Energi Matahari

27
ENERGI MATAHARI LAPORAN Oleh Nur Aini Hariyo Wati 121710201018 TEP-B

description

laporan energi matahari

Transcript of Energi Matahari

ENERGI MATAHARI

LAPORAN

OlehNur Aini Hariyo Wati121710201018TEP-B

JURUSAN TEKNIK PERTANIANFAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIANUNIVERSITAS JEMBER 2014

BAB 1. METODOLOGI

1.1 Waktu dan TempatPraktikum Energi Matahari dilaksanakan pada:hari, tanggal: Jumat, 25 April 2014waktu: pukul 07.30-selesaitempat : Laboratorium Instrumentasi Pertanian, Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Jember.

1.2 Alat dan BahanAlat dan bahan yang digunakan dalam praktikum Energi Matahari adalah sebagai berikut:a. 1 unit slar selb. 1 buah lampu 6 voltc. 1 buah lampu 12 volt

1.3 Prosedur KerjaMulai

Siapkan peralatan.

Hitung intensitas matahari radiasi surya di tempat praktikum (Jember).

A

A

Hitung besarnya luas daun dengan metode transect.

Hitung luas solar sel yang digunakan.

Hubungkan lampu dan alat pengukur lain pada solar sel.

Berikan cahaya matahari tepat kepada solar sel.

Catat data selama praktikum.

Selesai

BAB 2. HASIL DAN PEMBAHASAN

2.1 Hasil PraktikumMenggunakan persamaan-persamaan yang telah dikemukakan, pada hari ini, saat saudara melaksanakan praktikum, berapakah besarnya intensitas radiasi surya di kota Jember?H/Ho = a + b (n/N)Sehingga:H= (a + b(n/N))Hoa = 0,25 (menurut Pardede, 1985)b= 0,84( menurut Pardede, 1985)n= 5N= (2/15) cos-1 (-tan tan )= -8,7= 23,45 sin ((284 + n)/365)sekarang tanggal 25 April 2013n = 115 = 23,45 sin (360 ((284 + 115 )/365) = 23,45 sin (360 (399/365)) = 23,45 sin (360 x 1,093) = 23,45 sin 393,534 = 23,45 x (-0,704) = -16,509N= (2/15) cos-1 (-tan 8,7 tan )N= (2/15) cos-1 (-tan 8,7 tan -16,509)N= (2/15) cos-1 ((-0,89) x (-1,03))N= (2/15) cos-1 0,9167N= (2/15) 0,41N= 0,053 Ho = {(24 x 3600 Gsc)} {1 + 0.033 cos(360n/365)} {cos cos sin Ws + (2 x 3.14 Ws/360) sin sin )}/3.14Gsc= 4,871N= 0,053= -8,7= -16,509Ws dihitung Cos Ws= - tan tan Cos Ws= - tan -8,7 tan -16,509Cos Ws= (-0,89) x (-1,03)Cos Ws= 0,917 Ws= 0,61H0= {(24 x 3600 Gsc)} {1 + 0,033 cos(360 n/365)} {cos cos sin Ws + (2 x 3,14 Ws/360) sin sin )}/3,14H0= {(24 x 3600 4,871)} {1 + 0,033 cos(360 (5/365))} {cos -8,7 cos -16,509 sin 0,61 + (2 x 3,14 0,61/360) sin -8,7 sin -16,509)}/3,14

1. kerjakan lebih dahulu besarnya intensitas radiasi surya di jember dengan penyelesaikan perhitungan di atas. H0 = {(24 x 3600 Gsc)} {1 + 0,033 cos(360 n/365)} {cos cos sin Ws + (2 x 3,14 Ws/360) sin sin )}/3,14 H0 = {(24 x 3600 4,871)} {1 + 0,033 cos(360 (5/365))} {cos -8,7 cos -16,509 sin 0,61 + (2 x 3,14 0,61/360) sin -8,7 sin -16,509)}/3,14 H0 = (420854,4) (1 + 0,033 cos (113,42)) {(-0,75)(-0,696)(0,57)) + (0,01)(-0,66)(0,72)}/3,14 H0 = 434025,88 x (0,298 + (-0.005))/3,14 H0 = (434025,88 x 0,293)/3,14 H0 = 40499,872. Kotak di bawah ini harap ditempeli kertas milimeter, seluas kotak tesebut. Ambil sehelai daun, gambarkan penampangnya di atas buku laporan/tugas saudara (perbandingan 1:1). Tentukan luas daun tersebut dengan metode transect (metode ini dapat dilihat pada appendix). Daun jangan dibuang, nanti akan digambarkan lagi pada saat saudara sebagai pengerjaan tugas (lihat praktikum acara ini sub acara 2.6 Tugas).

Dengan metoda transect, hitunglah luas daun saudara.2. Pasangkan 2 lampu dengan tegangan yang berbeda secara bergantian pada keluaran solar sel, letakkan solar sel mengenai sinar matahari secara langsung, usahakan solar sel tegak lurus terhadap sinar datang.3. Ukur luas solar sel tersebutLuas solar sel = 100 cm x 100 cm =10000 cm2Ukurlah arus dan tegangan pada masing-masing lampu.Pengukuran keLampu 6 VoltLampu 12 Volt

ArusTeganganDayaArusTeganganDaya

11,042,72,8080,7621,52

21,0222,040,781,81,404

31,021,51,530,761,51,14

411,41,40,761,20,912

5---0,800,90,72

Total4,087,67,7783,867,45,696

Rata-rata1,021,91,90,7721,481,14

2.2 Pembahasan2.2.1 TugasDaun yang diambil saat praktikum, kini digambar lagi. Sebelumnya kotak dibawah ini harus ditempeli dengan kertas milimeter. Guntinglah daun menjadi dua bagian yang sama besarnya, arah guntingan searah dengan garis utama kerang daun. Hitunglah luas daun, gunakan perhitungan analisa numerik dengan metode Simpson (contoh ada pada bagian apendix dari petunjuk ini, sumber: Stroud, K.A., 1992, Matematika Teknik: diterjemahkan Erwin Sutjipto, Penerbit Erlangga)

Luas daun dengan metoda analisa numerik metoda simpson

2.2.2 Total Radiasi yang Diterima Solar SelDari perhitungan radiasi surya (tugas sebelum pelaksanaan praktikum) lalu dikalikan dengan luas solar sel, berapa energi yang diterima solar sel ?H/H0= a + b (n/N)H= (a + b (n/N)) H0= (0,25 + 0,84 (5/0,053)) 40499,87= (0,25 + 0,84 (94,34)) 40499,87= (0,25 + 79,25) 40499,87= 79,5 x 40499,87= 3219739,67Nilai H (hasil perhitungan teoritis) = 3219739,67Luas solar sel = 1 m2Total radiasi yang diterima solar sel = H0 x Lsolar sel= 40499,87 x 1= 40499,87

2.2.3 Daya yang Dikeluarkan Solar Sel dengan Menggunakan Lampu 6 VoltDaya yang dikeluarkan solar sel dengan menggunakan lampu 6volt P6 = .........wattP= V x I= 6 x 1,02= 6,12 watt

2.2.4 Daya yang Dikeluarkan Solar Sel dengan Menggunakan Lampu 12 VoltDaya yang dikeluarkan solar sel dengan menggunakan lampu 12 volt P612 = .........wattP= V x I= 12 x 0,772= 9,264 watt

2.2.5 Perbedaan Daya Listrik yang Diubah Menjadi Energi Cahaya Meskipun Intensitas Energi Surya KonstanMengapa daya listrik yang diubah menjadi energi cahaya (antara lampu 6 volt dan 12 volt) berbeda, padahal intensitas energi surya yang datang ke solar sel konstan (dianggap konstan)?Daya listrik yang diubah menjadi energi cahaya pada lampu 6 volt dengan 12 volt berbeda, lebih besar daya pada lampu 6 volt daripada lampu 12 volt. Hal ini terjadi karena daya listrik sendiri dipengaruhi oleh tegangan dan arus (P = V x I). Sedangkan tegangan sendiri bergantung pada arus dan hambatan (V = I x R). Semakin besar hambatan maka arus yang mengalir semakin kecil, sehingga daya listriknya juga kecil begitu sebaliknya. Rata-rata tegangan pada lampu 6 volt adalah 1,9 volt dan arusnya 1,2 Ampere, sehingga dayanya 1,9 watt. Pada lampu 12 volt rata-rata tegangannya 1,48 volt dan arusnya 0,772 Ampere, sehingga dayanya 1,14 watt.

2.2.6 Besarnya Energi Surya yang Diterima oleh Sehelai DaunBerapa besarnya energi surya yang diterima oleh sehelai daun yang saudara gambar, dengan asumsi :Radiasi konstan sebesar H0 yang teah anda hitung, dan sinar datang selama 5 jam. H0 = {(24 x 3600 Gsc)} {1 + 0,033 cos(360 n/365)} {cos cos sin Ws + (2 x 3,14 Ws/360) sin sin )}/3,14 H0 = {(24 x 3600 4,871)} {1 + 0,033 cos(360 (5/365))} {cos -8,7 cos -16,509 sin 0,61 + (2 x 3,14 0,61/360) sin -8,7 sin -16,509)}/3,14 H0 = (420854,4) (1 + 0,033 cos (113,42)) {(-0,75)(-0,696)(0,57)) + (0,01)(-0,66)(0,72)}/3,14 H0 = 434025,88 x (0,298 + (-0.005))/3,14 H0 = (434025,88 x 0,293)/3,14 H0 = 40499,87Luas daun= 28,2 cm2 = 0,00282 m2Total radiasi yang diterima daun = H0 x Ldaun= 40499,87 x 0,00282= 114,21

2.2.7 Energi Surya yang Diterima Daun Selama Waktu TersebutFakta menunjukkan bahwa intensitas radiasi tidak konstan sepanjang hari. Rendah saat pagi hari, kemudian naik dan mencapai maksimum tengah hari lalu turun kembali. Dengan menganggap besarnya intensitas radiasi berupa kurva lengkung seperti Gambar di bawah ini (kurva parabolik). Bagaimana energi surya yang diterima daun selama waktu tersebut. Tolong dijelaskan lebih dahulu cara menghitungnnya.IntensitasRadiasi (watt/m2)

7 8 9 101112

Penjelasan cara menghitung:(a) Bagilah gambarnya menjadi sejumlah genap (n) buah pita-pita yang sama lebar (masing-masing selebar s)(b) Berilah nomor dan tentukanlah masing-masing ordinatnya : y1, y2, y3, .yn+1. banyaknya ordinat tentu satu lebih banyak daripada banyaknya pita.(c) Luas A dari bidang gambar tersebut diberikan oleh :

Keterangan:s=lebar masing-masing pita stripF + L= jumlah ordinat pertama (First) dan terakhir (Last)4 E=4X jumlah ordinat bernomor genap (Even)2 R=2X jumlah ordinat bernomor ganjil sisanya (Remains)Perhitungannya:s= = = 2,2Tinggi ordinatNo. Ordinat123456

Tinggi292355425438460470

DiperolehF +L= 292 + 470 = 7624E= 4(355 + 438) = 4(793) = 31722R= 2(425 + 460) = 2(885) =1770SehinggaA= [762 + 3172 + 1770]= 0,73[5704]= 4163,92 satuan2

2.2.8 Sel Surya Beserta BagiannyaSel surya atau juga sering disebut fotovoltaik yang merupakan divais yang mampu mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya bisa disebut sebagai pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya matahari yang sampai kebumi, walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari matahari juga bisa dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar thermal.berikut bagian-bagian sel surya beserta fungsinya:1. Substrat (metal backing)Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material substrat juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau logam seperti aluminium atau molybdenum. Untuk sel surya dye-sensitized (DSSC) dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu material yang konduktif tapi juga transparan sepertii ndium tin oxide dan flourine doped tin oxide.1. Material semikonduktorMaterial semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. Material semikonduktor inilah yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk kasus gambar diatas, semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum diaplikasikan di industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya material Cu(In,Ga)(S,Se)2(CIGS), CdTe (kadmium telluride), dan amorphous silikon, disamping material-material semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam penelitian intensif sepertiCu2ZnSn(S,Se)4(CZTS) danCu2O (copper oxide).Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua material semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p (material-material yang disebutkan diatas) dan tipe-n (silikon tipe-n, CdS,dll) yang membentuk p-n junction. P-n junction ini menjadi kunci dari prinsip kerja sel surya. Pengertian semikonduktor tipe-p, tipe-n, dan juga prinsip p-n junction dan sel surya akan dibahas dibagian cara kerja sel surya.1. Kontak metal / contact gridSelain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material semikonduktor biasanya dilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai kontak negatif.1. Lapisan antireflektifRefleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Material anti-refleksi ini adalah lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke arah semikonduktor sehingga meminimumkan cahaya yang dipantulkan kembali.1. Enkapsulasi / cover glassBagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.

2.2.9 Aplikasi Sel Surya dalam Bidang PertanianEnergi surya adalah energi yang didapat dengan mengubah energi panas surya (matahari) melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk lain. Energi surya menjadi salah satu sumber pembangkit daya selain air, uap,angin, biogas, batu bara, dan minyak bumi (Safrizal, 2011). Selain itu Energi matahari banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari oleh manusia khusunya dibidang pertanian diantaranya:a. Rumah PengeringRumah pengering merupakan alat yang digunakan untuk hasil-hasil perkebunan seperti tembakau, karet, jagung dan yang lain. Dengan adanya rumah pengering di desa tersebut, bisa meningkatkan produksinya. Biasanya proses pengeringan bisa memakan waktu 4 5 hari, dengan rumah pengering hanya membutuhkan 1-2 hari saja. Ukuran rumahnya pun berbeda-beda menurut keperluan dan bahkan dalam kebanyakan hal dibuat lebih dari satu tingkat. Wadah bahan digunakan rak-rak, ataupun tempat-tempat gatungan (disesuaikan keperluan). Cara kerja dari alat ini bersumber dari panas matahari yang kemudian dihantarkan oleh pipa-pia yang dialirkan menuju setiap ruang pengering. Media yang melewati pipa panas tersebut bias berupa air,uap, maupun gas hasil pembakaran. Pipa-pipa pemanas dipakai untuk memindahkan panas dari dalam ke bagian luar dari pada pipa guna memanaskan udara di dalam ruang pengering. Untuk meningkatkan efektivitas dan efisiensi perpindahan panasnya, maka pada pipa pemanas diberikan gelang-gelang dari bahan yang bisa menghantarkan panas.b. Kompor MatahariHal ini biasanya dilakukan petani di desa-desa daerah tropis dengan menjemur hasil panennya dibawah terik sinar matahari. Cara ini sangat menguntungkan bagi para petani karena mereka tidak perlu mengeluarkan biaya untuk mengeringkan hasil panennya. Berbeda dengan petani di negara-negara empat musim yang harus mengeluarkan biaya untuk mengeringkan hasil panennya dengan menggunakan oven yang menggunakan bahan bakar fosil maupun menggunakan listrik.Prinsip kerja dari kompor matahari adalah dengan memfokuskan panas yang diterima dari matahari pada suatu titik menggunakan sebuah cermin cekung besar sehingga didapatkan panas yang besar yang dapat digunakan untuk menggantikan panas dari kompor minyak atau kayu bakar.c. GreenhouseTeknik ini hampir sama dengan dinding trombe hanya saja jarak antara dinding masif dengan kaca lebih lebar, sehingga tanaman bisa hidup di dalamnya. Prinsip kerjagreenhousejuga serupa dengan dinding trombe. Panas masuk melalui kaca ke dalamgreenhouselalu dikonveksikan ke dalam bangunan untuk menghangatkan ruangan atau menjaga suhu rungan tetap stabil meskipun pada waktu siang atau malam hari.d. Distilasi airCara kerjanya adalah sebuah kolam yang dangkal, dengan kedalaman 25mm hingga 50 mm, ditututup oleh kaca. Air yang dipanaskan oleh radiasi matahari, sebagian menguap, sebagian uap itu mengembun pada bagian bawah dari permukaan kaca yang lebih dingin. Kaca tersebut dimiringkan sedikit 10 derajat untuk memungkinkan embunan mengalir karena gaya berat menuju ke saluran penampungan yang selanjutnya dialirkan ke tangki penyimpanan.e. Pembangkit listrikPrinsipnya hampir sama dengan pemanasan air hanya pada pembangkitan listrik, sinar matahari diperkuat oleh kolektor pada suatu titik fokus untuk menghasilkan panas yang sangat tinggi bahkan bisa mencapai suhu 3800 C. Pipa yang berisi air dilewatkan tepat pada titik fokus sehingga panas tersebut diserap oleh air di dalam pipa. Panas yang sangat besar ini dibutuhkan untuk mengubah fase cair air di dalam pipa menjadi uap yang bertekanan tinggi. Uap bertekanan tinggi yang di hasilkan ini kemudian digunakan untuk menggerakkan turbin uap yang kemudian akan memutar turbo generator untuk menghasilkan listrik.Ada dua jenis kolektor yang biasa digunakan untuk pembangkitan listrik yaitu kolektor parabolik memanjang dan kolektor parabolik cakram.f. Pemanasan airKolektor yang digunakan pada pemanas air tenaga panas matahari ini adalah kolektor surya plat datar yang bagian atasnya terbuat dari kaca yang berwarna hitam redup sedangkan bagian bawahnya terbuat dari bahan isolator yang baik sehingga panas yang terserap kolektor tidak terlepas ke lingkungan. Air panas di dalam kolektor bisa mencapai 82 C sedangkan air panas yang dihasilkan tergantung keinginan karena sistem dilengkapi pengontrol suhu.BAB 3. PENUTUP

3.1 KesimpulanBerdasarkan pembahasan dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu sebagai berikut.a. Besarnya energi radiasi matahari yang diterima di daerah Jember oleh daun seluas 28,2 cm2 adalah 114,21.b. Intensitas radiasi matahari yang diterima di suatu tempat tidak konstan sepenjang hari.c. Sel surya atau fotovoltaik merupakan divais yang mampu mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Bagian-bagian sel surya terdiri dari substrat (metal backing), material semikonduktor, kontak metal, lapisan antireflektif, dan enkapsulasi (cover glass).d. Aplikasi sel surya dalam pertanian, yaitu rumah pengering, kompor matahari, greenhouse, distilasi air, pembangkit listrik, dan pemanasan air.e. Karakteristik sel surya sangat ditentukan oleh intensitas cahaya yang jatuh pada permukaan sel. Semakin banyak intensitas cahaya yang mengenai permukaan sel surya maka arus yang dihasilkan akan semakin besar.

3.2 SaranUntuk menanggulangi energi fosil yang semakin menipis, maka dianjurkan menggunakan energi alternatif salah satunya yaitu menggunakan tenaga matahari untuk kehidupan sehari-hari.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2013. Teknologi Panel Surya. http://nationalgeographic.co.id/berita/2012/03/teknologi-panel-surya-bisa-digunakan-untuk-memperoleh-air-bersih. [Diakses tanggal 3 Mei 2013].Arismunandar, W. 1995.Teknologi Rekayasa Surya. Bandung: Pradnya Paramita.Diamanty, F. 2012. Makalah Ilmiah. http://www.slideshare.net/FanyDiamanti/makalah-ilmiah-osn-262072#. [Diakses tanggal 3 Mei 2014].Safrizal. R. 2011. Sumber Daya Energi Surya dalam Bidang Pertanian. http://reflitepe08.blogspot.com/2011/04/sumber-daya-energi-surya-dibidang.html. [Diakses tanggal 3 Mei 2014].

LAMPIRAN

Perhitungan luas daunLuas daun dihitung dengan pendekatan melalui persamaan:L = (a/b) x luas segi empat transectdimana :a = jumlah panjang garis yang dicetak tebal dalam satuan cm, pada absis 1 panjang garis tebal = 2 cmpada absis 2 panjang garis tebal = 5,7 cmpada absis 3 panjang garis tebal = 7,3 cmpada absis 4 panjang garis tebal = 5,7 cmpada absis 5 panjang garis tebal = 2,8 cmtotal panjang garis tebal = 23,5 cm b = jumlah panjang garis yang membujurpada absis 1 panjang garis tebal = 8 cmpada absis 2 panjang garis tebal = 8 cmpada absis 3 panjang garis tebal = 8 cmpada absis 4 panjang garis tebal = 8 cmpada absis 5 panjang garis tebal = 8 cmtotal = 40 cmLuas segi empat adalah luas yang dibatasi koordinat adalah(0,1); (6,1); (6,9); (0,9), luasnya = 6 x 8 = 48 cm2Luas daun = (23,5/40) x 48 cm2 = 28,2 cm2