PEMANFAATAN KONSENTRATOR PARABOLA UNTUK MENINGKATKAN EFISIENSI KERJA SELSURYA Oleh: Sigit Iswahyudi, Teknik Mesin D3, Fakuhas Teknik, Universilas Tidar Magelang
Abstrak: Tulisan ini bertujuan untuk men$ahas pemanfaatan konsentrator parabola untukTneningkatkan ejsiensi kerja selsurya dalam mengubah energifoton dari matahari menjadi energi listrik. Dengan menerapkan hukum pemantulan umum
pada cermin cekung, akan diperoleh peningkatan intensitas enetgifoton yang menerpa pernrukaan positif selsurya. Energifoton yang dapat diubah ntenjadi
energi
listrik tergantung pada panjang gelombangnya, hal ini
nrc mpe n gar
uh
i pe mi
Ii h
an w arna kon
sen
trat or.
Kata kunci : konsentratoi selsurya, foton, panjang gelotnbang. Simbol-simbol
A,,4: luasbidangm'? D = radiusbidangpancungan,m E : kuat penerangan, lumen/m2 f = jaraktitikfokus konsentrator, m p = jari-jarikelengkungankonsentrator, q, q', q" sudut, radian I : panjanggelombang, m
59
m
akan
PENDAHULUAN x l0 6 KWH. Energi
Setiap tahunnya bumi menerima energi matahari sebesar 2,2
tersebut dalam bentukyang belum dapat digunakan manusia untuk membantukerja dalam bidang png luas. Untuk itu, diperlukan usaha-usaha pengubahanrya ke bentuk
yang lebih berguna. Salah satu cara konversi energi foton dari matahari adalah menggunakan sistem fotolistrik. Sistem fotolistrik merupakan sistem yang terdiri dari alat-alat yang digunakan untuk mengubah secara langsung energi matahari ke dalambentuk energi listriktanpa siklus termodinamika atau pemanfiatan fluida kerja. Sel surya dapat menghasilkan energi sebesar 1000 Wm'? pada temperatur 2SC, namun temperatur kerja normal 50
hingga 600C menurunkan eltsiensirya sebesar t hingga
2
persen.
Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi sistem fotolistrik adalah mengkonsentrasikan energi matahari sehingga diperoleh energi persatuan luas sel y'ang lebih besar.
Dalam tulisan ini akan dibahas bagaimana konsentrator dirancang untuk mendapatkan sifat-sifatnya 1'ang paling efi sien.
DASAR TEORI Dalam tulisan ini hanva akan dibahas konsentrator pantulberbentuk parabola. Konsentrator parabola mengikuti hukum pemantulan umum cermin cekung. Sinar datang-vang sejajar dengan sumbuutama akan dipantulkanke satutitikyang disebut titik fokus Simr datang yang melervati pusat kelengkungan cermin akan drpantulkan kembali meleu'ati pusat kelengkurrgan tersebut. Secara geometri. konsep korsentrator ini seperti pada gambar 1.
ald
:1 -.
t
Gambar
1.
t'i'
Konsep konsentntor parabola
60
t
: :L! i-.: I
I
Dari gambar I dapat diperoleh persamaan-persamaan sebagai berikut
:
(1)
(2)
r')
I
(3)
w -"F,] f2
(4) (5)
Eksperimen Data eksperimen diperoleh dengan anra mengumpulkan hasil pengukuranlang telah ada pada daftar pustaka.
Data dan Pembahasan Data Padaganrbar 2 ditunjukkanpembagian energi elektoromagnetikberdasarkanpanjang gelombang
.
/:\v,t'u'. \--,,
(
)
:-io>c
A'r' Gambar 2. Pembagian gelombang elektromagnetikberdasarkan panjang gelombang.
6I
Idcalnva, energi foton dari nutahari yang dikonrersikan ke dalam bentuk energi listrik oleh silikon seperti pada tabcl 1.
Tabel I Energi matahari spektral idealyang digunakan sel silikon
I'rrl iarrqgclr)rrrltlrr q,
'
llln
l:l:rlirrrr -l'.rrrl rjikortvcrsi k;trt rilclr s,:l
\
<0.:i
0
0
0i-05
n.lh
n i n a
'
0.?-0
I
0.9-i
l
.. t
{).-\5
?3 ?0 l-r
071 {) 9l
11
i
0
'littal
I diperoleh dengan cara mendokuskan energi matahari ke sebuah bahan tahan api hingga suhu sekitar 1870 hingga 19250C, kemudian dari material Data pada tabel
tersebut dipancarkan energi foton dcngan panjang gelombang 1'ang lebih besar ke selsun'a. Pada kenlataann)'a. pembagian energi suq'a 1'ang menerpa sel suna seperti
padatabel 2. Tabel 2. Keseimbangan konversi energi matahari pada sel silikontanpa penggunaa n konscntrator
I
Patl:r
[rrrk:ru i l2 tli}l:r;:rrrikirrr tl:rrr tliseruLr i l.l : i-lisrnlp olclr ll.u:rrc. stl.ukn:r. hun:i .:;l:1.,'., Ii )l()tlitslttk )lUrllrSllrk ' lr.l li.l i \.lrrri:rrli 4r; :,ilil.r::: ),lr-rriur.!i .\.r'!.ii l.r::lns di ; i 1 I 5 I 1i,,*; klr',J:::t srrhri di lrrs lS'C Rrgi Kcno:lK k.t*lak cocoii:l:.t co.,rk^,r scl *.f O.tr dslt ,r-d,il il1ocul i 0\r i-.] i t(ulil Ltstttk dckc l)c,rg:rrvatrndrnkorrr.c.r'si O if i,, ill,'Si
I scl sutlll I
;
___J ac S.0 I Deliveli -- sebrgrr re!q!_!c
I
_i
Dalam pembahasan ini digunakan contoh perhitungan konsentrator dengan radius kelengkungan 2m, luas pancungan bola I mz. efektifitas 100%, dalam bennrk grafrk hasil perhitungan ini ditunjukkan pada gambar 3.
52
{50,00 1ay).ot)
,
120.00
I
350,m: 10c.cc
3m.m.i ?s0.00
= c
1 l
200.co
8000
'3n
00
40 00
1oo,r[
i i
20.00
50.00 j
I
0,00
j
0.1 0.? 0,3 0.4 0,5
0
0.6
0.8 0.9
0 0,1 0.2 0,3 0.4 0,5 0.5 0.7 0 3 0,9
I
x (m)
Gambar
3.
Hubungan antara
)({m
1
)
Al/M,tingkat energi dengan nilar x
Pembahasan Dari tabel I diketahuibahrva energi fotonmatahari memiliki panjang gelombang lebih dari 03/m. energi fotonmataharitidak semuanyadapatdiubahke dalambentuk energi listrik oleh sel surya. Dari tabel I terlihat bahu'a energi foton matahari pada panjang gelombang antara 0.3 hingga m sebagian dapat dikonsen'asikan ke dalam bentuk energi listrik, sementara energi pada tingkat yang lcbih tinggi tidak dapat. Pada gambar 2 ditunjukkan bahrva radiasi elektro magnetik pada rentang panjang
gelombang 0.1 hingga 100 m merupakan radiasi termal. Jika diperhatikan. rentang panjang gelombang dari energi matahari yang dapat diubah menjadi energi listrik masuk ke dalam radiasi energi termal
(ihat gambar 2).
Memperhatikan hal tersebut di atas, konsentrator yang dipergunakan tidak perlu dapat mernantulkan seluruh radiasilang dipancarkan oleh matahari hanla sebagian energi pada rentang panjang gelombangyang terlihatyang diperlukan. Bertolak dari sini.
pe
milihan rvarna korsentrator dilakukan. Konsentrator bem'arna putih akan lebih
tepat digunakan dibanding konsentrator seperti cermin.
Dari perhitungan perbandingan luas bidang penerima energi diketahui bahwa semakin kecil nilai x, semakin terkonsentrasi energi foton, sehingga semakinbesar energi yang diterima oleh sel surya persatuan luasnya. Pada gambar 3a, terlihat
nilai
A,/A, mengalami kenaikansangatsignifikanpadanilaixkurangdari 0.2 sedangkan nilai energi yang terdisipasi menjadi kalor perubahannya sangat kecil pada daerah
63
ini fungsi konsentrator rnenjadi bcrarli gar-nbar 3b. Dengan sernakin besarnl'a encrgi yang diterima oleh sel surya persatuan luasnl'a maka semakin besar energi listrik
pada
1'ang dapat diperoleh. Namun demikian, sel surya rnemiliki suhu kerja ideal 280C. dengan meningkatnya suhu, ehsiensi keqa sel suqa menumn. UntLrk mengetahui
hal tersebut perlu dilakukan pcnelitian lebih lanjut sampai tingkat manakah kerja konsentrator meningkatkan efisiensi kerja sel surya.
Kesimpulan dan Saran Dari uraian di atas dapat diambil kesimpulan sebagai berikul
l.
:
Konsentrator parabola dapat dipergunakan untuk meningkatkan intensitas penerirnaan energi foton matahari pada sel surya.
2.
Energi foton matahzri yang dapat diubah sel surya silikon pada rentang gelombang 0.3-1.7m m, oleh karena itu konsentrator rvarna putih lebih tepat digunakan.
3.
Pemilihan warna konsentrator parabola mengefesienkan kerja selsurya karena dapat mengurangi radiasi termal yang menerpanya.
Dari uraian di atas, penulis menyarankan
:
l.
Untuk mengetahui ukuran selsurya 1'ang tepat. perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang batas suhu kerja selsurya.
2.
Untuk meningkatlian efisiensi kerja selsun'a perlu diteliti lebih lanjut proses pendinginarurya.
Daftar Pustaka EI-\Vakil, M.M, 1985, Porver plant Technologl'. Mc Grarv-Hill Book Compary'. di,
lj,
1993 Pelpindahan
Kalor Universitas Gadjah Mada, Teknik Mesin.
Kanginan, M, 1991, Fisika SNIA. FenerbitErlangga.
64
,.
