Cara Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Kebanyakan dari kita tidak berpikir banyak tentang darimana kita mendapatkan energi listrik, hanya tahu listrik tersedia dan berlimpah. Listrik yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar fosil seperti batu bara, minyak dan gas bumi, memancarkan karbon dioksida, nitrogen oksida dan sulfur oksida.

Pembangkit Listrik Tenaga Surya, sumber gambar: www.renewablepowernews.com

Ilmuwan percaya bahwa proses tersebut berkontribusi terhadap perubahan iklim dan global warming. Energi panas matahari atau Energi Surya merupakan energi yang bebas karbon, sebagai alternatif terbarukan tidak seperti yang  dihasilkan dengan bahan bakar fosil seperti batu bara dan gas. 

Antara tahun 1984 dan 1991, Amerika Serikat membangun sembilan pembangkit listrik energi surya seperti di Gurun Mojave California, dan hari ini mereka terus memberikan kapasitas gabungan sebesar 354 megawatt per tahun, daya yang digunakan dalam 500.000 rumah di California.

Diperkirakan oleh US National Laboratories Energi Terbarukan dari tenaga panas matahari bisa menyediakan ratusan gigawatt listrik, sama dengan lebih dari 10 persen dari permintaan listrik di Amerika Serikat.

Lalu, Bagaimana Cara Kerja Pembangkit Listrik Energi Surya untuk menghasilkan listrik yang ramah lingkungan dan tanpa menghasilkan karbon? Mari kita cari tahu!

Pembangkit listrik panas matahari menghasilkan listrik secara tidak langsung. Panas dari sinar matahari dikumpulkan dan digunakan untuk memanaskan cairan. Uap yang dihasilkan dari fluida dipanaskan generator yang menghasilkan listrik. Ini mirip dengan cara pembakaran bahan bakar fosil-pembangkit listrik bekerja kecuali uap yang dihasilkan oleh panas yang dikumpulkan bukan dari pembakaran bahan bakar fosil.

Sistem Energi Surya

Ada dua jenis sistem energi surya: pasif dan aktif. Sistem pasif tidak memerlukan peralatan, seperti ketika panas menumpuk di dalam mobil ketikadiparkir di bawah sinar matahari. Sedangkan sistem yang aktif memerlukan beberapa cara untuk menyerap dan mengumpulkan radiasi matahari dan kemudian menyimpannya.

Pembangkit listrik termal tenaga surya adalah sistem aktif. Ada beberapa kesamaan dasar dari beberapa jenis pembangkit tenaga surya yakni: Cermin memantulkan dan mengkonsentrasikan sinar matahari, dan penerima mengumpulkan energi matahari serta mengubahnya menjadi energi panas. Sebuah generator kemudian  digunakan untuk menghasilkan listrik dari energi panas ini.

Beberapa Bentuk Panel Surya:

Pembangkit Listrik Tenaga Surya Berbentuk Datar, sumber gambar:

Pembangkit Tenaga Surya berbentuk Setengah Pipa, sumber gambar: www.solarthermalmagazine.com

Jenis yang paling umum dari pembangkit listrik panas matahari, termasuk pembangkit  di Gurun Mojave California, menggunakan desain berbentuk parabola untuk mengumpulkan radiasi matahari. Kolektor ini dikenal sebagai sistem konsentrator linear, dan terbesar mampu menghasilkan 80 megawatt listrik.

Komponen Penting dari Pembangkit Listrik Tenaga Surya:

Diagram Prinsip Kerja Sistem Tenaga Surya, sumber gambar: www.pre.ethz.ch

#1. Cermin

Cermin dibentuk seperti setengah pipa dan linear, berbentuk reflektor parabola ditutupi dengan lebih dari 900.000 cermin dari utara-selatan secara sejajar dan mempunyai poros putaran mengikuti matahari ketika bergerak dari timur ke barat di siang hari.  

Karena bentuknya, jenis pembangkit ini bisa mencapai suhu operasi sekitar 750 derajat F (400 derajat C), mengkonsentrasikan sinar matahari pada 30 sampai 100 kali intensitas normal perpindahan panas-cairan atau air/uap pipa. Cairan panas yang digunakan untuk menghasilkan uap, dan uap kemudian memutarkan turbin sebagai generator untuk menghasilkan listrik.

#2. Menara/Tower

Menara listrik bergantung pada ribuan heliostats, yang besar, cermin datar matahari sebagai pelacakan, untuk fokus dan mengkonsentrasikan radiasi matahari ke penerima menara tunggal. Seperti halnya pada palung cermin parabola, transfer cairan panas atau uap dipanaskan dalam receiver (menara yang mampu mengkonsentrasikan energi matahari sebanyak 1.500 kali), kemudian diubah menjadi uap dan digunakan untuk menghasilkan listrik dengan turbin dan Generator.

Desain menara listrik masih dalam pengembangan, akan tetapi suatu hari nanti bisa direalisasikan sebagai pembangkit listrik grid-connected memproduksi sekitar 200 megawatt listrik per tower.

 
#3. Mesin

Dibandingkan cermin parabola dan menara listrik, sistem mesin adalah produsen kecil (sekitar 3 sampai 25 kilowatt). Ada dua komponen utama: konsentrator surya dan unit konversi daya (mesin / genset). Mesin ini menunjuk dan melacak matahari dan mengumpulkan energi matahari,sserta mampu mengkonsentrasikan energi sekitar 2.000 kali.  

Sebuah penerima termal, serangkaian tabung diisi dengan cairan pendingin (seperti hidrogen atau helium), berada di antara piring dan mesin. Hal ini bertujuan untuk menyerap energi surya terkonsentrasi dari piringan, kemudian mengkonversi panas dan mengirimkan panas ke mesin di mana berubah menjadi listrik.

Penyimpanan Energi Panas
 
Sistem panas matahari adalah solusi energi terbarukan yang menjanjikan karena matahari adalah sumber daya yang melimpah. Kecuali dimalam hari. Atau saat matahari terhalang oleh awan. Sistem penyimpanan energi panas tekanan tinggi pada tangki penyimpanan cairan digunakan bersama dengan sistem panas matahari untuk memungkinkan pembangkit menyimpan energi potensial listrik. Penyimpanan off-peak adalah komponen penting untuk efektivitas pembangkit listrik panas matahari.

Tiga teknologi TES  (Thermal Energy Storage) primer telah diuji sejak 1980-an ketika  pembangkit listrik termal pertama dibangun dengan sistem langsung dua-tangki, sistem tidak langsung dua-tank dansistem termoklin tunggal-tank.

Dalam sistem langsung dua-tangki, energi panas matahari disimpan tepat di tempat yang sama dengan  transfer cairan panas yang dikumpulkan. Cairan ini dibagi menjadi dua tank, satu tangki penyimpanan pada suhu rendah dan yang lain pada suhu tinggi.

Cairan yang disimpan dalam tangki suhu rendah berjalan melalui kolektor surya pembangkit listrik di mana dipanaskan dan dikirim ke tangki suhu tinggi. Cairan disimpan pada suhu tinggi dikirim melalui penukar panas yang menghasilkan uap, yang kemudian digunakan untuk menghasilkan listrik di generator. Dan setelah melalui penukar panas, cairan kemudian kembali ke tangki suhu rendah.

Sebuah sistem tidak langsung dua-tangki berfungsi pada dasarnya sama dengan sistem langsung kecuali bekerja dengan berbagai jenis transfer panas cairan, biasanya dengan harga yang mahal atau tidak dimaksudkan untuk digunakan sebagai cairan penyimpanan. Untuk mengatasi hal ini, sistem tidak langsung melewati cairan suhu rendah melalui penukar panas tambahan.

Berbeda dengan sistem dua tangki, sistem termoklin tunggal-tank menyimpan energi panas sebagai padatan, biasanya berbentuk pasir silika. Di dalam sebuah tangki tunggal, bagian padat disimpan dari suhu rendah ke suhu tinggi, dalam gradien suhu, tergantung pada aliran cairan. 

Untuk tujuan penyimpanan, transfer cairan panas mengalir ke bagian atas tangki dan mendingin karena perjalanan ke bawah, keluar sebagai cairan suhu rendah. Untuk menghasilkan uap dan menghasilkan listrik, proses dibalik.

Sistem panas matahari yang menggunakan minyak mineral atau garam cair sebagai media transfer panas yang utama untuk TES, tapi sayangnya tanpa penelitian lebih lanjut, sistem yang berjalan di atas air/uap tidak dapat menyimpan energi panas.  

Beberapa Penerapan Sederhana Pembangkit Tenaga Surya

# Rumah Kaca Energi Surya
 

Green House Tenaga surya, sumber gambar: www.triplepundit.com

Ide menggunakan bahan massa termal - bahan yang memiliki kapasitas untuk menyimpan panas - untuk menyimpan energi surya berlaku untuk lebih dari sekedar surya skala besar pembangkit listrik termal dan fasilitas penyimpanan. Idenya dapat bekerja dalam sesuatu yang lebih sederhana seperti rumah kaca.

Semua rumah kaca sebagai perangkap energi matahari di siang hari, biasanya dengan manfaat menghadap ke selatan dan atap miring untuk memaksimalkan paparan sinar matahari. Tapi setelah matahari terbenam, rumah kaca panas matahari dapat mempertahankan panas termal dan menggunakannya untuk menghangatkan rumah kaca di malam hari.

Bebatuan, semen dan air atau barel berisi air semua dapat digunakan sebagai alat sederhana, bahan pasifmassa termal (heat sink), menangkap panas matahari di siang hari dan memancar kembali di malam hari.

Aspirasi yang lebih besar? Menerapkan ide-ide yang sama yang digunakan dalam pembangkit listrik panas matahari (meskipun pada tingkat yang jauh lebih kecil). Rumah kaca panas matahari, juga disebut rumah kaca surya aktif, memerlukan dasar-dasar yang sama seperti sistem termal surya lain: kolektor surya, tangki penyimpanan air, tabung atau pipa (dimakamkan di lantai), pompa untuk memindahkan media perpindahan panas (udara atau air) dalam kolektor surya untuk penyimpanan dan listrik (atau sumber daya lain) untuk daya pompa.
 

Cara Kerja Rumah Kaca Panas surya:

Dalam satu skenario, udara yang mengumpul di puncak atap rumah kaca ditarik melalui pipa dan di bawahlantai. Pada siang hari, udara ini panas dan menghangatkan tanah. Pada malam hari, udara dingin ditarik ke dalam pipa. Tanah hangat memanaskan udara dingin, yang pada gilirannya memanaskan rumah kaca. Atau, air kadang-kadang digunakan sebagai media transfer panas. Air dikumpulkan dan solar dipanaskan dalamtangki penyimpanan eksternal dan kemudian dipompa melalui pipa-pipa untuk menghangatkan rumah kaca.

# Cerobong Asap Tenaga Surya

Cerobong Asap Tenaga Surya, sumber gambar: topgreencontractors.com

Sama seperti rumah kaca panas matahari, cara untuk menerapkan teknologi panas matahari untuk kebutuhansehari-hari digunakan pula untuk cerobong asap panas matahari, atau cerobong termal yang memanfaatkanbahan massa termal. 

Cerobong termal pasif sistem ventilasi surya, yang berarti nonmechanical. Contoh ventilasi mekanis termasuk ventilasi seluruh rumah yang menggunakan ventilasi dan saluran untuk membuang udara kotor dan udara segar. Melalui prinsip pendinginan konvektif, cerobong termal memungkinkan udara dingin sementaramendorong udara panas dari dalam ke luar. Dirancang berdasarkan pada kenyataan bahwa udara panas naik,mengurangi panas yang tidak diinginkan selama seharian dan melakukan pertukaran interior (hangat) udara untuk eksterior (dingin) udara.

Cerobong termal biasanya terbuat dari hitam, massa termal berongga dengan bukaan di bagian atas untuk udara panas berperan sebagai knalpot. Bukaan inlet lebih kecil dari outlet pembuangan dan ditempatkan pada ketinggian rendah sampai tinggi sedang di kamar. Ketika udara panas naik lolos melalui eksterior knalpotoutlet, baik ke luar atau ke dalam tangga terbuka atau atrium. Karena ini terjadi, sebuah updraft menarikudara dingin masuk melalui lubang.

Dalam menghadapi pemanasan global, kenaikan biaya bahan bakar dan permintaan yang semakin berkembang untuk energi, kebutuhan energi diperkirakan akan meningkat hampir setara dengan 335 jutabarel minyak per hari, dan sebagian besar untuk listrik. 

Salah satu hal yang besar tentang tenaga panas surya adalah bahwa hal tersebut diperlukan sekarang, tidak menunggu lagi. Dengan mengkonsentrasikan energi surya dengan bahan reflektif dan mengubahnya menjadi listrik, pembangkit listrik panas matahari modern, jika diadopsi hari ini sebagai bagian tak terpisahkan daripembangkit energi, mungkin mampu menjadi sumber listrik untuk lebih dari 100 juta orang selama 20 tahun ke depan. Semua dari satu sumber daya terbarukan paling besar yakni matahari.

Saat ini teknologi pembangkit tenaga surya sudah sangat pesat untuk mengetahui lebih banyak mengenai hal ini cek di link berikut. Penerapannya sendiri sudah sangat beragam seperti lampu jalanan yang menggunakan panel surya dan banyak lainnya.