapisan atas sambungan p yang menghadap kearah datangnya
cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p,
sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya dapat terus terserap
dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p.
Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya
matahari, maka elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan
dirinya dari semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor.
Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh
elektron yang disebut dengan fotogenerasi elektron-hole (electron-hole
photogeneration) yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat
cahaya matahari.
Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan
dengan simbol “lambda” sbgn di gambar atas ) yang berbeda, membuat fotogenerasi
pada sambungan pn berada pada bagian sambungan pn yang berbeda
pula.
Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki
panjang gelombang lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap
di semikonduktor p yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di
sana. Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya
terserap di daerah semikonduktor n.
Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn
terdapat medan listrik E, elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah
semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah
semikonduktor p.
Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian
semikonduktor, maka elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu
kecil dihubungkan ke kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus
listrik, dimana arus listrik ini timbul akibat pergerakan elektron.
Pada umumnya, untuk memperkenalkan cara kerja sel
surya secara umum, ilustrasi di bawah ini menjelaskan segalanya tentang proses
konversi cahaya matahari menjadi energi listrik.
Demikian penjelasan materi tentang teknologi surya untuk pembangkit tenaga listrik. Semoga dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Kurang lebihnya saya mohon maaf ya.. see yaa! 😃
stay cool yeah!!!
SUMBER :
ilmualam.net/energi-radiasi-matahari.html
