MATAHARI SEBAGAI SUMBER ENERGI

Pada dasarnya, Matahari merupakan sumber kehidupan bagi manusia di muka bumi ini. Matahari digunakan sebagai suatu penunjang untuk kehidupan, untuk pekerjaan, kegiatan sehari-hari, dan sebagainya. Untuk tumbuhan, energi matahari digunakan untuk menghasilkan makanan yang nantinya akan dikonsumsi oleh manusia dan hewan. Mereka juga memerlukan matahari untuk tumbuh kembangnya. Beberapa hewan memerlukan matahari untuk berjemur setelah seharian mereka hidup di air.

Terutama manusia, mereka memerlukan matahari untuk mengeringkan pakaian, menjadikannya tenaga, bahkan untuk menguraikan protein menjadi  vitamin D  yang baik untuk tulang. Energi matahari yang cukup memang baik, tetapi jika kekurangan maupun kelebihan akan menjadi tidak baik. Tanpa sinar matahari, manusia dan mahluk hidup lainnya tidak akan dapat bertumbuh kembang dengan baik karena ketergantungan mereka terhadap matahari. Mengontrol stabilitas peredaran bumi yang juga berarti mengontrol terjadinya siang dan malam, tahun serta mengontrol planet lainnya. Tanpa matahari, sulit membayangkan kalau akan ada kehidupan di bumi. Selain cahayanya, matahari memiliki suatu pancaran yang bernama Radiasi. Radiasi matahari merupakan salah satu energi yang dipancarkan matahari dari suatu proses termonuklir.

A.           PENGERTIAN  RADIASI  MATAHARI

                Radiasi Matahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses thermonuklir yang terjadi di Matahari. Energi radiasi Matahari berbentuk sinar dan gelombang elektromagnetik. Spektrum radiasi Matahari sendiri terdiri dari dua yaitu, sinar bergelombang pendek dan sinar bergelombang panjang. Sinar yang termasuk gelombang pendek adalah sinar x, sinar gamma, sinar ultra violet, sedangkan sinar gelombang panjang adalah sinar infra merah.

Jenis-jenis radiasi elektromagnetik :

No	Jenis Radiasi	Frekuensi ( Hz )	Panjang Gelombang ( nm )
1	Sinar Gama	1020	10-3
2	Sinar X (Rontgen )	1018	10-1
3	Ultra Violet	1016	10
4	Cahaya Tampak (me-ji-ku-hi-bi-u)	1015 > f > 1014	102 < l < 103
5	Infra Merah	1014 – 1011	103 – 106
6	Gelombang Mikro	1010 – 107	107 – 1010
7	Gelombang Radio	106 - 102	1011 - 1015

               

Jumlah total radiasi yang diterima di permukaan bumi tergantung 4 (empat) faktor :

1.      Jarak Matahari. Setiap perubahan jarak bumi dan Matahari menimbulkan variasi terhadap penerimaan energi Matahari

2.      Intensitas radiasi Matahari yaitu besar kecilnya sudut datang sinar Matahari pada permukaan bumi. Jumlah yang diterima berbanding lurus dengan sudut besarnya sudut datang. Sinar dengan sudut datang yang miring kurang memberikan energi pada permukaan bumi disebabkan karena energinya tersebar pada permukaan yang luas dan juga karena sinar tersebut harus menempuh lapisan atmosphir yang lebih jauh ketimbang jika sinar dengan sudut datang yang tegak lurus.

3.      Panjang hari (sun duration), yaitu jarak dan lamanya antara Matahari terbit dan Matahari terbenam.

4.      Pengaruh atmosfer. Sinar yang melalui atmosfer sebagian akan diadsorbsi oleh gas-gas, debu dan uap air, dipantulkan kembali, dipancarkan dan sisanya diteruskan ke permukaan bumi.

Sangat banyak pengaruh radiasi sinar matahari terhadap kehidupan di Bumi, dalam segala bidang. Tanpa sinar matahari, mungkin tidak ada kehidupan di bumi. Matahari sebagai energi kalor yang besar, merupakan bahan utama untuk proses fotosintesis disamping klorofil dan CO₂. Tanpa energi atau sinar matahari, tumbuhan tidak akan dapat melakukan fotosintesis untuk membuat makanan. Tidak hanya itu, sinar matahari juga bermanfaat untuk kesehatan manusia, sinar matahari dapat menguraikan protein menjadi vitamin D untuk proses pertumbuhan, oleh karena itu Bayi sangat dianjurkan berjemur untuk mendapatkan sinar matahari di pagi hari.

B.     ASAL USUL RADIASI MATAHARI

            Matahari tersusun atas hidrogen dan helium. Strukturnya terdiri atas enam lapisan yaitu, inti matahari, zona radiatif, zona konvektif, fotosfer, kromosfer, dan korona. Inti matahari merupakan bagian terdalam matahari yang menghasilkan energi cahaya dan energi panas. Energi tersebut dibawa ke lapisan zona radiatif dalam bentuk radiasi. Dalam lapisan ini, suhu energi dalam bentuk radiasi matahari masih sangat tinggi, yaitu dua hingga tujuh juta derajar celcius. Atom-atom dalam energi matahari yang masih bersuhu tinggi ini kemudian akan menuju ke zona konvektif yang lebih dingin. Namun, pergerakan atom tersebut akan kembali ke zona radiasi dan kemudian bergerak menuju ke zona konvektif lagi.

Proses ini sama dengan proses merebus air dalam panci tertutup dimana air yang mendidih akan mengalami penguapan dan akan berubah lagi menjadi air yang jatuh ke bawah, kemudian menguap lagi dan begitu seterusnya. Setelah proses yang serupa dengan mendidihkan air tersebut, pada lapisan fotosfer, suhu akan mencapai di titik yang lebih rendah lagi yaitu 5. 500 derajat celcius. Fotosfer inilah yang menghasilkan cahaya matahari yang kita rasakan selama ini. Sedangkan cahaya dari korona dan kromosfer hanya bisa disaksikan pada saat tertentu karena tertutup oleh lapisan fotosfer.

C.           JENIS- JENIS  RADIASI  MATAHARI

1.    Radiasi Solar 

Radiasi solar adalah Radiasi yang dikeluarkan oleh Matahari. Kira-kira 99. 9 persen dari radiasi ini berupa energi elektromagnetik dengan panjang gelombang antara 0, 15 s/d 4, 0 microns dengan persentasi tertinggi pada intensitas 0, 4 s/d 0, 7 microns berupa cahaya. Selebihnya berupa energi elektromagnetik Inframerah dan ultraviolet (UV). Radiasi Solar yang menembus lapisan terendah atmosfer dapat juga dibedakan dalam beberapa kelas, yaitu:

a.       Radiasi Solar Langsung yaitu Radiasi Solar yang datang dari sudut bulat cakram matahari.

b.      Radiasi Solar Global yaitu Radiasi Solar yang diterima oleh permukaan horizontal berupa radiasi solar langsung dan radiasi yang dihamburkan ke arah bawah sewaktu melewati lapisan atmosfer.

c.       Sky Radiasi yaitu Radiasi Solar yang dihamburkan ke arah bawah oleh lapisan atmosferr (bagian kedua dari radiasi global).

d.      Radiasi Solar Yang Dipantulkan yaitu Radiasi Solar yang dipantulkan ke arah atas oleh permukaan bumi dan dihamburkan oleh lapisan atmosfer antara permukaan bumi dan titik pengamatan.

2.    Radiasi Terrestrial 

Radiasi terrestrial adalah radiasi yang dikeluarkan oleh planet bumi termasuk atmosfernya, sehingga radiasi terrestrial dapat dibedakan dalam dua kategori, yaitu :

a.       Radiasi Permukaan Terrestrial adalah radiasi yang dikeluarkan oleh permukaan bumi.

b.      Radiasi Atmosfer adalah radiasi yang dikeluarkan oleh atmosphir.

3.    Radiasi Total

Radiasi total adalah Jumlah Radiasi Solar dan Terrestrial. Biasanya dibedakan dalam dua pengertian sesuai kebutuhan, yaitu : radiasi gelombang pendek < 4 μm dan radiasi gelombang panjang > 4 μm.

D.    JENIS-JENIS PEMANASAN RADIASI MATAHARI

Absorpsi adalah penyerapan panas matahari oleh unsur-unsur di atmosfer yang menyerap radiasi tersebut seperti oksigen, nitrogen, ozon, hidrogen dan debu.

Refleksi adalah pemanasan matahari oleh udara/atmosfer kemudian dipantulkan kembali ke angkasa oleh butir-butir air di atmosfer.

Difusi adalah proses penyebaran sinar/panas matahari ke segala arah oleh atmosfer. Sinar gelombang pendek warna biru merupakan gelombang yang dihamburkan paling baik oleh lapisan udara sehingga langit akan berwarna biru pada siang hari.

E.     PERANAN RADIASI MATAHARI BAGI HIDUP KITA

·         Menjaga kelangsungan hidup manusia

Sinar matahari merupakan satu-satunya energi yang sanggup menjaga suhu makhluk hidup beserta bumi agar kedunya seimbang. Pengaturan suhu tersebut dilakukan melalui pergerakan bumi yang mengelili matahari sehingga tubuh kita tetap terjaga dan kelangsungan hidup kita tetap terjaga. Dengan pengaturan suhu matahari ini, manusia juga bisa selalu mendapatkan air.

·         Bersama Tumbuhan Menghasilkan Oksigen

Ini dia, salah satu peran langsung sinar matahari yang sangat penting bagi hidup manusia. Tumbuhan berkerjasama dengan matahari untuk memberikan oksigen sebagai sumber kehidupan manusia dan hewan. Oksigen dari proses inilah yang kita hirup setiap harinya. Matahari juga membantu proses pertumbuhan tanaman yang digunakan sebagai sumber pangan manusia juga.

·         Penghasil minyak bumi dan batu bara

Ini juga salah satu tugas mulia matahari dan lagi-lagi dilakukan untuk hidup manusia. Secara tidak langsung, sinar matahari mengubah fosil-fosil dan makhluk hidup yang sudah mati menjadi minyak bumi dan batu bara sebagai sumber energi. Keberadaannya sangat penting bagi kehidupan manusia mulai dari transportasi, masalah pangan, hingga ekonomi.

·         Pembangkit listrik

Dengan teknologi yang semakin maju, sinar matahari digunakan sebagai pembangkit listrik. Energi sinar matahari ditangkap dalam panel-panel yang dipasang di atap. Bahkan, pembangkit listrik dengan metahari atau yang biasa disebut pembangkit linstrik tenaga surya ini bisa dipasang di rumah. Panel dipasang pada atap rumah, kemudian sinar tersebut akan diubah menjadi tenaga listrik dan disimpan dalam aki.

F.     PENGARUH RADIASI MATAHARI TERHADAP LINGKUNGAN

            Radiasi Matahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses thermonuklir yang terjadi di matahari. Kehidupan manusia memang tidak terlepas dari sumber-sumber radiasi. Radiasi yang berarti pemancaran atau penyinaran merupakan penyebaran partikel-patikel elementer dan energi radiasi dari suatu sumber radiasi. Energi radiasi dapat mengeluarkan elektron dari inti atom dan sisa atom ini menjadi muatan positif dan disebut ion positif, sementara itu elektron yang dikeluarkan dapat tinggal bebas atau mengikat ion netral lainnya dan membentuk ion negatif. Peristiwa pembentukan ion positif dan ion negatif dinamakan ionisasi, ini sangat penting sekali untuk diketahui karena melalui proses ionisasi ini jaringan tubuh akan mengalami kelainan atau kerusakan pada sel-sel tubuh.

 Berdasarkan ada tidaknya ionisasi maka radiasi dibagi dalam 2 kategori yaitu

1.                  Radiasi yang tidak menimbulkan ionisasi

1.                  Sinar ungu ultra

2.                  Sinar merah infra

3.                  Gelombang ultrasonik

2.                  Radiasi yang dapat menimbulkan ionisasi

1.                  Sinar alfa

2.                  Sinar beta

3.                  Sinar gamma

4.                  Sinar X

5.                  Proton

Energi radiasi matahari berbentuk sinar dan gelombang elektromagnetik. Radiasi elektromagnetik bisa dibedakan menjadi :

1.    Radiasi yang terlihat oleh mata kita (visible radiation, contohnya cahaya)

2.    Radiasi yang dapat kita rasakan (kulit, wajah), namanya radiasi infra merah.

Panjang gelombang radiasi inframerah lebih panjang daripada panjang gelombang cahaya (visible radiation). Gelombang elektromagnetik menyebar dalam bentuk 3 dimensi (volume), seperti halnya gelombang yang tersebar membentuk sebuah bola (sphere). Dalam hal ini, volumen di sekitar gelombang elektromagnetik bisa berbentuk: benda keras, cairan, gas, tapi bisa juga kekosongan (vacuum).

Radiasi matahari yang diterima oleh bumi kita (energi matahari) akan diterima dengan cara sebagai berikut:  

1.                  Diserap oleh aerosol dan awan di atmosfer bumi yang akhirnya menjadi panas. Radiasi yang terserap ini menyebabkan naiknya temperatur gas-gas dan aerosol-aerosol. Aerosol adalah kumpulan cairan kecil atau partikel-partikel solid yang menyebar dalam suatu gas, seperti uap air di atmosfir, debu-debu angkasa, etc.

2.                  Ditangkis oleh atmosfer (oleh gas-gas dan aerosol-aerosol), dalam hal ini radiasi ditangkis dan disebarkan ke segala penjuru. Sebagian radiasi menuju kembali ke angkasa, sebagian sampai ke permukaan bumi. Penangkisan dan penyerapan radiasi bisa terjadi di segala lapisan atmosfir, yang paling sering lapisan bawah di mana massa atmosfer lebih terkonsentrasi.

3.                  Radiasi yang tidak tertangkis maupun terserap oleh atmosfir, sampai ke permukaan bumi. Karena bumi sangat padat, maka radiasi ini bukan ditangkis, melainkan dikembalikan satu arah ke atmosfir (proses ini biasa disebut refleksi - walaupun sebenarnya sama saja dengan tangkisan). Es dan salju merefleksi hampir kebanyakan dari radiasi solar yang sampai ke permukaan bumi, sedangkan laut, merefleksi sangat sedikit.

4.                  Radiasi yang sampai ke permukaan bumi yang tidak direfleksi, akan diserap oleh bumi. Di lautan, penyerapan ini sampai pada puluhan meter dari permukaan laut, sedangkan di daratan, hanya pada level yang lebih tipis. Seperti halnya yang terjadi pada atmosfir, penyerapan radiasi di permukaan bumi menyebabkan naiknya temperatur permukaan tersebut.

Beberapa cara bumi melepaskan energi panas yang diterimanya:

1.             Emisi radiasi dari permukaan bumi.

2.             Konveksi

            Ada dua faktor yang patut dibahas dalam konveksi, yaitu konduksi dan konveksi itu sendiri. Konduksi adalah perpindahan panas antara dua sustansi dari sustansi yang bersuhu tinggi, panas berpindah ke sustansi yang bersuhu rendah dengan adanya kontak kedua sustansi secara langsung. Konveksi sendiri artinya cairan yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu. Expansi termal adalah sifat dari sustansi yang bertemperatur tinggi dimana partikel-partikel sustansi tersebut volumennya meluas/ membesar akibat panas. Maka akibatnya berat jenis partikel itu berkurang.

            Karena berkurangnya berat jenis partikel, maka partikel itu akan terdorong ke atas (dalam hal ini udara panas) , sedangkan udara dingin yang ada di atasnya akan turun menggantikannya. Nah sekarang bagaimana proses keluarnya panas (yang berasal dari radiasi solar) dari bumi? Pertama-tama radiasi solar berhasil diserap oleh bumi dan menjadi enerji panas. Panas di permukaan bumi menyebabkan panasnya udara di permukaan oleh proses konduksi. Dari sinilah proses konveksi dimulai.

            Udara yang sudah dipanaskan oleh permukaan bumi kemudian naik ke permukaan karena konveksi, hingga menggantikan udara dingin yang berada di atasnya. Udara dingin yang tadinya berada di atas, terdorong ke bawah oleh hawa panas tadi. Karena proses konveksilah jumlah panas yang berhasil dipindahkan bumi ke angkasa lebih tinggi dibandingkan jika hanya terjadi proses konduksi saja. Uap air panas yang naik, mentransfer energi panas itu ke sekelilingnya dan selanjutnya akan berpindah ke bawah lagi.

G.    DAMPAK RADIASI MATAHARI

            Dampak negatif terhadap kesehatan manusia

 Efek yang ditimbulkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik pada radiasi matahari yaitu :

1.                  Efek Fisiologis

            Efek ini mengakibatkan gangguan pada organ-organ tubuh manusia berupa, kanker otak dan pendengaran, tumor, perubahan pada jaringan mata termasuk retina dan lensa mata, gangguan pada reproduksi, hilang ingatan, kepala pening.

      2.         Efek Psikologis

      Merupakan efek kejiwaan yang ditimbulkan oleh radiasi tersebut misalnya timbulnya stress dan ketidaknyamanan karena penyinaran radiasi berulang-ulang. Selain efek dari  radiasi gelombang elektromagnetik, radiasi pengion (radiasi sinar X atau sinar gamma) juga memiliki dampak negatif terhadap kesehatan manusia yaitu pada sistem biologis. Sebagai akibat ionisasi ini terjadi kelainan atu kerusakan pada jaringan.

Beberapa kelainan terhadap tubuh yaitu

-          Terhadap kulit: menimbulkan keradangan kulit akut.

-          Terhadap mata: menimbulkan konjungtivitas dan keratitis. Lensa mata sangat          radiosensitif sehingga pada penyinaran 400-500 rad menimbulkan katarak.

-          Terhadap alat kelamin:

1.                  Dosis 600 rad menimbulkan sterilitas (testis lebih sensitif daripada ovum). Pada dosis rendah dapat menimbulkan mutasi gen dan kelainan pada turunan.

2.                  Pada wanita hamil akan terjadi kematian foetus atuu menimbulkan kelainan.

-          Terhadap paru-paru: menimbulkan batuk, sesak nafas dan nyeri dada serta   fibrosis paru-paru.

-          Terhadap tulang: menimbulkan gangguan pertumbuhan tulang serta             osteoporosis.

-          Terhadap saraf: timbul degenerasi jaringan otak.

-          Penyakit radiasi: demam, rasa lelah, kurang nafsu makan, mual, nyeri kepala dan     mudah mencret.

-          Efek genetik: terjadi mutasi gen.

H. PEMANFAATAN RADIASI MATAHARI UNTUK ENERGI

                Energi yang berasal dari radiasi matahari merupakan potensi energi terbesar dan terjamin keberadaannya di muka bumi. Berbeda dengan sumber energi lainnya, energi matahari bisa dijumpai di seluruh permukaan bumi. Pemanfaatan radiasi matahari sama sekali tidak menimbulkan polusi ke atmosfer. Perlu diketahui bahwa berbagai sumber energi seperti tenaga angin, bio-fuel, tenaga air, dsb, sesungguhnya juga berasal dari energi matahari. Pemanfaatan radiasi matahari umumnya terbagi dalam dua jenis, yakni termal dan photovoltaic. Pada sistem termal, radiasi matahari digunakan untuk memanaskan fluida atau zat tertentu yang selanjutnya fluida atau zat tersebut dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik. Sedangkan pada sistem photovoltaic, radiasi matahari yang mengenai permukaan semikonduktor akan menyebabkan loncatan elektron yang selanjutnya menimbulkan arus listrik.

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)  adalah suatu system yang terdiri dari satu satuan peralatan untuk membangkitkan daya listrik dengan memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber energi listrik  dasar yaitu dengan mengubah energi sinar matahari menjadi energi listrik melalui konversi photovoltaic sel surya. Adapun sel surya menjadi energi listrik dalam bentuk arus searah (DC). Modul surya (photovoltaic) merupakan perangkat yang berbentuk pipih adalah suatu unit rangkaian lengkap yang tersusun dari sejumlah sel surya yang dirangkai secara seri atau parallel. Untuk mendapatkan keluaran energi listrik yang maksimum, maka permukaan modul surya harus selalu mengarah ke matahari, karena matahari mempunyai lintasan dengan sudut tertentu.

 Modul surya yang menghasilkan tegangan rendah arus searah (DC)  merupakan tegangan kerja PLTS berupa energi listrik yang disalurkan untuk disimpan di dalam aki (battery) melalui pengatur (controller) pada siang hari atau disebut terjadinya pengisian (charging) dan dimanfaatkan pemakaiannya untuk beberapa beban listrik sebagai penerangan pada malam hari. Selama ini kita selalu dimanjakan oleh Pemerintah dengan diberikan subsidi atas harga BBM dan listrik PLN. Namun dengan kecenderungan naiknya harga minyak mentah di pasar global dalam beberapa bulan terakhir yang nampaknya sulit untuk turun lagi karena keterbatasan sumber minyak yang ada dan banyaknya pihak-pihak yang berkepentingan, dapat dipastikan akan berdampak berupa pengurangan subsidi atas harga BBM yang  pada gilirannya berakibat pada kenaikan tarif  PLN.

    Semakin banyak anggota masyarakat mengaplikasikan dan mengembangkan teknologi PLTS untuk kebutuhan sehari-hari, akan merupakan sumbangan yang sangat berarti bagi semua pihak, utamanya bagi penggunanya sendiri karena untuk jangka panjang akan sangat banyak mengurangi beban biaya yang harus dikeluarkan untuk tagihan listik PLN