02. energi surya.doc

ENERGI SURYA

2.1 Pendahuluan

Sumber energi berjumlah besar dan bersifat kontinu, terbesar yang tersedia bagi umat manusia adalah energi surya-khususnya, energi elektromagnetik yang dipancarkan oleh matahari. Energi surya sangat atraktif karena tidak bersifat polutif, tak dapat habis, dan gratis. Dua kejelekan utama dari energi surya ini ialah, bahwa ia sangat halus (dilute) dan tidak konstan. Arus energi surya yang rendah mengakibatkan terpaksa dipakainya sistem dan kolektor yang luas permukaannya besar untuk mengumpul dan mengkonsentrasikan energi itu. Di samping sistem koleksi ini berharga mahal, masalah besar lainnya yang mungkin timbul ialah kenyataan bahwa sistem-sistem di bumi tidak dapat diharapkan akan menerima persediaan yang terus-menerus dari energi surya ini. Ini berarti bahwa diperlukan pula semacam sistem penyimpanan energi atau sistem konversi lain diperlukan untuk menyimpan energi pada malam hari serta pada waktu cuaca mendung yang panjang. Sistem penyimpanan ini atau sistem konversi alternatif jelas menambah mahalnya unit surya ini secara keseluruhan.

Energi surya dapat dikonversi secara langsung menjadi bentuk energi lain dengan tiga proses terpisah-proses heliochemical, proses helioelectrical, dan proses heliothermal. Reaksi heliochemical yang utama adalah proses fotosintesis. Proses ini adalah sumber dari semua bahan bakar fossil. Proses helioelectrical yang utama adalah produksi listrik oleh sel-sel surya. Proses heliothermal adalah penyerapan (absorpsi) radiasi matahari dan pengkonversian energi ini menjadi energi termal.

Jumlah radiasi matahari pada suatu permukaan disebut sebagai isolasi surya. Isolasi surya total pada suatu permukaan tertentu terdiri dari sebuah komponen langsung [sinar(beam)] dan sebuah komponen difusi [tersebar ( scattered)] begitu juga pancaran radiasi dengan panjang gelombang yang pendek dari permukaan lain yang sama-sama berada dibumi. Isolasi langsung pada sebuah permukaan yang tegak lurus terhadap sinar matahari tergantung pada waktu dari tahun, waktu dari hari, dan garis lintang permukaan itu begitu juga kondisi atmosfir.

2.2 Perhitungan Energi Surya

Waktu matahari. Bumi bergerak mengelilingi matahari dalam suatu orbit yang berbentuk elips yakni hampir berupa lingkaran. Pada titik yang terdekat di tanggal 21 Desember, bumi berjarak sekitar 1,45 x 1011 m ( 89,83 juta mi) dari matahari, sementara pada titik terjauh, ditanggal 22 Juni , bumi berjerak sekitar 1,54x 1011 m ( 95,9 juta mi) dari matahari. Waktu matahari rata-rata ialah waktu matahari setempat jika bumi bergerak mengelilingi matahari dengan kecepatan konstan. Orbit yang bergerak elips itu menunjukkan bahwa bumi tidak bergerak dengan kecepatan konstan dan bahwa pada berbagai waktu matahari timbul lebih cepat atau lebih lambat daripada waktu matahari rata-rata. Perbedaan antara waktu matahari sebenarnya, yang disebut dengan waktu matahari nyata (apparent solar time, disingkat AST), dengan waktu matahari rata-rata disebut “ persamaan waktu”.

Persamaan waktu bukanlah sebuah persamaan melainkan hanyalah sebuah faktor koreksi yang tergantung dari waktu tahun. Harga koreksi ini berkisar dari + 16,3 menit di bulan Nopember hingga – 14,4 menit di bulan Pebruari. Harga bulanan dari persamaan waktu diberikan pada tabel 1.

Materi Dasar Konversi EnergiAnsar Suyuti

5

Waktu matahari rata-rata dapat dihitung secara langsung dari garis bujur setempat. Oleh karena bumi berevolusi 360o dalam 24 jam, satu derajat dari rotasi bumi sama dengan [24(60)/360] atau 4 menit. Ada sebuah garis bujur imajiner yang membujur melalui kira-kira pusat dari tiap-tiap zona waktu . Pada garis bujur ini, waktu matahari rata-rata dan waktu standar setempat adalah identik. Ke barat atau ke timur meridian standar ini, waktu matahari rata-rata secara berturut-turut adalah lebih lambat dan lebih cepat ( 4 menit per derajat rotasi ) dari waktu standar setempat :

Waktu matahari rata-rata = waktu standar setempat [ derajat timur ( +) atau

Barat (-) dari median standar ] ( 4 menit) (2.1)

Oleh karena itu banyak zona waktu beroperasi pad awaktu” daylight –saving” diwaktu musim panas ( summer),

Waktu matahari rata-rata = MST = ( waktu siang local – 1:00) [derjat timur (+)

Atau barat(-) dari median standar]( 4menit) (2.2)

Meridan standar terhadap zona waktu di Amerika Serikat bertempat di garis bujur 75 o (EST), pada garis bujur 90o (CST), pada garis bjur 105o (MST), dan pada garis bujur 120o (PST).

Sekali waktu matahari rata-rata dapat dihitung , waktu matahari nyata (AST) dapat pula dihitung cukup dengan cara menambahkan persamaan waktu ke waktu matahari rata-rata (MST):

Waktu surya nyata = AST = waktu matahari rata-rata + persamaan waktu (2.3)

Waktu surya nyata dipakai untuk mengevaluasi beberapa sudut surya yang digunakan pada perhitungan energi surya.

Sudut surya. Sumbu rotasi ( sumbu polar) adalah selalu miring ( inclined) sebesar 23,45o dari garis tegak lurus terhadap bidang ekliptik. Bidang ekliptik ialah bidang perjalanan bumi ketika ia melintasi matahari. Sumbu rotasi bumi pada dasarnya adalah bersifat unidireksional ( searah) terhadap sebuah bintang tetap dan inklinasi dari sumbu polar menyebabkan bumi mengelilingi matahari. Fenomena ini menimbulkan variasi musim dan menimbulkan pula sudut surya yang penting yang diberi nama sudut deklinasi .

Sudut deklinasi didefiniskan sebagai suatu sudut antara sinar matahari dan garis tegak lurus terhadap sumbu polar dalam bidang sinar matahari. Untuk garsi lintang utara, berkisar dari 0o pada ekuinoks ( waktu siang dan malam sama panjangnya ) musim semi, ke + 23,45o pada waktu titik balik matahari ( solstice) musim panas ( 22 Juni ), ke 0o pada waktu ekuinoks musim gusur ( 23 September ), ke –23,45o

titik balik matahair (soltice) musim dingin ( 22 Desember ). Harga bulanan sudut deklinasi ini ditunjukkan pada Tabel 2..


6

Ada beberapoa sudut penting lainnya dalam perhitungan energi surya. Pada suatu lokasi tertentu dengan garis lintang L, posisi matahari dapat didefinisikan dalam bentuk sudut tinggi ( altitude angle ) 1 dan sudut azimut 1. Sudut tinggi 1 adalah sudut antara sinar matahari dengan garis horizontal terhadap bumi. Sudut azimut 1 ialah sudut antara proyeksi horizontal sinar matahari dnegan garis batas selatan yang ditarik dengan arah searah dengan jarum jam. Sudut-sudut ini dapat dihitung dengan menggunakan sudut garis lintang L, sudut deklinasi , dan sudut jam H, sebagai berikut :

Sin 1 = cos L cos cos H + sin L sin

Sin 1 =

Sudut jam H, seperti sudut azimut sinar matahari, adalah positif bila lewat tengah hari dan negatif bila sebelum tengah hari. Ia dapat dihitung dnegan persamaan berikut :

H -= 0,25 [ jumlah menit sebelum ( -) atau setelah ( +) lewat tengah hari, ASTI (2.4)

Harga 1 dan 1 ditabulasi dalam Lampiran K sekaligus dengan harga isolasi surya langsung pada lintang yang berbeda.

Untuk menghitung sudut antara sinar matahari dengan garis tegak lurus permukaan , orientasi permukaan itu harus ditetapkan. Sudut azimut dari permukaan 2 adalah sudut antara projeksi horizontal dari garis normal ke permukaan dan garis batas selatan yang diukur dal;am arah jarum jam. Sudut kemiringan ( tilit) 2 dari permukaan ialah sudut antara permukaan dengan horizontal.

Sekali 1, 2, 1, 2 dapat dihitung, sudut dapat pula ditentukan dngan persamaan sebagai berikut :

Cos = sin 1 cos 2, + cos 1 sin 2 cos ( 1 - 2 ) (2.5)

Untuk permukaan horizontal , 2 = 0 sin 2 adalah nol, cos 2 adalah satu, dan Persamaan ( 5) disingkat menjadi ( cos = sin 1) atau ( = 90o - 1 ). Untuk permukaan tegak lurus, 2 = 90 o, sin 2

adalah nol. Persamaan ( 5) disingkat menjadi [ cos = cos 21 cos ( 1 - 2 ) ]. Jika cos ( 1 - 2 ) negatif, berarti bahwa matahari tidak bersinar langsung pada dinding tegak lurus.

Nilai isolasi surya. Jumlah radiasi surya langsung atau isolasi yang jatuh pada suatu permukaan tertentu adalah sama dengan perkalian antara radiasi langsung itu atau isolasi yang jatuh ke permukaan yang tegak lurus langsung terhadap sinar matahari, IDN, dan cos . Nilai isolasi tegak lurus langsung adalah fungsi dari ketebalan atmosfir yang dilewati oleh radiasi begitu juga jumlah uap air di udara serta jumlah polusi atmosfir yang terjadi. Panjang lintasan atmosfir biasanya dinyatakan dalam bentuk massa udara m, surya langsung pada suatu lokasi tertentu terhadap yang terjadi bila matahari tepat di atas kepala ( 1 = 90o ) pada permukaan laut. Diluar atmosfir bumi , m = 0 dan pada lokasi lain, untuk semua tujuan praktis , m = 1/sin 1.

Telah banyak penyelidikan yang dilakukan orang tentang efek transmitansi atmosfir, khususnya tentang efek kebasahan, ozon, dan partikel debu. Intensitas iradiasi normal langsung IDN, dalam


7

W/m2, pada permukaan bumi pada suatu hari yang jernih ( clear daya) dapat ditaksir dari persamaan berikut :

IDN = Ae –(B/sin1) (2.6)

Dimana A adalah isolasi ekstraterestrial nyata ( pada m = 0 ) dan B adalah koefisien kepunahan atmosfir. Harga B tergantung pada waktu dari tahun dan jumlah uap air yang terdapat di atmosfir .

Harga kebasahan atmosfir setempat dan ketinggian (elevasi) setempat bisa saja berbeda secara nyata dengan atmosfir rata-rata pada permukaan laut (sea-level). Rasio antara harga isolasi langsung pada hari yang jernih aktual pada suatu lokasi tertentu dengan harga bagi atmosfir standar pada lokasi yang sama dan garis yang sama disebut angka kejernihan (clearness number).

Arus energi surya total IT pada permukaan bumi dari setiap orientasi dan kemiringan dengan sudut insiden adalah sama dengan jumlah komponen surya langsung IDN cos , komponen difusi iradiasi surya IDS yang datang dari langit, dan radiasi gelombang pendek yang direfleksikan dari permukaan-permukaan yang mengelilingi di Bumi IR :

IT = IDN cos + IDS + IR ( 2.7 )

Komponen refleksi IR tergantung pada karakteristik refleksi dan geometri permukaan yang mengelilingi. Jumlah radiasi yang direfleksikan dapat dihitung dengan menggunakan metoda radiasi konvensional. Kecuali untuk pemakaian-pemakaian khusus, IR biasanya bukanlah komponen utama dalam kebanyakan perhitungan-perhitungan energi surya.Komponen difusi surya IDS adalah sukar untuk dihitung karena sifat tak langsung dari komponen tersebut, tetapi untuk permukaan-permukaan yang terbuka ke radiasi surya langsung ia merupakan fungsi dari komponen surya langsung. Isolasi surya difusi dapat ditaksir dengan persamaan berikut :

IDS = CIDN Fss ( 2.8)

Dimana C adalah angka perbandingan antara difusi dengan radiasi surya langsung yang jatuh pada permukaan horizontal dan Fss adalah faktor sudut antara permukaan dan langit. Harga C ditabelkan bersama-sama dengan A dan B pada Tabel 2.4, dan Fss dapat diperkirakan dengan persamaan :

Fss = (2.9)

Isolasi normal, langsung IDN dapat diperkirakan dari Persamaan (2.9 ) atau dari tabel surya yang diberikan pada Lampiran K, sebagai fungsi dari garis lintang, waktu dari tahun dan waktu dari surya nyata.

Jumlah energi surya yang diserap oleh suatu permukaan tertentu adalah sama dengan hasil kali radiasi surya insidental IT dan absorpsivitas atau emisivitas permukaan terhadap radiasi surya ESU. Emisivitas suatu permukaan dapat saja sangat berbeda terhadap radiasi surya danradiasi termal biasa oleh karena sifat panjang gelombang yang pendek dari energi surya tersebut. Emisivitas surya beberapa permukaan yang umum diberikan pada tabel 2. Sebuah contoh tentang perbedaan antara emisivitas surya dan emisivitas biasa tersebut adalah pada cat putih dinding. Untuk radiasi normal,


8

emisivitasnya berkisar antara 0,95 hingga 0,99 sementara harga untuk radiasi surya berkisar antara 0,12 hingga 0,25.

Tabel 2.2 Absorpsivitas dari berbagai permukaan terhadap radiasi termal.

Bahan - Bahan Radiasibiasa

Radiasisurya

Bahan bangunanBatubata, merah, ubin, betonBatubata, kuning dnag mengkilapPlasterJalan aspal

Bahan AtapAspalBesi galvabis, kotrBesi galvanis, baruKertas atapBatu tulis

CatAluminium ( cemerlang ), berkilatHitam, rataGelap ( merah, coklat, hijau, dll)Putih, rata

LogamAluminium, nikel, chromium ( dipolis)Tembaga, kunijgan, logam monel ( dipolis)Aluminium pudar, kuningan, tembaga dan besi dipolisOksida besi

0,85 – 0,950,85 – 0,950,90 – 0,950,90 – 0,95

0,90 – 0,950,25 – 0,350,20 – 0,300,85 – 0,950,90 – 0,98

0,25 – 0,650,95 – 0,980,75 – 0,950,95 – 0,99

0,02 – 0,100,02 – 0,150,20 – 0,500,60 – 0,65

0,65 – 0,770,50 – 0,700,50 – 0,700,82 – 0,88

0,86 – 0,900,87 – 0,910,64 – 0,680,85 – 0,900,85 – 0,95

0,30 – 0,500,85 – 0,950,65 – 0,830,12 – 0,25

0,10 – 0,400,30 – 0,500,40 – 0,650,70 – 0,80

Contoh Soal :

Atap sebelah barat daya sebuah bangunan terbuat dari besi galvanis kotor dan dipasang pada kemiringan 700 dari tegak lurus. Bangunan tersebut terletak di 380 lintang utara dan pada garis bujur 20 ke arah barat dari meridian standar untu zona waktu. Hitunglah kombinasi arus surya yang diserap langsung dan difusi pada pukul 01.00 siang waktu setempat pada tanggal 21 juli.Jawab :Diketahui , , waktu setempat 1.00 siang, DST, L= 380

Dari tabel 2.1 , persamaan waktu =-6,2 menit A=344 Btu/jam.kaki2 = 1085 W/m2, B=0,201, C=0,136Dari tabel 2.2 Waktu matahari rata-rata = 1.00-1.00+0.04 (-2) = -0.08 = 11.52 siangWaktu matahari absolut =MST +Persamaan waktu = 11.52 + (-6,2) = 11.45,8 siangH = 0,25 (11:45,8-12:00)=0,25 (-14,2) = -3,550

Sin = cos L cos cos H + sin L sin = cos (38) cos (20,5) cos (-3,55) + sin (38) sin (20,5) =0,9523


9

= 72,230

sin =

=-10,950

cos =sin cos +cos sin cos= sin (72,23) cos (20)+cos (72,23)sin(20)cos (-10,95-45)=0,9533

IDN = Ae-(B/sin ) = 1085 e-(0,201/sin 72,23) = 878,54 W/m2

Fss =

IT =IDN cos +C IDN Fss = IDN(cos )= 878,54 [0,9533+0,136(0,9698)]=953,39 W/m2

Arus energi surya yang terserap = =0,89(953,39) =848,51 W/m2

Data-data penting Matahari

Diameter = 1.392.000 km atau 109 x diameter Bumi

Luas = 6.09 x1012 km2 atau 12000 x luas permukaan Bumi

Isi = 1,41 x 10 18 km3 atau 1,3 juta Isi Bumi

Massa = 2 x 1033 kg atau 333000 massa Bumi

Kepadatan rata-rata = 1,4 g/cm3 atau 0,26 kepadatan rata-rata Bumi

Suhu di Pusat = 15 Juta Kelvin (1,5 x 107 K)

Percepatan berat dipermukaan = 27.400 cm/s2 atau 28 kali percepatan permukaan Bumi

Suhu dipermukaan = 5780 K

Kapadatan di permukaan = 2 x 107 g/cm3

Radiasi energi dipermukaan = 63.000 kW/m2

Rugi massa karena radiasi = 4 juta Ton/s

Rugi massa karena angin solar = 1 juta Ton/s

Susunan kimiawi = 75 % H2 + 23% He + 2 % Elemen lainnya

Lamanya perputaran = di Ekuator Surya : 25 hari untuk 1 perputaran

Di kutup : 33 hari untuk 1 perputaran

Kecepatan cahaya = Kecepatan rambatan gelombang elektromagnetik dalam

Pakum = 300.00 km/s ; C=299.792,5 0,1 km/s

1 Tahun cahaya = 9,46 x 10 12 km/s


10

2.3 Pemanfaatan Energi SuryaPemamfaatan energi surya untuk dikonversikan ke energi elektrik dapat dilakukan dengan cara :

a. Secara langsung melalui proses fotovoltaik dengan menggunakan sel suryab. Secara tidak langsung melalui proses proses panas yang dikumpulkanc. Bentuk energi lain, seperti : energi hidro, energi angin, energi kimiawi (batu bara, minyak,

biomassa dan lain-lain)

2.3.1 Cara sel Fotovoltaik

Suatu proses fotovoltaik terjadi bila cahaya mengenai satuan dasar dengan bahan peka pembangkitan arus listrik . Satuan dasar itu disebut sel surya atau sel fotovoltaik. Dengan menggabungkan sel-sel surya secara seri dan parallel, menjadi “array sel surya”, keluaran daya dan kapasitas micro-watt sampai mega-watt dapat diperoleh, dengan tegangan yang dikehendaki.

Ukuran array sel surya dihitung dalam watt puncak, Bahan peka cahaya itu diantaranya silicon, gallium arsenida, cadmium/tembaga sulfida dan sebagainya. Pada prinsipnya sel surya tipis sekali, sekitar 0,03 cm. Sel terdiri lapisan tipis silicon tipe N (micrimeter tebalnya) dan lapisan agak tebal silicon tipe P. Sel fotovoltaik semi konduktor dengan bahan silicon atau germanium, terdiri dari lapisan logam tipis P diuapkan pada pembawa (carrier) N. Bila sel disinari cahaya matahari, lapisan pembatas dalam berubah dan mengalir arus foto elektrik yang sebanding dengan intensitas iluminasi.

Kepekaannya tergantung pada panjang gelombang cahaya, melebihi jangkauan mata manusia, dan maksimum di daerah panjang gelambang infra merah.Dengan sel silicon, tegangan rangkaian terbuka mencapai 0,5 V dan dengan sel germanium sekitar 0,15 V. Tegangan rangkaian terbuka tidak tergantung pada permukaan peka cahaya, dan sekitar ukuran tertentu ia konstan.


11

N P

V beban nol mA (mV)

VL

Ihs

Gambar 2.1 Prinsip sel Fotovoltaik

Keuntungan keuntungan Sel Fotovoltaik :a. Tidak mempunyai bagian-bagian yang bergerakb. Tidak mengandung cairan atau gasc. Tidak memerlukan bahan bakar untuk menjalankannyad. Respon cepat sekali


12

e. Bekerja pada suhu lingkunganf. Tidak terbatas pada daur carnotg. Tidak menghasilkan polusih. Umur alat panjangi. Sedikit memerlukan pemeliharaanj. Dapat dibuat dari silicon, bahan tersedia luas di Bumik. Dapat dibuat modul-modul, memungkinkan produksi besaran-besaranl. Efisiensi konversi relatif tinggi, dari 15 - 35 %m. Fabrikasi mudahn. Nisbah daya terhadap tinggio. Instalasi dimana saja mudah ( dipusatkan atau didistribusikan)p. Kombinasi dengan sistem termal dimungkinkanq. Daya yang diandalkanr. Penyimpanan energinya dimungkinkan, berlainan dengan solar termal, energinya hanya dapat

disimpan beberapa hari saja, energi elektrik bisa disimpan beberapa bulan dalam batere atu hidrogen

Kerugian Sel Fotovoltaika. Harganya mahalb. Memerlukan aplikasi penyimpanan energic. Energi tidak konstan

2.3.2 Pusat Listrik Tenaga Surya Satelit

Para ahli energy surya dari Amerika Serikat seperti; William Cherry, Leon Gaucher dan dilanjutkan oleh Dr.Peter E Glasser, direktur dari Arthur D,Little Inc, ditahun 1965 mengusulkan proyek Satellite Solar Power Station (SSPS) atau PLT Surya satelit (PLTSS). Tahun 1968 dipakai sebagai titik tolak dimulainya proyek itu dengan keluarnya artikel Dr. Peter E. Glasser dalam majalah "Science" bulan nopember 1968, yang memuat saran untuk pembangunan PLTSS tersebut. Khayalan ilmiah Dr.Glasser pada prinsipnya SSPS menggunakan sel surya luas panel 10 km panjang dan 5 km lebar. Ditengah-tengah panel terdapat antena gelombang mikro berdiameter 1 km.Panel sel surya terdiri dari bidang cermin dan bidang sel fotovoltaik. Diruang angkasa PLTSS dipasang geo sinkron dengan peredaran bumi, sehingga 24 jam terus menerus menerima sinar matahari.

Departemen of Energy (DOE) dan Naional Aeronautics and Space Administration (NASA) menseponsori kemungkinan terwujudnya PLTSS tersebut. Dengan dimensi tersebut di atas, PLTSS diharapkan akan membangkitkan energi elektrik, arus searah dari sel-sel fotovoltaik, dikonversikan inverter ke arus bolak-balik, yang dapat ditransmisikan ke bumi dengan energi gelombang (2.45 x 109 Hz) dan diterima di Bumi dengan antena rectenna (receiving - rectifying antenna) luasnya 10 x 13 km2 . Kemudian oleh inventer bumi diubah kembali menjadi arus bolak-balik 50 Hz untuk digandengkan dengan jala-jala yang sudah di bumi.

Diperkirakan daya yang dapat dihasilkan sekitar 5 GW. Efisiensi sistem keseluruhan diperkirakan 7 %.Ada beberapa kesulitan-kesulitan dalam mengaplikasikan PLTSS :a. Perakitan PLTSS di angkasa luar


13

b. Transfortasi PLTSS dari bumi ke angkasa luar mahalc. Dampak lingkungan karena pemanasan gelombang mikro pada atmosfird. Emisi pesawat ulang-alik diatmosfir tinggie. Pengaruh biologis dari gelombang mikrof. Gangguan pada frekuensi radiog. Opini masyarakat dunia

2.3.3 Pusat Listrik Tenaga Thermal Surya Penerima Sentral (PLTTS)/ Central Receiver Solar Thermal Power Station (CRSTPS)

Anatomi PLTTS

Ditahun 1975 McDonnel Douglas Aeronautics Co, Huntington Beach, Co. Telah menerima konktrak dari ERDA (Energy Research and Development Administration) Amerika Serikat dan pada tahun 1977 selesai mengajukan suatu rencana pembangunan Pusat Listrik Tenaga Thermal Surya Penerima Sentral berkapasitas 10 Mwe. Proyek disebut Solar One Pilot PlantPada prinsipnya CRSTPS ini terdiri dari beberapa sub sistem :

1) Sub sistem kolektor2) Subsistem penerima panas surya3) Subsistem PLTU4) Subsistem penyimpan panas5) Pusat pengendali PLTTS

Subsistem kolektorTugasnya memantulkan sinar sury ke pesawat penerima yang akan menyerapnya. Kolektor terdiri dari teflektor (pemantul) persegi panjang dan mempunyai dua sumbu untuk dapat digerakkan mengikuti lintas matahari. Pengendalian dilakukan dari pusat pengendali PLTTS.

Subsistem Penerima panas suryaTugasnya menyerap radiasi surya dari subsistem kolektor dan mengubah energi radiasi menjadi uap superheated, yang disalurkan ke turbin uap/dan atau ke subsistem penyimpan panas. Alat penerima panas surya ini berbentuk silinder, sehingga dapat menerima pantulan subsistem kolektor dari segala arah, dan dipasang di atas menarah. Susunan penerima panas surya terdiri dari modolar panel-panel pre heater dan 18 panel ketel, alat peralatan intrumentasi dan bangunan menara.

Rakitan dari panel itu terdiri dari 70 pipa tahan karat " Incoloy 800" dan dipasang sejajar. Permukaan pipa yang akan menerima radiasi surya dilapisi cat Pyromark. Tinggi menara dari baja adalah 65 m dan keseluruhan alat penerima panas surya menjadi 86 m.

Subsistem PLTUTurbin yang digunakan turbin PLTU biasa, seperti turbin tandem, kompon, aliran ganda, berkapasitas 12,5 MWe dan menghasilkan 10 Mwe dari generator.Subsistem Penyimpan PanasPenyimpan panas diperlukan untuk waktu-waktu mendung dan malam hari. Sehingga pembangkitan uap yang diperlukana untuk menjalankan turbin uap tidak terhenti. Penyimpan panas terdiri dari sebuah tangki berisikan batu-batuan, potongan besi dan sebagainya dan cairan minyak pada


14

temperatur tinggi mengisi celah-celahnya. PLTTS 10 Mwe ini dibangun di padang pasir Daggart/Barstow.

Pusat Pengendali PLTTSSistem itu dikendalikan oleh satuan pusat pengendali yang mempergunakan komputer pusat. Komputer pusat memonitor dan mengendalikan sistem secara keseluruhan selama kerja normal dan dalam keadaan transient.

2.3.4 PLTS Solshem

Prinsip Solchem

Inti dari konsep Solchem adalah penukar panas reaktor yang terdiri dari pelat-pelat spiral dari keramik putih. Susunan ini diletakkan di fokus tungku surya. Gas S03 masuk melalui pipa-pipa ke dalam penukar panas reaktor tersebut di bagian plat-plat spiral dan dipanaskan sampai 700 0C. Gas kemudian mengalir ke bawah dalam ruangan reaksi dimana ia dipanaskan lagi sampai 800 0C. Gas melalui suatu katalis dan diuraikan dengan mengabsorbsi panas. Hasilnya adalah gas yang keluar melalui saluran susunan pelat-pelat spiral dan didinginkan samapai 100 0C melalui pipa-pia karet tahan temperatur (viton).

Hasil kimia dari masing-masing tungku disalurkan ke pusat stasium dimana ia dipersatukan dengan melepaskan panas yang dikumpulkan. Gas itu dikembalikan ke medan kolektor energi. Tangki ketel penyimpan energi, menyimpan energi sebagai panas fusi. Panas dimasukkan kedalam tangki di bagian alasnya. Masukan panas ini mendidihkan cairan dalam pipa, menaikkan tekanan uap dari fluida dalam tangki. Karena hasil tekanan uap bertambah, kondensasi dipermukaan kaleng yang berisikan garam eutecnic yang meleleh pada 380 0C. kaleng garam ini adalah media penyimpan panas, dan mengisi sebagian besar dari isi tangki.

Tangki itu dipakai untuk menghasilkan uap guna pembangkitan energi elektrik dengan turbin uap. Bila uap diperlukan, air dipompakan kedalam pipa uap di bagian atas tangki.Fluida pipa panas mengkondensir pada pipa-pipa itu, mendidihkan air dan memanaskan menjadi uap. Di malam hari bila diperlukan kaleng garam itu dibasahi fluida pipa untuk mempertahankan tekanan dalam tangki. Fluida dari fluida pipa panas disiramkan pada kaleng-kaleng garam untuk keperluan itu. Garam yang membeku memberikan panas pada fluida diwaktu malam hari.Hasil yang diperoleh dari solchen disamping energi elektrik, juga menghasilkan air panas dan air dingin untuk diminum.


15


16

Tanggal Derajat Penyinaran Penyinaran Tanggal Derajat Penyinaran PenyinaranLintang tegak lurus horisontal Lintang tegak lurus horisontal

langsung total langsung totalW.jam/m2 W.jam/m3 W.jam/m2 W.jam/m3

21-Jan 24 8718 5113 21-Apr 24 9569 7735 = -20o

32 7748 4060 = + 11,9o32 9696 7533

40 6878 2988 40 9746 716848 5390 1879 48 9696 663856 965 889 56 9532 596464 142 64 9399 5182

21-Feb 24 9569 6298 21-May 24 9557 8057 = -10,6o

32 9053 5434 = + 20,3o32 9809 8138

40 8321 4457 40 9960 804448 7344 3404 48 10257 782356 6260 2332 56 10528 748364 4514 1261 64 10937 7048

21-Mar 24 9702 7155 21-Jun 24 9437 8113 = -10,6o

32 9494 6569 = + 20,3o32 9721 8302

40 9191 5838 40 10023 834648 8763 4974 48 10439 827756 8151 3997 56 10837 807564 7237 2938 64 11505 7842

21-Jul 24 9242 7962 21-Oct 24 9040 6077 = + 20,5o

32 9494 8063 = + -10,7o32 8498 5213

40 9651 7987 40 7735 424948 9954 7798 48 6789 322156 10212 7477 56 5686 216964 10628 7086 64 3902 1128

21-Aug 24 9702 7590 21-Nov 24 8529 5075 = +12,1o

32 9147 7414 = + 20,3o32 7584 4035

40 9191 7073 40 6707 296948 9123 6575 48 5257 187956 8983 5938 56 3448 89564 8851 5188 64 952 145

21-Sep 24 9071 6915 21-Dec 24 8271 4646 = 0,0o

32 8851 6348 = -23,45o32 7401 3581

40 8536 5636 40 6235 246548 8094 4797 48 4551 140656 7464 3845 56 2357 49264 6537 2811 64 76 6

VARIASI RADIASI MATAHARITERHADAP GARIS LINTANG

+ 1 W/m2 = 0,3173 Btu/jam.ft2

POSISI MATAHARI DAN JUMLAH PANCARAN

( Untuk 40 derajat lintang utara, faktor kejernihan 1,0; refleksi tanah 0 %)

Tanggal

Waktu Matahari Posisi Matahari Pancaran matahari total , W/m2+

A.M. P.M Ketinggian Azimut Tegak Horisontal Vertikal

11 Lurus Ke

Selatan langsung

21-Jan 8 4 8.1 55.3 448 88 265 9 3 16.8 44 753 262 539 10 2 23.8 30.9 864 400 703 11 1 28.4 16 911 485 797 12 30 0.0 927 517 829 Total harian permukaan, W jam /m2 6878 2988 5440

21-Feb 7 5 4.8 72.7 217 32 69 8 4 15.4 62.2 706 230 337 9 3 25.0 50.2 863 416 526 10 2 32.8 39.9 930 561 662 11 1 38.1 18.9 961 649 744 12 40 0.0 971 681 772 Total harian permukaan, W jam /m2 8321 4457 543321-Mar 7 5 11.4 80.2 539 145 110

8 4 22.5 69.6 788 359 281 9 3 32.8 57.3 889 545 435 10 2 41.6 41.9 936 687 555 11 1 47.7 22.6 961 779 630 12 50 0.0 968 810 656 Total harian permukaan, W jam /m2 9191 5838 4678

21-Apr 6 6 7.4 98.9 281 63 13 7 5 18.9 89.5 649 274 38 8 4 30.3 79.3 794 479 167 9 3 41.3 67.2 864 652 293 10 2 51.2 51.4 901 788 397 11 1 58.7 29.3 920 873 463 12 61.6 0.0 924 905 485 Total harian permukaan, W jam /m2 9746 7168 3221

21-May 5 7 1.9 144.7 3 0 0 6 6 12.7 105.6 454 154 28 7 5 24.0 96.6 681 359 41 8 4 35.4 87.2 788 552 79 9 3 46.8 76 842 716 189 10 2 57.5 60.9 873 842 280 11 1 66.2 37.1 892 924 340 12 70 0 895 949 359 Total harian permukaan, W jam /m2 9960 8044 2282


17

21-Jun 5 7 4.2 117.3 69 13 3 6 6 14.8 108.4 489 189 32 7 5 26.0 99.7 681 388 44 8 4 37.4 90.7 775 574 50 9 3 48.8 80.2 829 734 148 10 2 59.8 65.8 857 857 233 11 1 69.2 41.9 873 933 290 12 73.5 0.0 879 958 309 Total harian permukaan, W jam /m2 10,023 8346 1923

21-Jul 5 7 2.3 115.2 6 0 0 6 6 13.1 106.1 435 158 28 7 5 24.3 97.2 656 359 44 8 4 35.8 87.8 760 548 76 9 3 47.2 76.7 816 709 183 10 2 57.9 61.7 848 835 271 11 1 66.7 37.9 867 914 328 12 70.6 0.0 870 939 350 Total harian permukaan, W jam /m2 9651 7987 2213

21 Agst 6 6 7.9 99.5 255 66 16 7 5 19.3 90.0 602 274 38 8 4 30.7 79.9 747 473 158 9 3 41.8 67.9 820 646 281 10 2 51.7 52.1 857 775 378 11 1 59.3 29.7 876 860 441 12 62.3 0.0 883 889 463 Total harian permukaan, W jam /m2 9191 7073 3083

21-Sep 7 5 11.4 80.2 469 136 101 8 4 22.5 69.6 725 344 265 9 3 32.8 57.3 829 526 416 10 2 41.6 41.9 883 665 530 11 1 47.7 22.6 905 753 605 12 50.0 0.0 914 785 630 Total harian permukaan, W jam /m2 8536 5636 4463

21-Oct 7 5 4.5 72.3 151 22 50 8 4 15.0 61.9 643 214 315 9 3 24.5 49.8 810 397 504 10 2 32.4 35.6 882 536 640 11 1 37.6 18.7 917 627 722 12 39.5 0.0 927 656 750 Total harian permukaan, W jam /m2 7735 4249 5213

21-Nov 8 4 8.2 55.4 429 88 255 9 3 17.0 44.1 731 258 526 10 2 24.0 31.0 845 397 690 11 1 28.6 16.1 892 482 782 12 30.2 0.0 908 514 813 Total harian permukaan, W jam /m2 6707 2969 5314


18

21-Dec 8 4 5.5 53.0 281 44 177 9 3 20.7 41.9 684 205 514 10 2 25.0 29.4 823 337 697 11 1 26.6 15.2 883 422 794 12 0 898 451 829 Total harian permukaan, W jam /m2 6235 2465 5188

+ 1 W/m2 = 0,3173 Btu /jam.ft2


19

02. energi surya.doc

Documents

Transcript of 02. energi surya.doc