ENERGI SURYA

Kebutuhan energi sebagai penggerak kehidupan semakin lama semakin meningkat. Hal ini didorong oleh lonjakan jumlah populasi manusia terutama di daerah negara berkembang dan negara industri baru. Setiap tahunnya, konsumsi energi meningkat rata-rata 7% per tahun dengan adanya pertambahan penduduk, kegiatan ekonomi dan perkembangan industri yang didominasi oleh BBM (52% dari total bauran energi final). Ketergantungan terhadap impor energi khususnya minyak bumi menimbulkan konsekuensi  ekonomi dan politik terkait dengan keamanan pasokan energi (security of energy supply). Sumber energi utama saaat ini adalah energi fosil yang cadangan-nyapun semakin lama semakin menurun. Dampak buruk dari akibat penggunaan energi ini berupa gas-gas yang dapat merusak lingkungan, salah satunya CO2 yang dapat menyebabkan efek rumah kaca (greenhouse effect). Berbagai riset telah digunakan untuk mendayagunakan energi terbarukan, salah satunya energi yang berasal dari matahari yan dikenal sebagai energi surya.

Bila dilihat dari segi potensi yang ada, Potensi energi matahari sangat luar biasa besarnya. Tiap jam, bumi menerima 173×1012 Kwh energi matahari. Dalam setahun, energi yang diterima 20000 kali lebih banyak dari yang digunakan manusia. Tapi tidak semua energi mencapai permukaan bumi, hanya sekitar 2490 x 1018 BTU yang terkonversi menjadi panas dan dapat kita manfaatkan.

Intensitas energi matahari berbeda-beda sesuai dengan letak belahan bumi. Intensitas yang paling tinggi dan ideal adalah tempat-tempat di permukaan bumi antara garis lintang 15 derajat sampai 35 derajat di Utara dan Selatan. Kekuatan penyinaran matahari berbeda-beda dan tergantung pada perbedaan panjangnya siang dan malam , juga perubahan musim. Sehingga dari keadaan seperti itulah pemanfaatan energi surya untuk sumber energi sangat dipengaruhi oleh intensitas penyinaran matahari.

Teknologi pemanfaatan energi surya untuk menjadi listrik telah diaplikasikan di berbagai tempat di dunia, beberapa teknologi pemanfaatan energi surya diantaranya;

1. Electric Generation
2. Concentrating solar power
3. Solar thermal
4. Solar vehicle

1. Electric Generation

Sel Surya (Photovoltaic)

Secara bahasa photo-voltaic terdiri dari kata photo dan voltaic. Photo berarti cahaya dalam bahasa Yunani. Sedangkan voltaic diambil dari nama Alessandro Volta (1745-1827), seorang pelopor dalam pengkajian mengenai listrik. Sehingga photo-voltaic dapat berarti listrik-cahaya. Belakangan ini, photo-voltaic lebih sering disebut solar cell atau sel surya, karena cahaya yang dijadikan energi listrik adalah sinar matahari.

Prinsip sel photo-voltaic(PV) bahwa sinar matahari diubah menjadi arus listrik searah (direct current). Sel PV ini merupakan suatu dioda semikonduktor yang terbuat dari lempengan kristal silikon. Sel-sel ini dirakit satu sama lain dalam bidang modul. Satu bidang modul mampu mengubah sinar matahari yang ditampung langsung menjadi beberapa watt arus listrik. Energi yang dipancarkan oleh setiap meter persegi permukaan matahari yang sangat luas itu adalah sebesar 65.000 kilowatt.

1. CARA KERJA SEL PHOTO-VOLTAIC

Sel surya merupakan suatu pn junction dari silkcon kristal tunggal. Dengan menggunakan photo-electric effect dari bahan semikonduktor, sel surya dapat langsung mengkonversi sinar matahari menjadi listrik searah (direct current). Sebuah sel surya tunggal dapat menghasilkan listrik searah 3 volt dan 3 ampere. Sel-sel ini dapat dibuat dalam berbagai ukuran yang diinginkan dengan jalan menghubungkan seri sel-sel yang sama untuk membentuk modul sel surya dengan keluaran yang diperlukan. Sel-sel itu dikemas sedemikian rupa dengan bahan khusus sehingga modul dapat bertahan dalam kondisi yang terjelek tanpa kehilangan efisiensinya. Sel surya saat ini memiliki efisiensi 15%.

Bila sel surya itu dikenakan pada sinar matahari, maka timbul elektron dan hole. Elektron-elektron dan hole-hole yang timbul di sekitar pn juction bergerak berturut-turut dari lapisan p ke arah lapisan n. sehingga pada saat elektron-elektron dan hole-hole itu melintasi pn juction, timbul beda potensial pada kedua ujung sel surya. Jika pada kedua ujung sel surya diberi beban maka timbul arus listrik yang mengalir melalui beban.

2. PEMBUATAN SEL PHOTO-VOLTAIC

Umumnya modul PV terbuat dari gabungan beberapa sel silicon, setiap selnya memiliki sisi positif dan sisi negatif dan terikat bersama membentuk suatu modul PV. Arus listrik dibangkitkan ketika cahaya matahari menumbuk sisi positif dari sel silicon dan foton mengaktifkan electron-elektron yang terkandung dalam silicon. Tiga tipe silicon yang dapat digunakan untuk membuat modul PV ialah di antaranya :

• Single Crystal
• Multicrystaline
• Amorphous Silicon Cells ( silicon dengan struktur sel yang tidak teratur )

Penyimpanan sel-sel silicon tersebut dapat dilakukan dengan substrat kaca maupun substrat yang tidak tembus cahaya seperti stainless steel. Pembutan sel menggunakan stainless steel dikerjakan dengan menjalankan cara kontinyu gulungan stainless steel, lebar ½ mil, tebal 14 inch, dan panjang 15 mil, dengan kecepatan 2 feet / menit pada 4 buah mesin yang masing – masing berfungsi untuk:

• Mencuci jaringan,
• Menempatkan back reflector dengan memercikan Al dan ZnO pada jaringan yang telah dicuci,
• Menempatkan sembilan lapisan α-Si dan α-SiGe alloys layer pada back reflector yang dilapisi stainless stee,l
• Menempatkan Irridium  Tine Oxide ( ITO ) di bagian atas sebagai lapisan antirefleksi.

4. KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN PENGGUNAAN SEL PV

Keuntungan pemakaian sel Photovoltaic:

1. Sumber energinya dapat diperoleh secara cuma-cuma, yaitu dari matahari.
2. Perawatannya mudah dan sederhana.
3. Tidak terdapat peralatan yang bergerak, sehingga tidak perlu penggantian suku cadang dan pelumasan.
4. Peralatannya bekerja tanpa suara.
5. Penggunaannya tidak berdampak negative terhadap lingkungan.
6. Sel surya bekerja secara otomatis, sehingga mempermudah pengontrolan.

Kerugian pemakaian sel Photovoltaic:

1. Untuk membangkitkan daya yang besar dibutuhkan lahan yang luas.
2. Harganya mahal dibandingkan dengan sumber energi yang lain, dan dibutuhkan investasi awal yang besar untuk mengembangkan sel surya ini.
3. Efisiensinya masih tergolong rendah.
4. Sel masih harus diimport dari luar negeri

B. Concentrating Solar Power

Merupakan pengembangan dari sel photovoltaik. Pengembangan ini dilakukan agar energi matahari dapat juga digunakan pada malam hari, musim dingin atau di tempat-tempat yang kurang mendapatkan sinar matahari. Inti dari teknologi ini adalah melakukan penyimpanan energi matahari. Terdapat tiga sistem penyimpanan, yaitu:

1. Parabolic-trough System

Sinar matahari difokuskan dengan menggunakan cermin segiempat atau berbentuk U yang diarahkan menghadap matahari, tepat diarahkan pada sebuah pipa yang berisi minyak yang digunakan untuk mendidihkan air di sebuah generator uap konvensional untuk menghasilkan listrik.

2. Dish/Engine System

Menggunakan cermin berbentuk piringan (mirip dengan kubah pemancar satelit). Permukaan akan mengumpulkan dan menfokuskan panas matahari ke receiver. Receiver akan menerima dan memindah panas ke fluida di dalam mesin. Panas akan menyebabkan fluida berekspansi dan memutar turbin untuk menghasilkan tenaga mekanik yang akan memutar generator atau allternator untuk menghasilkan listrik.

3. Power Tower System

Menggunakan cermin di lahan yang luas untuk menfokuskan sinar matahari ke receiver yang berada diatas menara. Panas ini akan meleburkan garam yang mengalir di receiver. Panas dari garam ini digunakan untuk menghasilkan listrik melalui generator uap konvensional. Garam lebur dapat menahan panas dengan efisien, jadi dapat disimpan berhari-hari sebelum diubah menjadi listrik.

C,Passive Solar Water Heater

Selain dimanfaatkan dengan menkonversinya menjadi tenaga listrik, energi surya juga dapat dimanfaatkan panasnya secara langsung, diantaranya Passive Solar Water Heater, disebut juga Batch Heater atau Bread Box, bekerja memanaskan air dengan tenaga surya.

Pada dasarnya PSWH terdiri atas tangki kaca. Tangki itu diletakkan dalam wadah yang harus diisolasi dengan baik untuk mencegah panas hilang. Ketebalan isolasi disesuaikan dengan intensitas panas yang diterima atau sesuai yang diinginkan. Tangki biasanya diletakkan di atap rumah. Pemanas air ini memiliki inlet dan outlet dan pemasangannya tergantung sistem pemipaan. Tempat pemasukan air dingin harus diletakkan di bagian bawah tangki, sedangkan tempat pengeluaran air panas diletakkan di bagian atas tangki.

Suhu air keluar dari pemanas tergantung berbagai hal, di antaranya intensitas sinar matahari, suhu udara, tebal isolasi, dan suhu air masuk.

Semakin menipisnya cadangan bahan bakar fosil dan menurunnya kualitas atmosfer bumi kita akibat emisi gas bahan bakar fosil mengharuskan kita untuk mencari energi alternatif lain yang renewable dan ramah lingkungan tentunya. Salah satu dari bermacam-macam energi alternatif tsb yang sedang gencar dikembangkan saat ini adalah tenaga surya.

Energi surya memiliki kelebihan diantaranya yaitu ramah lingkungan, dan sumber energinya melimpah ruah di alam, apalagi di negara tropis seperti Indonesia. Energi surya dapat dimanfaatkan dengan mengkonversinya menjadi arus listrik searah maupun dapat dimanfaatkan panasnya secara langsung. Teknologi yang memanfaatkan energi matahari dengan cara mengkonversinya menjadi arus listrik searah diantaranya adalah dengan sel photovoltaic (PV) maupun Concentrating solar power yang merupakan pengembangan dari PV itu sendiri. Sedangkan teknologi yang memanfaatkan panas dari sinar matahari secara langsung adalah Passive solar water heater.

Sumber pustaka:

http://energisurya.wordpress.com/2008/07/10/melihat-prinsip-kerja-sel-surya-lebih-dekat/

http://energisurya.wordpress.com/2008/10/10/membuat-sel-surya-sendiri-bagian-2-proses-pembuatan-sel-surya/

http://www.homepower.com/Solar Hot Water Basics