Pemanfaatan Energi Surya

Pada dasarnya dan dalam arti yang luas, energi yang berasal dari sang surya bukan saja terdiri atas penyinaran langsung oleh pancaran matahari ke bumi, akan tetapi sebenarnya termasuk seluruh efek tidak langsung, seperti tenaga air, tenaga angin dan energi dari laut. Bahkan juga termasuk segala macam bentuk energiyang berasal dari biomassa dan energi surya.

Berikut ini akan dijelaskan mengenai pemanfaatan energi yang berasal dari pancaran energi surya secara langsung, atau dapat juga dikatakan sebagai energi surya langsung. Dalam pelaksanaan pemanfaatan energi surya, dapat dibedakan menjadi tiga cara:

• Cara pertama adalah dengan prinsip pemanasan langsung. Dalam hal ini sinar-sinar surya memanasi langsung benda yang akan dipanaskan, atau memanasi secara langsung perantara atau medium, misalnya air yang akan dipanaskan. Kemudian air panas tersebut dapat digunakan untuk mandi.
• Cara kedua dapat juga dengan pemanasan air oleh tenaga surya, namun air tersebut tidak langsung digunakan, melainkan dilakukan konversi energi listrik dari panas air tersebut.
• Cara ketiga adalah dengan cara fotovoltaik. Dengan cara ini maka energi surya langsung dikonversi menjadi energi listrik.

Surya - Pemanasan Langsung dari Energi Surya

Pemanasan energi surya secara langsung telah dikenal oleh manusia sejak zaman dahulu. Pemanfaatan energi surya ini tidak membutuhkan peralatan tambahan. Anda pun sering melihatnya dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu contoh yang paling umum adalah kegiatan menjemur pakaian. Sedangkan contoh dalam bidang industri adalah pembuatan ikan kering dan membuat garam dari laut. Dengan cara pemanasan langsung dari energi surya ini, suhu yang diperoleh tidak akan melampau 100 derajat Celcius.

Efektivitas pemanfaat energi surya dengan cara pemanfaatan langsung dapat ditingkatkan jika menggunakan pengumpul-pengumpul panas yang biasa disebut kolektor. Sinar-sinar matahari dikonsentrasikan dengan kolektor ini pada suatu tempat, sehingga diperoleh suatu suhu yang lebih tinggi. Bentuk kolektor dapat bermacam-macam, diantaranya adalah kolektor pipih atau bentuk datar, kolektor parabolik silindris, kolektor parabolik bulat dan kompor surya dengan cermin parabolik.

Prinsip kompor surya merupakan landasan dari kolektor parabolik bulat. Kompor surya dengan cermin parabolik memang cukup menarik, namun kendalanya adalah orang yang memasak harus melakukan kegiatannya di panas terik matahari. Pada saat ini penggunaan terbanyak dari sistem-sistem pemanasan dengan memanfaatkan energi surya secara langsung ini adalah untuk pemanasan air kolam dan air untuk mandi.

Konversi Suya Termis Elektris

Teknologi yang cukup mempunyai potensi adalah Konversi Surya Termis Elektris (KSTE) atau Solar Thermal Electric Conversion (STEC). Pada prinsipnya KSTE membutuhkan suatu konsentrator optik untuk memanfaatkan radiasi surya. Konsentrator optik adalah suatu alat yang berfungsi untuk menyerap energi yang dikumpulkan, suatu sistem pengangkut panas, dan suatu mesin yang agak konvensional untuk pembangkitan tenaga listrik.

Pada tahun 1920, sistem KSTE besar ini pertama kali dibuat di Meadi, Mesir dengan kapasitas 45 kW. Tungku surya yang dibangun di Odeillo, Perancis, mempunyai suatu instalasi dari 1000 kW. Dua perusahaan swasta, yaitu Ansaldo di Italia dan MBB di Republik Federal Jerman bekerja sama untuk membuat instalasi KSTE berlandaskan rancangan dari Profesor Francia, dengan unit-unit hingga 1 MW listrik, untuk dijual secara komersial.

Diperkirakan bahwa suatu unit KSTE dari 100 MW listrik mempunyai 12500 heliostat dengan permukaan masing-masing seluas 40 meter per segi, suatu menara penerima setinggi 250 meter yang memikul suatu penyerap untuk membuat uap bagi suatu turbin selama enam hingga delapan jam sehari. Rancangan-rancangan Pusat Listrik Tenaga Surya (PLTS) dilengkapi dengan suatu boiler biasa agar sentral listrik bekerja siang dan malam. 

Konversi Energi Surya dengan Fotovoltaik

Energi radiasi surya dapat diubah menjadi arus listrik searah dengan memakai lapisan-lapisan tipis dari silikon (Si) murni atau bahan semikonduktor lainnya. Namun silikon merupakan bahan yang banyak digunakan, selain itu silikon juga banyak terdapat di alam. Demi keperluan sebagai semikonduktor, maka silikon harus dimurnikan hingga suatu tingkat pemurnian yang sangat tinggi, yaitu kurang dari satu atom pengotoran per 10 pangkat 10 atom silikon. 

Sel surya fotovoltaik merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi sinar surya secara langsung menjadi energi listrik. Pada dasarnya sel surya tersebut merupakan suatu dioda semikonduktor yang bekerja menurut suatu proses khusus yang dinamakan proses tidak seimbang (non-equilibrium process) dan berlandaskan efek (photovoltaic effect).

Umumnya, dalam proses ini suatu sel surya menghasilkan tegangan antara 0,5 hingga 1 volt, tergantung intensitas cahaya dan zat semikonduktor yang digunakan. Sel-sel surya dihubungkan satu sama lain, sejajar dan atau dalam susunan seri, tergantung dari kebutuhan untuk menghasilkan daya dengan kombinasi tegangan dan arus yang dikehendaki. Daya guna konversi energi radiasi surya menjadi energi listrik berdasarkan efek fotovoltaik sudah mencapai kurang lebih 25%. Sehingga produksi daya listrik yang maksimal dapat dihasilkan oleh sel surya berjumlah 250 watt per meter persegi. Sehingga luas satu hektar dapat menghasilkan daya listrik 2,5 MW.

Jika ingin menghasilkan 100 MW maka dibutuhkan luas 40 hektar. Dan untuk mendapatkan daya 1000 MW atau 1 GW tinggal dikalikan saja 10 menjadi 400 hektar. Terlepas dari masalah harga sel surya fotovoltaik pada umumnya tidak akan dapat dimanfaatkan untuk sistem-sistem besar bagi penggunaan di permukaan bumi, sebab luas wilayah yang diperlukan terlalu besar. Maka dari itu pemakaian sel surya fotovoltaik akan terbatas pada sistem-sistem relatif kecil, terutama di tempat terpencil atau untuk penggunaan-penggunaan khusus.

Jika listrik tenaga surya itu ditempatkan pada suatu satelit yang berada pada suatu orbit. Maka pada suatu satelit yang diperkirakan bergerak di luar geosfer secara sinkron dengan gerakan bumi, terpasang pusat listrik tersebut. Sehingga diperoleh tiga keuntungan. Pertama, bahwa intensitas radiasi surya di luar geosfer jauh lebih tinggi, yaitu hingga enam kali daripada di permukaan bumi. Kedua, persolanan luas tempat tidak lagi menjadi masalah. Ketiga adalah kemampuan satelit menerima energi matahari selama hampir 24 jam sehari. Dari pemikiran tersebut, maka pusat listrik tenaga surya satelit (PLTSS) itu mentransmisikan energi yang diterimanya ke suatu stasiun tertentu yang terletak di permukaan bumi untuk dikonversi menjadi tenaga listrik.

Sel-sel surya pada PLTSS mengubah energi surya menjadi energi listrik, yang kemudian diubah lagi menjadi energi dalam bentuk gelombang mikro (microwave) atau laser. Penelitian dan pengembangan secara intensif dilakukan oleh berbagai lembaga, antara lain di Amerika Serikat oleh Department of Energy (DOE) dan National Aeronautics and Space Administration (NASA), yang mempelajari pembuatan suatu PLTSS raksasa dengan daya terpasang 5.000 MW atau 5 GW. Dalam PLTSS ini, sel-sel surya dijajarkan pada suatu tempat seluas lk 60 kilometer persegi, yang akan menyerap sebanyak 800 juta kW tenaga surya. Dengan efisiensi 20% maka 160 juta MW yang dapat ditransmisikan ke bumi.

Dalam rancangan ini energi listrik diubah menjadi energi gelombang mikro yang ditransmisikan melalui antena-antena raksasa yang mempunyai diameter sepanjang 1 kilometer. Stasiun bumi akan mempunyai antena penerima khusus yang berbentuk elips untuk menyearahkan. Antena penerima tersebut dinamakan rektena (receiving-rectifying antenne, rectenna). Dengan areal seluas lk 40 kilometer persegi, maka stasiun bumi akan dapat mengkonversikan 5 hingga 10 MW daya listrik. Jika Anda ingin mencari solusi tenaga listrik yang ramah lingkungan maka salah satu alternatifnya adalah menggunakan energi surya.