Matahari adalah bintang di pusat tata surya kita dan memiliki suhu yang sangat tinggi, yang menghasilkan energi dalam bentuk panas dan cahaya. Matahari adalah sumber energi utama untuk kehidupan di Bumi. Energi matahari berguna dalam proses fotosintesis oleh tumbuhan untuk menghasilkan makanan dan oksigen yang merupakan salah satu bentuk konversi energi. Ini juga berguna untuk hewan sebagai sumber energi untuk kegiatan sehari-hari mereka.
Energi matahari mencapai Bumi dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Radiasi ini terdiri dari sinar matahari yang terdiri dari berbagai panjang gelombang, termasuk sinar tampak, sinar ultraviolet, dan sinar inframerah. Radiasi matahari berasal dari paparan langsung sinar matahari atau melalui refleksi dari permukaan Bumi.
Energi matahari terdiri dari dua komponen utama, yaitu energi termal dan energi cahaya. Energi termal adalah energi panas yang berasal dari matahari, sedangkan energi cahaya adalah energi yang kita lihat dalam bentuk sinar matahari.
Nah, energi matahari ini merupakan sumber energi yang bersih dan terbarukan. Ini berarti bahwa penggunaan energi matahari tidak mencemari lingkungan dan dapat diperbaharui secara alami. Pemanfaatan energi matahari dapat membantu mengurangi emisi gas rumah kaca yang menyebabkan perubahan iklim.
Proses mengubah energi matahari menjadi bentuk energi lain merupakan konversi energi matahari. Salah satu cara yang paling umum dalam konversi energi matahari adalah dengan menggunakan panel surya.
Jenis Konversi Energi
Ada beberapa jenis konversi energi matahari, antara lain:
Konversi Fotovoltaik (PV)
Konversi Fotovoltaik (PV), mengubah sinar matahari langsung menjadi energi listrik menggunakan panel surya atau sel fotovoltaik. PV umumnya digunakan dalam aplikasi energi terbarukan di rumah, gedung, atau kota yang membutuhkan pasokan listrik yang dapat diandalkan.
Panel surya adalah alat berteknologi tinggi untuk mengubah sinar matahari menjadi energi listrik. Panel surya terdiri dari beberapa sel surya yang terbuat dari bahan semikonduktor seperti silikon. Ketika sinar matahari mengenai sel surya, elektron dalam bahan semikonduktor akan terlepas dan menghasilkan arus listrik.
Panel surya memiliki beberapa kelebihan dari sumber energi lainnya. Pertama, panel surya tidak membutuhkan bahan bakar seperti minyak atau gas alam, sehingga lebih ramah lingkungan dan mengurangi emisi gas rumah kaca. Kedua, panel surya dapat beroperasi secara mandiri, sehingga cocok untuk daerah yang sulit terjangkau jaringan listrik.
Namun, ada juga beberapa tantangan dalam penggunaan panel surya. Pertama, panel surya membutuhkan sinar matahari yang cukup untuk menghasilkan energi yang cukup. Ini bisa menjadi masalah di daerah dengan cuaca buruk atau sedikit sinar matahari. Kedua, panel surya membutuhkan ruang yang luas, terutama jika jumlah energinya cukup besar.
Dalam beberapa tahun terakhir, panel surya telah mengalami peningkatan pesat dalam efisiensi dan penurunan biaya produksi. Hal ini telah mendorong penggunaan panel surya di berbagai sektor seperti rumah tangga, bisnis, dan industri. Panel surya juga dapat berguna sebagai sumber energi alternatif di daerah pedesaan atau terpencil yang belum terjangkau oleh jaringan listrik.
Berikut adalah generasi pertama, kedua, dan ketiga sel surya:
1. Generasi Pertama Sel Surya:
Generasi pertama sel surya merupakan sel surya dengan teknologi silikon tunggal. Teknologi ini menggunakan bahan dasar silikon sebagai semikonduktor untuk menangkap energi surya. Namun, sel surya generasi pertama memiliki efisiensi rendah dan biaya produksi yang tinggi.
2. Generasi Kedua Sel Surya:
Generasi kedua sel surya adalah perkembangan dari generasi pertama, dengan teknologi yang lebih canggih dan efisien. Sel surya generasi kedua menggunakan bahan selain silikon, seperti film tipis, perovskit, atau sel tinta. Sel surya generasi kedua memiliki efisiensi yang lebih tinggi dan biaya produksi yang lebih rendah dari generasi pertama.
3. Generasi Ketiga Sel Surya:
Generasi ketiga sel surya adalah teknologi sel surya yang sedang dikembangkan untuk mengatasi beberapa kendala yang dimiliki oleh generasi sebelumnya. Sel surya generasi ketiga mencakup sel surya organik, sel surya kuantum titik, dan sel surya dye-sensitized. Teknologi ini memiliki potensi untuk mencapai efisiensi yang lebih tinggi, fleksibilitas, dan biaya produksi yang lebih rendah.
DSSC (Dye-Sensitized Solar Cell) adalah sebuah jenis sel surya yang menggunakan pewarna sensitif untuk menangkap dan mengubah energi matahari menjadi energi listrik. DSSC ditemukan pertama kali oleh Michael Grätzel dan Brian O’Regan pada tahun 1991 di Institut Teknologi Swiss (Swiss Federal Institute of Technology, ETH Zurich).
Sebagai alternatif yang lebih ekonomis dan ramah lingkungan dari sel surya silikon konvensional, DSSC memiliki banyak potensi dalam aplikasi energi terbarukan. DSSC menggunakan elektrolit untuk memindahkan elektron yang berasal dari reaksi antara pewarna sensitif dengan matahari, yang kemudian diambil oleh elektroda untuk menghasilkan listrik.
Dalam waktu mendatang, masyarakat berharap panel surya dapat menjadi salah satu solusi utama untuk memenuhi kebutuhan energi yang bersih dan berkelanjutan. Dengan terus meningkatnya teknologi dan penurunan biaya, penggunaan panel surya di seluruh dunia akan terus meningkat.
Konversi Termal
Konversi termal, mengubah panas matahari menjadi energi termal yang dapat berguna untuk memanaskan air, menghasilkan uap untuk menghasilkan listrik (pembangkit listrik tenaga surya termal), atau membangkitkan energi mekanik seperti pada pendingin surya.
Berikut adalah langkah-langkah umum dalam proses konversi termal:
- Sumber panas: proses konversi termal dimulai dengan memiliki sumber panas yang tinggi, seperti pembakaran bahan bakar fosil, energi matahari, atau energi nuklir.
- Pemanasan fluida kerja: fluida kerja, seperti air atau gas, memanaskan menggunakan panas dari sumbernya. Pemanasan ini dilakukan dalam penukar panas sehingga fluida kerja mendapatkan energi panas.
- Perubahan energi termal menjadi energi mekanik: fluida kerja yang dipanaskan akan menciptakan uap atau gas bertekanan. Tekanan tersebut berfungsi untuk memutar turbin atau mesin termal lainnya. Perputaran turbin ini mengubah energi termal menjadi energi mekanik berupa rotasi.
- Menghasilkan tenaga listrik: energi mekanik yang berasal dari turbin akan berfungsi untuk menggerakkan generator listrik. Generator ini mengubah energi mekanik menjadi energi listrik yang dapat berguna pada berbagai peralatan atau sistem.
Konversi Fotosintesis
Konversi fotosintesis, tanaman dan organisme lainnya menggunakan sinar matahari untuk mengubah air dan karbon dioksida menjadi energi kimia melalui proses fotosintesis. Energi kimia ini kemudian dapat digunakan sebagai bahan bakar atau diubah lagi menjadi energi listrik melalui baterai.
Proses konversi fotosintesis adalah transformasi energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk glukosa (gula) oleh tumbuhan, alga, dan beberapa organisme autotrof lainnya. Pada proses ini terjadi di dalam organel sel tumbuhan yaitu kloroplas, dalam struktur membran berlipat-lipat yakni tilakoid.
Proses fotosintesis terdiri dari dua tahap yaitu:
- Tahap Terang (Light-dependent reactions): Proses dimulai ketika klorofil menyerap cahaya matahari dan energinya digunakan untuk membagi air menjadi oksigen dan hidrogen. Molekul oksigen kemudian dilepaskan ke atmosfer, sementara hidrogen diteruskan ke tahap berikutnya. Tahap terang terjadi di dalam tilakoid kloroplas.
- Tahap Gelap (Light-independent reactions atau Calvin Cycle): Energi dari tahap terang berguna untuk mengubah CO2 dan H2O menjadi glukosa. Tahap gelap terjadi di dalam matriks kloroplas, yaitu cairan yang mengisi ruang di sekitar tilakoid.
Konversi Hidrolik
Konversi Hidrolik, matahari juga dapat berguna untuk mempengaruhi pergerakan air, seperti menghasilkan pasang surut, hujan, atau angin. Energi kinetik yang berasal dari gerakan air ini untuk menghasilkan listrik melalui turbin air atau turbin angin.
Proses konversi hidrolik terjadi ketika energi hidrolik dari fluida yang digerakkan oleh pompa hidrolik dikonversi menjadi energi mekanik yang digunakan untuk menggerakkan sistem hidrolik. Proses ini melibatkan beberapa komponen seperti pompa hidrolik, katup kontrol, aktuator hidrolik, sistem pengendali, dan reservoir fluida hidrolik.
Berikut adalah tahap-tahap umum dalam proses konversi hidrolik:
- Pompa hidrolik menghisap fluida hidrolik dari reservoir dan menjalankannya ke dalam sistem hidrolik. Pompa ini bertanggung jawab untuk menciptakan tekanan untuk menggerakkan aktuator hidrolik.
- Fluida hidrolik yang dikirim oleh pompa masuk ke dalam sistem melalui katup kontrol. Katup kontrol mengatur aliran fluida hidrolik sesuai dengan kebutuhan sistem. Misalnya, katup dapat mengarahkan aliran ke salah satu sisi aktuator atau membatasi aliran untuk mengendalikan kecepatan gerakan.
- Aktuator hidrolik bertugas mengubah energi hidrolik menjadi energi mekanik untuk menggerakkan komponen atau bagian sistem hidrolik. Aktuator dapat berupa silinder hidrolik yang menggerakkan piston atau motor hidrolik yang memutar suatu bagian.
- Sistem pengendali adalah komponen elektronik atau mekanik yang mengawasi dan mengendalikan proses konversi hidrolik. Sistem ini memungkinkan pengaturan posisi, kecepatan, dan kekuatan aktuator sesuai dengan kebutuhan aplikasi.
- Setelah energi hidrolik dikonversi menjadi energi mekanik, fluida hidrolik yang telah dipakai akan kembali ke reservoir melalui sistem pembuangan. Di sini, fluida akan disaring dan dipompa kembali ke sistem untuk digunakan kembali.
Oleh sebab itu, dapat disimpulkan bahwa konversi energi adalah energi dapat diubah dari satu bentuk menjadi bentuk lainnya. Hal ini terjadi dalam berbagai proses seperti pembangkitan listrik, mesin pembakaran, dan fotoelektrik. Konversi energi merupakan prinsip dasar bagi berbagai teknologi dan sumber daya energi yang ada saat ini.
Editor: Putri Nur Sabrini Anastasia
Referensi:
https://www.nrel.gov/ncpv/thin_film_pv.html https://www.energy.gov/eere/solar/second-generation-photovoltaics-thin-film-solar-cells https://ec.europa.eu/energy/topics/renewable-energy/solar-cells/first-generation-solar-cells_en https://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaics https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_thermal_energy https://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthesis https://en.wikipedia.org/wiki/Hydropower "How do Solar Cells Work?" oleh National Renewable Energy Laboratory (NREL): https://www.nrel.gov/research/re-photovoltaics.html "How Solar Panels Work" oleh Solar Energy Industries Association (SEIA): https://www.seia.org/about/solar-energy/how-solar-panels-work
