Pengenalan Energi Surya

Matahari adalah salah satu komponen utama penggerak kehidupan. Rasanya sulit membayangkan kelangsungan hidup makhluk hidup  tanpa adanya matahari. Siklus alam seperti angin, air, dan juga siklus dalam tumbuhan yaitu fotosintesis, kesemuanya melibatkan peran matahari, baik akibat dari posisi matahari terhadap bumi, maupun akibat radiasi cahaya yang sampai ke bumi. Studi juga menunjukkan bahwa energi matahari yang sampai kebumi dalam satu jam sudah cukup untuk memenuhi kebutuhan energi seluruh manusia dipermukaan bumi dalam satu tahun! Alasan yang cukup untuk memacu pemaksimalkan energi matahari sebagai energi terbarukan terutama dengan pengkonversian menjadi listrik oleh divais sel/panel surya.

Konversi energi cahaya matahari menjadi listrik oleh sel/panel surya adalah alternatif untuk memaksimalkan potensi energi surya untuk sumber energi yang berkelanjutan. (Gambar : ecofriend)

Matahari memancarkan radiasi cahaya dengan berbagai panjang gelombang, mulai dari ultraviolet, cahaya tampak, sampai infrared dari spektrum elektromagnetik. Radiasi ini timbul sebagai akibat dari permukaan matahari yang mempunyai temperatur sekitar 5800 K (~5500 C) sehingga spektrum yang dipancarkan matahari sama dengan spektrum dari blackbody pada temperatur yang sama. Blackbody ini didefinisikan sebagai objek yang menyerap secara sempurna semua radiasi elektromagnetik, dan juga mampu memancarkan radiasi dengan distribusi energi bergantung kepada temperaturnya.

Perbandingan Spektra Energi radiasi sebagai fungsi panjang gelombang dari matahari untuk kondisi  tepat diatas atmosfer bumi, blackbody, dan pada permukaan bumi.  (Gambar : wikipedia)

Gambar diatas menunjukan besar energi radiasi yang diterima dari matahari per satuan area per satuan waktu sebagai fungsi dari panjang gelombang.  Pada permukaan matahari energi radiasi yang dipancarkan yaitu sebesar 62 MW/m2, dan diatas atmosfer bumi radiasinya berkurang menjadi total  sebesar 1353 W/m2. Untuk radiasi blackbody, semakin tinggi temperatur objek blackbody tersebut maka semakin besar juga energi radiasinya. Blackbody pada temperatur rata-rata bumi yaitu 300 K, paling kuat memancarkan pada gelombang infrared dan radiasinya tidak dapat terlihat oleh mata. Untuk matahari, dengan temperatur skitar 5800 K, radiasinya paling kuat berada pada gelombang cahaya tampak (visible) dengan panjang gelombang sekitar 300 – 800 nanometer (nm), seperti terlihat pada gambar diatas.

Efek Awan dan Atmosfer bumi terhadap energi radiasi yang sampai ke permukaan bumi. Sekitar 50% dari energi radiasi matahari yang tiba di atmosfer bumi, sampai ke permukaan bumi. (Gambar : Wikipedia dan NASA)

Radiasi cahaya matahari yang sampai dipermukaan atmosfer bumi tidak semuanya diterima oleh permukaan bumi karena mengalami proses pengamburan oleh awan atau juga partikel-partikel lain yang ada didalam atmosfer bumi.  Cahaya  dengan panjang gelombang  kurang dari 300 nm dan cahaya tampak  difilter oleh atom dan molekul oksigen (O2), ozon (O3), dan nitrogen (N2). Sedangkan air (H2O) dan karbon dioksida (CO2) umumnya menyerap cahaya pada area gelombang infrared yang merupakan alasan penurunan secara drastis pada spektra radiasi di panjang gelombang 900, 1100, 1400, 1800, 1900 dan 2600 nm.

Berbagai kondisi Air Mass yang )bergantung pada sudut elevasi matahari. Umumnya Air Mass (AM 1.5) digunakan sebagai untuk standar pengukuran performansi sel dan panel surya. (Gambar : LaserFocusWorld)

Pengaruh dari atmosfer terhadap spektrum radiasi matahari direpresentasikan dengan faktor “Air Mass” (AM), yang didefinisikan sebagai jarak tempuh cahaya matahari dalam atmosfer bumi sebagai fungsi dari sudut elevasi matahari terhadap permukaan bumi. Gambar diatas menggambarkan berbagai kondisi air mass sesuai sudut elevasi matahari.  Air Mass 0 (AM0) menggambarkan kondisi cahaya matahari tepat diluar atmosfer bumi, sehingga relevan untuk panel surya yang digunakan pada satelit-satelit bumi.  Untuk AM1, jarak tempuh cahaya matahari sama dengan tebal dari atmosfer ketika kondisi matahari tepat berada diatas. Namun apabila tidak tepat berada diatas, jarak tempuhnya semakin bertambah  sesuai fungsi inverse dari cosinus sudut elevasi matahari. Sebagai contoh, ketika sudut elevasinya 60 maka jarak tempuhnya menjadi dua kali lipat (AM2). Umumnya AM1.5 dengan sudut elevasi 48 digunakan sebagai standar untuk pengukuran sistem panel surya. Besar energi untuk AM1.5 yaitu 1000 W/m2, sedangkan untuk AM0 yaitu 1360 W/m2 yang biasa disebut solar constant.

Besar aktual radiasi cahaya matahari yang diterima dipermukaan bumi bervariasi tiap area, dan sangat bergantung kepada musim dan variasi dari posisi matahari dan orientasi bumi. Gambar dibawah menunjukkan besar rata-rata energi radiasi cahaya dalam kWh persatuan area perhari diberbagai belahan bumi, untuk kondisi langit cerah dan radiasi tepat horizontal diatas permukaan bumi. Dari gambar  tersebut jelas terlihat potensi penggunaan energi surya dari negara-negara yang terletak dekat dengan ekuator termasuk Indonesia. Selain itu, radiasi cahaya matahari di Indonesia pun relatif konstan pertahunnya dikarenakan hanya terdapat dua musim, dibandingkan negara-negara dengan empat musim dimana pada musim-musim tertentu energi radiasi yang diterima akan berkurang.

Energi radiasi matahari yang diterima diberbagai belahan bumi dalam satuan kWh/m2/hari untuk kondisi langit cerah dan cahaya matahari tepat horizontal diatas permukaan bumi. (Gambar : NASA)

Sumber :

 1. Jenny Nelson, “Physics of Solar Cell”, Imperial College Press, 2003.

2. Paul A. Lynn, “Electricity from Sunlight”, Wiley, 2010.

3. Wikipedia

4. NASA website

5. Laser Focus World website

*Definisi dari istilah-istilah teknis diartikel ini bisa ditemukan di menu “Daftar istilah-istilah”


  1. artikelny bagus nih … oia klo mw tw lebih banyak tentang energi surya silakan kunjungi http://solarpanelindonesia.wordpress.com
    Trims

  2. saya suka materi ini sebagai bahan kuliah mahasiswa bidang iklim…..

  3. Sangat menarik ulasannya.makin menambah pengetahuan kami tentang bagaimana melimpahnya energi panas matahari di wilayah Indonesia.Sayang tidak dimanfaatkan.

  4. Semua penjelasan yang telah di berikan sangat bermanfaat.sekian dan trimakasi

  5. saya ada tugas mengenai solar cells mas,maksudnya apa ya?
    sel surya atau panel surya?
    dan apa saja yg perlu di tulis dalam laporan saya ,laporannya berbentuk word or PPt?
    terima kasih

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: