Makalah ini membahas tentang pemanfaatan teknologi kolektor surya non-fotovoltaik untuk memasak dan mengeringkan hasil pertanian. Teknologi ini diharapkan dapat mengoptimalkan pemanfaatan energi surya dan mengurangi pemakaian energi fosil.

1. “TEKNOLOGI NON-PHOTO-VOLTAIC SOLAR
THERMAL COLLECTOR SEBAGAI PEMANFAATAN
ENERGI SURYA UNTUK PEMASAK DAN PENGERING
HASIL PERTANIAN”
DIAJUKAN UNTUK MENJAWAB SOAL OPEN ENDED DALAM MENGIKUTI SELEKSI
PROVINSI OLIMPIADE SAINS NASIONAL PERTAMINA 2012
Disusun oleh :
Muya Farizta Avisiena
No. Peserta : 1522069
JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
2012

2. Kata Pengantar
Bismillahi-rahmanirrahim.
Alhamdulillah alhamhamdulillahirobbil alamin segala puji syukur kami
panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat, rahmat, dan hidayah-Nya sehingga
penyusun dapat menyelesaikan makalah yang berjudul “Teknologi Non-Photo-Voltaic
Solar Thermal Collector Sebagai Pemanfaatan Energi Surya Untuk Pemasak dan
Pengering Hasil Pertanian” ini tanpa suatu hambatan yang berarti. Tanpa pertolongan-
Nya mungkin penyusun tidak akan menyelesaikan makalah ini dengan baik.
Makalah ini sengaja sengaja disusun untuk menjawab soal open ended dalam
mengikuti seleksi provinsi Olimpiade Sains Nasional Pertamina 2012. Selain itu
untuk memberi informasi kepada pembaca mengenai pemanfaatan energi surya untuk
keperluan peralatan rumah tangga sehari-hari menggunakan teknologi Solar Thermal
Collector.
Ucapan terima kasih penyusun haturkan kepada bapak Drs.Supriyadi selaku
dosen mata kuliah Optika Geometri yang telah membantu kami melalui penjelasan
beliau mengenai teknologi non-photo-voltaic dan optika sehingga kami dapat
menyelesaikan makalah ini.
Penyusun sadar bahwa, “Tiada gading yang tak retak”, oleh karena itulah
kami mohon maaf atas kekurangan dan kelebihan dalam penyusunan makalah ini.
Semoga makalah ini dapat memberikan wawasan yang lebih luas kepada pembaca.
Terima kasih.
Yogyakarta, 06 Oktober 2012
Penyusun
i

3. Daftar Isi
Kata Pengantar ……………………………………………………………...i
Daftar Isi ……………………………………………………………………ii
Bab I. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang …………………………………………………...1
1.2 Perumusan Masalah ……………………………………………. 3
1.3 Tujuan Penyusunan ……………………………………………....4
Bab II. Tinjauan Pustaka
2.1 Energi Matahari Dan Pemanfaatannya …………………………...5
2.2 Perpindahan Panas ………………………………………………. 5
2.3 Kolektor Surya (SolarThermal Collector) ………………………..5
2.4 Pemanfaatan Teknologi Surya Termal …………………………...9
Bab III. Pembahasan
3.1 Kelebihan Solar Thermal Collector …………………………….. 10
3.2 Aplikasi Solar Thermal Collector ………………………………. 10
3.3 Model dan Mekanisme Kerja Alat ……………………………… 11
3.4 Optimalisasi Penggunakan Solar Thermal Collector …………….19
3.5 Simulasi Perhitungan …………………………………………….20
Bab IV. Penutup
4.1 Kesimpulan ………………………………………………………22
4.2 Saran ……………………………………………………………..22
Daftar Pustaka ……………………………………………………………...23
ii

4. BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Minyak bumi adalah sumber energi yang tidak dapat diperbaharui, dimana jika
terus menerus dipergunakan akan berkurang bahkan sumber energi ini dapat habis.
Dengan semakin berkurangnya energi tak terbaharui ini maka banyak penelitian yang
dilakukan untuk memanfaatkan dan mengoptimalkan penggunaan dari energi yang
dapat diperbaharui. Energi terbaharui ini merupakan energi yang jika kita manfaatkan
tidak akan pernah habis, salah satunya adalah energi matahari.
Energi matahari merupakan salah satu sumber energi alternatif yang sangat
mudah di peroleh di Indonesia bahkan dianggap gratis, karena Indonesia merupakan
Negara yang terletak di daerah khatulistiwa. Pemanfaatan energi surya sudah lama di
lakukan oleh masyarakat Indonesia baik untuk pengering pakaian, kayu, dan hasil
pertanian. Namun pemanfaatan dari energi matahari ini tidak dilakukan secara
optimal. Sebagian contoh adalah pengeringan gabah yang mana hanya diletakkan
pada sebuah areal yang luas dan membutuhkan waktu yang cukup lama untuk
mengeringkannya. Oleh karena itu perlu dilakukan sebuah penelitian agar energi
matahari yang ada ini dapat dimanfaatkan dengan semaksimal mungkin.
Sinar matahari adalah salah satu gelombang elektromagnetik yang
memancarkan energi, yang disebut dengan energi surya, ke permukaan bumi secara
terus menerus. Energi ini mempunyai sifat antara lain tidak bersifat polutan, tidak
dapat habis (terbarukan) dan juga gratis. Bumi menerima daya radiasi surya sekitar
108 PW (1PW=1015W), atau dalam 1 tahun total energi surya yang sampai di
permukaan bumi sekitar 3.400.000 EJ (1EJ=1018J). Hanya diperlukan 2 jam radiasi
sinar surya untuk memenuhi kebutuhan energi dunia selama satu tahun sebesar 474
EJ (data tahun 2008). Tetapi, potensi energi yang sangat besar ini belum dimanfatkan
secara optimal dan masih terbuang begitu saja. Suatu studi menyebutkan energi surya
yang sudah dimanfaatkan sebesar 5 GW melalui sel surya dan 88 GW melalui
pemanas air. Jumlah ini tidak ada artinya dibandingkan dengan radiasi yang diterima
bumi.
Sebagai negara yang terletak di daerah katulistiwa, yaitu pada 6 o LU – 11o LS
dan 95o BT – 141o BT, dan dengan memperhatikan peredaran matahari dalam setahun
yang berada pada daerah 23,5o LU dan 23,5o LS akan mengakibatkan suhu di
Indonesia cukup tinggi (antara 26º C - 35º C) dan bila saat cuaca cerah akan disinari
matahari selama 6 –7 jam dalam sehari. Bagian barat Indonesia mendapat rata-rata
radiasi sebesar 4,5 KWh/m2/hari dengan varisi bulanan sekitar 10% dan bagian timur
5,1 kWH/m2/hari dengan varisi bulanan sekitar 9%. Sifat radiasi matahari yang
diperoleh di daerah ini dapat dikatakan lebih kecil perubahannya terhadap rata-rata
1

5. tiap tahunnya. Dilain pihak, pancaran radiasi ini sifatnya periodik setiap hari dan
setiap tahunnya secara terus menerus.
Tabel 1. Intensitas Radiasi Matahari di Indonesia
Ada dua cara memanfaatkan energi surya yang berlimpah ini, yaitu dengan sel
surya dan surya termal. Teknologi dengan sel surya tergolong efisien dan bersih,
tetapi memerlukan peralatan yang cukup mahal. Sementara, teknologi surya termal
adalah mengumpulkan radiasi surya dalam bentuk panas. Cara ini umumnya tidak
membutuhkan peralatan yang rumit dan relatif lebih mudah untuk dilakukan. Secara
global pemanfaatan energi surya termal masih jauh lebih banyak dibanding sel surya.
Fakta ini menunjukkan bahwa tersedia energi surya yang cukup besar dan dapat
dimanfaatkan dalam bentuk energi termal.
Salah satu kebutuhan energi sehari-hari dalam rumah tangga adalah untuk
keperluan memasak. Untuk memanfaatkan energi matahari dalam keperluan
memasak dapat digunakan kompor energi surya; dimana sebuah kolektor dengan
bidang berbentuk parabolik digunakan untuk mengumpulkan sinar matahari ke satu
titik fokus sehingga mengahasilkan panas yang besar. Bentuk dan kelengkungan
kolektor parabolik ini sangat menentukan letak titik fokusnya yang nantinya
berpengaruh pada kinerja dari kompor energi surya. Untuk mengetahui seberapa
besar potensi pemanfaatan kompor energi surya untuk keperluan rumah tangga
khususnya memasak ini, perlu dilakukan penelitian/ pengujian.
Industri pengering, termasuk pengeringan produk pertanian adalah termasuk
salah satu proses produksi yang banyak menggunakan energi. Studi di beberapa
negara menunjukkan bahwa persentasi konsumsi energi nasional untuk pengeringan
2

6. relatif cukup besar. Menurut studi negara-negara seperti USA, Kanada, Perancis,
Inggris mengkonsumsi sekitar 10-15% dari energi nasionalnya untuk pengeringan.
Jerman dan Denmark bahkan lebih besar yaitu sekitar 20-25%. Meskipun belum ada
studi yang melaporkannya, diperkirakan Indonesia dan negara-negara lainnya,
menggunakan konsumsi energi nasionalnya untuk pengeringan pada kisaran 5-25%.
Secara global, data tahun 2007 menyatakan 86,4% konsumsi energi dunia dipasok
oleh sumber energi berbasis fosil seperti minyak bumi, gas alam, dan batubara.
Pembakaran sumber energi berbasis fosil ini setara dengan pelepasan 21,3 Gigaton
karbon dioksida ke alam, tetapi alam dengan bantuan hutan hanya mampu menyerap
setengah dari jumlah ini. Oleh karena itu akan ada penambahan karbon dioksida
sekitar 10,6 Gigaton pertahun. Jika tidak ada langkah konkrit, ini akan meningkat
terus di tahun-tahun mendatang seiring dengan meningkatnya kebutuhan energi
dunia. Gas inilah salah satu yang akan menyebabkan pemanasan global, dan jika
lajunya tidak dikurangi akan membahayakan kelangsungan hidup bumi sebagai planet
yang bisa dihuni umat manusia dan mahluk hidup lainnya. Fakta-fakta ini
menunjukkan bahwa proses pengeringan termasuk salah satu penyumbang pelepasan
karbon dioksida ke alam yang relatif besar.
Untuk mengurangi pemakaian energi berbasis fosil yang akan menyebabkan
pemanasan global, salah satunya adalah pemanfaatan energi sinar matahari.
Pemanfaatan energi sinar matahari dapat digunakan pada mesin pengering.
Pengolahan pasca panen hasil pertanian atau perkebunan mempunyai peranan penting
dalam kehidupan masyarakat Indonesia, yang sekaligus juga merupakan sumber
pemasukan devisa negara yang cukup besar. Dengan penerapan sistem energi sinar
matahari pada teknologi ini, diharapkan akan mempercepat proses pengeringan hasil
pertanian. Selain untuk mempercepat pengeringan, juga dapat menjaga mutu dan
kualitas hasil pertanian tersebut.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang sesuai untuk masalah ini adalah:
1. Apakah kelebihan dan kekurangan Solar Thermal Collector dibandingkan dengan
yang berbasis photo-voltaic?
2. Alat-alat rumah tangga apa saja yang mungkin dapat didisain untuk dioperasikan
dengan energi surya melalui Solar Thermal Collector?
3. Mengapa dan dalam situasi bagaimana alat pemasak dan pengering hasil-hasil
pertanian dengan energi surya menjadi penting?
4. Bagaimana mekanisme kerja alat pemasak dan pengering hasil-hasil pertanian
dengan energi surya melalui teknologi Solar Thermal Collector?
5. Bagaimana cara menyusun dan desain model dari alat pemasak dan pengering
hasil-hasil pertanian menggunakan teknologi Solar Thermal Collector?
3

7. 1.3 Tujuan Penyusunan
Adapun tujuan penyusunan yang sesuai untuk masalah ini adalah:
1. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan teknologi Solar Thermal Collector
dibandingkan dengan yang berbasis photo-voltaic.
2. Membuat alat-alat rumah tangga apa saja yang mungkin dapat didisain untuk
dioperasikan dengan energi surya melalui Solar Thermal Collector.
3. Untuk mengetahui mengapa dan dalam situasi bagaimana alat pemasak dan
pengering hasil-hasil pertanian dengan energi surya menjadi penting.
4. Menjelaskan mekanisme kerja alat pemasak dan pengering hasil-hasil pertanian
dengan energi surya melalui Solar Thermal Collector.
5. Menjelaskan cara menyusun dan desain model dari alat pemasak dan pengering
hasil-hasil pertanian menggunakan teknologi Solar Thermal Collector.
4

8. BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Energi Matahari dan Pemanfaatannya
Sebagai bintang yang paling dekat dari planet biru Bumi, yaitu hanya berjarak
sekitar 150 juta km, sangatlah alami jika hanya pancaran energi matahari yang
mempengaruhi dinamika atmosfer dan kehidupan di Bumi. Energi yang datang ke
Bumi sebagian besar merupakan pancaran radiasi matahari. Energi ini kemudian
ditransformasikan menjadi bermacam-macam bentuk energi, misalkan pemanasan
permukaan Bumi, gerak dan pemanasan atmosfer, gelombang lautan, fotosintesa
tanaman dan reaksi fotokimia lainnya.
Penyebaran sinar matahari setiap tahun dibelahan bumi bervariasi. Indonesia rata-
rata menerima sinar matahari delapan jam perhari dan intensitas sinar matahari yang
masuk ditentukan posisi matahari terhadap kolektor.
2.2 Perpindahan Panas
Sebagai suatu gambaran mengenai tiga cara perpindahan panas dalam sebuah alat
pemanas cairan surya, panas mengalir secara konduktif sepanjang pelat penyerap dan
melalui dinding saluran. Kemudian panas dipindahkan ke fluida dalam saluran
dengan cara konveksi, apabila sirkulasi dilakukan dengan sebuah pompa, maka
disebut konveksi paksa. Pelat penyerap yang panas itu melepaskan panas ke plat
penutup kaca ( umumnya menutupi kolektor) dengan cara konveksi alamiah dan
dengan cara radiasi.
Bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran kalor dari
benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah,
hingga tercapainya kesetimbangan termal. Proses perpindahan panas ini berlangsung
dalam 3 mekanisme, yaitu : konduksi, konveksi dan radiasi.
2.3 Kolektor Surya (Solar Thermal Collector)
2.3.1 Prinsip Solar Thermal Collector
Kolektor surya merupakan piranti utama dalam sistem surya termal yang
berfungsi mengumpulkan dan menyerap radiasi sinar matahari dan
mengkonversinya menjadi energi panas. Ketika cahaya matahari menimpa
absorber pada kolektor surya, sebagian cahaya akan dipantulkan kembali ke
lingkungan, sedangkan sebagian besarnya akan diserap dan dikonversi menjadi
energi panas, lalu panas tersebut dipindahkan kepada fluida yang bersirkulasi di
dalam kolektor surya untuk kemudian dimanfaatkan pada berbagai aplikasi yang
membutuhkan panas.
2.3.2 Tipe kolektor surya
5

9. Kinerja sistem surya termal sangat dipengaruhi oleh rancangan dan
pemilihan jenis kolektor surya, desain sistem / aplikasi, serta pemilihan material.
Kolektor surya dapat dibuat dalam berbagai bentuk dan ukuran tergantung pada
aplikasi yang dibutuhkan. Saat ini terdapat berbagai jenis kolektor surya termal,
antara lain:
a. Kolektor surya pelat datar
Kolektor surya pelat datar merupakan jenis kolektor yang saat ini sudah
banyak dipasaran. Kolektor ini umumnya digunakan untuk memanaskan air
atau udara dengan suhu operasi yang cukup rendah, yaitu dibawah 800C. Ciri
khas kolektor pelat datar adalah berupa kotak logam/ baja terisolasi yang
memiliki pelat penyerap (absorber) berwarna hitam dan ditutupi oleh lapisan
kaca/plastik transparan/tembus cahaya. Kolektor jenis ini bekerja seperi efek
rumah kaca yang menjebak panas didalam pelat kaca transparan dan
kemudian mentransfernya ke fluida cair atau udara. Keuntungan kolektor
surya jenis ini adalah tidak membutuhkan biaya yang tinggi dan dapat
menerima radiasi surya langsung maupun radiasi sebaran.
Kolektor surya pelat datar pada umumnya terdiri dari komponen-komponen,
seperti:
1. Lapisan penutup (cover)
Berfungsi melewatkan sinar radiasi agar diterima oleh pelat penyerap dan
mengurangi jumlah panas yang keluar dari kolektor.
2. Pelat penyerap (absorber)
Berfungsi menyerap sinar matahari sebanyak mungkin dan merubahnya
menjadi energi panas untuk ditransfer ke fluida pemanas (cairan atau
udara). Biasanya bagian ini berwarna gelap dan material yang biasa
digunakan adalah tembaga, aluminium dan baja tahan karat. Plat
aluminium dipilih karena mempunyai konduktivitas termal yang cukup
tinggi yaitu sebesar 211 W/m°C, tahan terhadap korosi dan mudah
didapatkan.
3. Penyekat / isolasi (insulation)
Berfungsi untuk meminimalisir panas yang hilang dari absorber menuju
lingkungan. Isolasi yang baik akan menyebabkan energi surya yang
diserap akan semakin besar. Panas yang keluar dari kolektor surya
bervariasi sesuai dengan tingkat isolasi. Dan arah kolektor idealnya
menghadap ke Utara atau ke Selatan, tergantung pada periode waktu (arah
matahari). Isolasi diletakkan pada bagian bawah dan samping kolektor,
dimana bahan isolasi yang dipilih adalah glass wool, karena mempunyai
konduktivitas thermal yang rendah yaitu 0,043 W/m°C.
4. Frame / Casing
Berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor.
6

10. Gambar 1. Kolektor Surya Pelat Datar
b. Kolektor tabung hampa (vacuum tubecollector)
Jenis ini dirancang untuk menghasilkan energi panas dengan temperatur
yang lebih tinggi. Keistimewaannya terletak pada efisiensi transfer panasnya
yang tinggi tetapi faktor kehilangan panasnya yang relatif rendah. Hal ini
dikarenakan fluida yang terjebak diantara absorber dan cover-nya
dikondisikan dalam keadaan vakum, sehingga mampu meminimalisasi
kehilangan panas yang terjadi daripermukaan luar absorber menuju
lingkungan.
Gambar 2. Kolektor Surya Tabung Hampa
c. Kolektor parabola / konsentrator
Jenis ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas pada
temperature tinggi di atas 1000C. Kolektor surya jenis ini mampu
memfokuskan energi radiasi cahaya matahari pada suatu receiver, sehingga
dapat meningkatkan kuantitas energi panas yang diserap oleh absorber.
Komponen konsentrator harus terbuat dari material dengan transmisivitas
tinggi.
7

11. Gambar 3. Kolektor Surya Parabola/Konsentrator
d. Kolektor Prismatik
Kolektor surya tipe prismatik adalah kolektor surya yang dapat menerima
energi radiasi dari segala posisi matahari. Kolektor jenis ini juga dapat
digolongkan dalam kolektor plat datar dengan permukaan kolektor berbentuk
prisma yang tersusun dari empat bidang yang berbentuk prisma, dua bidang
berbentuk segitiga sama kaki dan dua bidang berbentuk segi empat siku – siku
sehingga dapat lebih optimal proses penyerapan. Tipe kolektor jenis
Prismatik ini dapat dilihat seperti gambar berikut.
Gambar 4. Kolektor Surya Prismatik
2.3.3 Pemasangan kolektor surya
Kolektor surya harus dipasang menghadap matahari. Pada pagi hari
menghadap timur, siang menghadap utara / selatan, sore menghadap barat untuk
yang halamannya luas. Bagi yang halamannya sempit arahkan ke utara bila berada
disebelah selatan khatulistiwa dan arahkan ke selatan bagi yang bertempat tinggal
di sebelah utara khatulistiwa. Pengaturan arah kolektor surya ini diperlukan untuk
mendapatkan intensitas radiasi surya yang optimal.
8

12. 2.4 Pemanfaatan Teknologi Surya Termal
Aplikasi pemanfaatan teknologi surya termal / kolektor surya dibedakan atas :
1. Aplikasi skala rendah (temperatur kerja lebih kecil, maksimal 60oC)
Menggunakan teknologi sederhana untuk aplikasi pemanas air rumah tangga,
pemanas kolam (solar pond), pengering hasil panen dengan menggunakan
teknologi efek rumah kaca, dll.
2. Aplikasi skala menengah (temperatur kerja antara 60 -120oC)
Menggunakan teknologi madya untuk aplikasi sistem pemanas air bangunan
komersial, memasak (kompor surya), pengering, penyuling air, sterilisator.
3. Aplikasi skala tinggi (temperatur kerja antara > 120oC)
Menggunakan teknologi tinggi (seperti kolektor tabung hampa/vacuum tube
collector, concentrator solar power/CSP, heat pipe dll) untuk aplikasi
pendinginan (AC/ kulkas) dan sistem pembangkit listrik skala besar. Pemanfaatan
surya termal yang sesuai untuk daerah pedesaan adalah aplikasi skala kecil dan
menengah, seperti memasak (kompor surya), pengeringan dan penyulingan air
minum (desalinasi).
Gambar 5. Aplikasi Surya Termal berdasarkan suhu
9

13. BAB 3
PEMBAHASAN
3.1 Kelebihan Solar Thermal Collector dibandingkan Teknlogi Photo-Voltaic
Kelebihan dari Solar Thermal Collector jika dibandingkan teknologi Photo-Voltaic
adalah sebagai berikut :
1. Alat dan bahan relatif mudah didapat,
2. Sumber energinya dapat diperoleh dengan gratis,
3. Biaya operasional sangat rendah karena bahan dan sumber energi dapat
diperoleh dengan mudah dan gratis,
4. Tidak mengenal problem limbah karena memang tidak menghasilkan limbah
berbahaya,
5. Proses produksinya tidak menyebabkan kenaikan temperatur bumi,
6. Tidak terpengaruh kenaikkan harga bahan bakar.
7. Dapat diproduksi sendiri tanpa menggunakan alat produksi yang canggih
(home made)
Jika dibandingkan dengan Solar Thermal Collector, teknologi Photo-Voltaic memiliki
beberapa kelemahan antara lain sebagai berikut :
1. Bahan baku panel surya mahal dan relatif sulit untuk dibuat,
2. Biaya operasional dan perawatannya cukup mahal,
3. Memerlukan rangka atau struktur tersendiri,
4. Masih membutuhkan atap atau genteng pada bagian bawah panel surya,
5. Pemasangan sulit, membutuhkan waktu lama,
6. Berat sehingga menambah beban struktur,
7. Efisiensi energi listrik yang dihasilkan kurang,
8. Kurang menarik atau merusak keindahan bangunan,
3.2 Aplikasi Solar Thermal Collector
Solar Thermal Collector memiliki banyak fungsi dan bisa diaplikasikan dalam
berbagai peralatan rumah tangga. Beberapa peralatan yang dapat menggunakan
teknologi Solar Thermal Collector adalah sebagai berikut :
1. Alat pemanas air
2. Pembangkit listrik termal
3. Alat pemanas ruangan
4. Alat masak (kompor)
5. Alat pengering hasil pertanian
6. Alat distilasi air, dll
10

14. 3.3 Model dan Mekanisme Kerja Alat Pemasak dan Pengering Hasil Pertanian
Menggunakan Solar Thermal Collector
Solar Thermal Collector dapat disusun menjadi peralatan pemasak dan pengering
hasil pertanian. Mekanisme kerja dan model Solar Thermal Collector untuk dibuat
menjadi alat-alat tersebut dijelaskan dalam pemaparan berikut ini.
3.3.1 Kompor surya
Ketergantungan masyarakat pedesaan terhadap kebutuhan bahan bakar seperti
minyak tanah, gas dan dan kayu bakar untuk memasak dapat diatasi dengan
memanfaatkan kompor/oven surya. Kompor dan oven surya adalah salah satu bentuk
kolektor surya yang digunakan sebagai perangkat memasak. Secara umum kompor
surya dibedakan
atas beberapa tipe, yaitu ;
1. Kompor surya tipe kotak / oven surya
Kompor surya tipe ini berbentuk kotak kedap udara dengan interior
berwarna gelap dan penutup bagian atas yang terbuat dari kaca/cermin untuk
menjebak panas matahari didalam kotak. Prinsip kerjanya sama dengan kolektor
surya pelat datar. Kompor tipe ini disebut juga oven surya karena bentuknya
menyerupai oven.
Gambar 6. Kompor Surya Tipe Kotak
a. Cara Membuat
Kompor berbentuk kotak dapat dibuat sendiri dengan menggunakan
bahan seadanya atau dibuat oleh pabrik untuk dijual. Bentuknya berkisar dari
kompor dari kardus kecil, cocok untuk memasak satu jenis masakan pada saat
hari terang hingga kompor dari bahan kayu dan gelas yang dibangun di bagian
rumah yang paling banyak kena sinar matahari. Isolasi panas pada bagian
dalam kompor berbentuk kotak ini harus mampu menahan panas hingga
150 °C tanpa meleleh atau menghasilkan gas. Remasan kertas, wol, sisa kain,
rumput kering, potongan kardus, dan sebagainya dapat digunakan sebagai
isolasi panas pada dinding kompor. Bagian tutup yang transparan terbuat dari
gelas, yang tahan lama tapi sulit penggunaannya atau kantong plastik oven
tahan panas yang lebih mudah digunakan, ringan dan murah tapi tidak tahan
11

15. lama. Jika panci dan/atau bahan bagian dasar kompor berwarna hitam sulit
didapatkan, bisa dengan menggunakan cat semprot hitam (yang tidak beracun
ketika panas), cat tempera hitam (cat berbahan dasar telur), atau jelaga pada
bagian-bagian yang sebaiknya berwarna gelap
b. Cara Kerja Alat
Pengoperasian oven surya sangat simpel dan mudah, tetapi waktu yang
diperlukan untuk memasak nasi sekitar 3-5 jam. Meskipun suhu didalam oven
surya tidak sepanas oven konvensional, hanya bisa mencapai 150°C tetapi
masih dapat mematangkan makanan dalam waktu yang lebih lama. Makanan
yang mengandung air tidak akan dapat mencapai panas lebih dari 100°C.
Kompor juga dapat digunakan untuk menghangatkan makanan dan minuman
serta untuk mempasturisasi air dan susu. Karena tidak dapat mencapai
temperatur yang tinggi, makanan dapat dimasak sepanjang hari tanpa khawatir
menjadi hangus. Namun demikian, memasak dengan kompor ini sebaiknya
dilakukan sebelum tengah hari. Oven surya dengan luas permukaan 0.25 m2
memiliki kapasitas sebesar 4 kg dan dapat memenuhi kebutuhan keluarga
beranggota 5 orang.
2. Kompor Surya Tipe Parabola / Konsentrator
Prinsip kerja kompor parabola ini mirip sama dengan kolektor
parabola/konsentrator. Kompor parabola terdiri atas sekumpulan cermin pemantul
yang disusun berbentuk parabola dan dilengkapi dengan tempat panci di titik
fokus parabola yang berfungsi sebagai receiver. Cermin parabola akan
memfokuskan sinar radiasi surya ke arah panci untuk memasak makanan yang
ada didalam panci. Kompor jenis ini biasanya digunakan untuk memasak dalam
skala besar.
Gambar 7. Kompor Surya Tipe Parabola
3. Kompor Surya Tipe Panel
Kompor panel merupakan kombinasi antara kompor parabola dengan oven
surya. Kompor jenis ini yang paling banyak digunakan karena memiliki berbagai
keunggulan, diantaranya adalah temperature yang dihasilkan tidak sepanas
kompor parabola sehingga relatif aman, bentuknya yang flat juga aman bagi mata,
12

16. mudah diproduksi dengan teknologi sederhana dan biaya yang murah, serta
mudah dibawa dan disimpan.
Gambar 8. Kompor Surya Tipe Panel
4. Sistem Kompor Surya Indoor
Memasak menggunakan energi surya juga dapat dilakukan di dalam
ruangan, yaitu membuat sistem kompor surya dengan menggunakan kolektor
surya parabola atau tabung hampa. Prinsip kerja sistem kompor surya indoor ini
adalah mengalirkan/ mengarahkan panas yang dihasilkan oleh kolektor surya ke
dalam ruang memasak/dapur.
Gambar 9. Kompor Surya Indoor Menggunakan Kolektor Surya Tabung Hampa
3.2.2 Pengering Tenaga Surya
Energi surya dapat dimanfaatkan untuk mengeringkan produk hasil pertanian,
perikanan dan sebagainya. Secara umum sebuah pengering surya terdiri atas kolektor
surya yang berfungsi menyerap sinar matahari dan ruang pengering yang merupakan
tempat untuk produk yang akan dikeringkan. Klasifikasi pengering surya secara
umum adalah :
1. Pengering Surya Pasif dan Aktif Tipe Langsung
Pada pengering tipe langsung ini, panas dihasilkan karena adanya
penyerapan energi matahari oleh bagian dalam ruang pengering. Selain
memanaskan udara, radiasi matahari juga memanaskan produk yang dikeringkan.
Sirkulasi udara pada pengering surya pasif tipe langsung mengalir secara
konveksi bebas, sedangkan pada pengering surya aktif tipe langsung udara
mengalir karena adanya fan atau blower (konveksi paksa).
13

17. Gambar 10. Pemanas Surya Langsung Pasif (kiri) dan aktif (kanan)
2. Pengering Surya Pasif dan Aktif Tipe Tidak Langsung
Sistem pengering tipe ini terdiri dari kolektor dan ruang pengering yang
terpisah. Udara dari luar masuk diantara kaca dan absorber. Udara menjadi panas
karena terjadi perpindahan panas antara absorber ke udara. Udara panas ini
kemudian dialirkan ke dalam ruang pengering tempat produk berada dan
dikeluarkan melalui cerobong. Udara panas yang dihasilkan di kolektor dapat
dialirkan dengan dua cara yaitu konveksi bebas (pasif) dan konveksi paksa (aktif)
dengan menggunakan blower.
Gambar 11. Pengering Surya Tipe Langsung
3. Pengering Surya Pasif dan Aktif Tipe Gabungan
Sistem pengering tipe ini merupakan kombinasi dari tipe langsung dan
tidak langsung. Prinsip kerjanya hampir sama, radiasi matahari selain digunakan
untuk memanaskan udara yang berada di kolektor juga digunakan untuk
memanaskan produk yang berada di ruang pengering.
14

18. Gambar 10. Tipe-tipe Pengering Surya
Pembuatan Mesin Pengering Surya Sederhana :
Dalam perencanaan dan pembuatan alat pengering surya ini konsep perencanaan
yang dipakai adalah konvensional, artinya pengering surya ini dibuat didasarkan
pada ketersediaan bahan yang ada di pasar dan tidak memerlukan peralatan
khusus pada pembuatan pengering ini.
a. Perencanaan Reflektor
Pembuatan reflektor terdapat beberapa komponen yaitu :
1. Pembentukan cermin
Pada tahap ini kita bentuk kaca cermin dengan 2 ukuran yaitu segi empat
dengan ukuran 40 x 40 Cm dan segetiga dengan ukuran sisi-sisinya 37 x
37 x 24 cm keduanya masing-masing berjumlah 4 buah
Gambar 11. Ukuran Kata Cermin
2. Pembentukan Kerangka Reflektor
Buat rangka reflektor dari bahan triplek plat aluminium dan besi batangan.
Triplek kita potong dengan sesuai ukutan kaca dan jumlah yang sama
dengan potongan cermin, sedangkan plat alumunium kita bentuk sesuai
dengan ukuran dengan ketebalan 0,2 mm.
Gambar 12. Ukuran Kerangka Reflektor
15

19. Kemudian bentuk pula batangan besi dengan tebal 2 mm potong dengan
panjang 39 cm dan buat sudut 600 terhadap horizontal seperti Gambar 13
berikut:
Gambar 13. Batang Besi Penyangga
Kemudian bentuk lagi kerangka bawah sekaligus tempat peletakan kaca
transparan dengan ukuran 40 x 40 cm
Gambar 14. Kerangka Bawah Reflektor
Pada kaca transparan ini dibuat 8 buah lubang dengan diameter masing –
masing 2,5cm.
3. Pembentukan Reflektor
Pada proses ini bagian-bagian berupa cermin, triplek, almunium dan
batang besi disusun seperti gambar di bawah ini
Gambar 15. Reflektor Pengering Surya
b. Perencanaan Kolektor
Bagian kolektor yang dirancang oleh penulis terpisah dengan reflektor. Untuk
perencanaan kolektor dibagi beberapa komponen antara lain :
1. Perencanaan pelat absorber
Pembuatan pelat absorber dibuat dengan menggunakan bahan dari
alumunium yang berukuran 40 x 40 cm dan tinggi 20 cm dan dirakit
menggunakan paku keling kemudian di cat hitam buram (dop) seperti
gambar
16

20. Gambar 16. Pelat Absorber
2. Pembuatan rangka kolektor
Rangka kolektor menggunakan bahan triplek dengan tebal 12 mm dengan
ukuran-ukuran seperti di bawah ini masing-masing dua buah
Gambar 17. Ukuran Kerangka Kolektor
Kemudian untuk tutup kolektor berbahan almunium dengan ukaran 100 x
50 cm. Kemudian susun semua bagian dan didapat hasil seperti gambar di
bawah ini.
Gambar 18. Bagian Tempat Pengeringan
3. Pembuatan Isolator
Isolator kolektor terdapat pada bagian bawah dan ke empat sisi. Isolator
menggunakan glasswoll yang di isi padat pada rongga kolektor.
Gambar 19. Letak Glasswool
17

21. c. Perencanaan kerangka penyangga
Kerangka dibuat dari besi kotak dengan dimensi 4 x 2 cm dan tebal 2 mm
kemudian rakit batangan besi dan di beri 2 buah baut 14‘
Gambar 20. Kerangka Penyangga Kolektor
d. Perencanaan rak pengering
Rak pengering dibuat dari aluminium sebagai kerangka dengan tebal
aluminium 0,2 cm. Dimensi rak pengering 38 cm x 38 cm. dan kawat nyamuk
sebagai landasan untuk bahan komoditi. Kawat nyamuk di pasang pada
rangka aluminium dengan menggunakan paku keling.
Gambar 21. Gambar Rak Pengering
Untuk mengoptimalkan kapasitas dari bahan yang akan dikeringkan maka
dibuat 3 tingkat seperti gambar dibawah
Gambar 22. Rak Pengering Tiga Tingkat
18

22. Hasil akhir dari alat pengering setelah dirakit adalah sebagai berikut :
Gambar 22. Pengering Surya
3.4 Optimalisasi Penggunaan Solar Thermal Collector
Energi dari matahari tiba dibumi dalam bentuk radiasi elektromagnetik yang mirip
dengan gelombang radio tetapi mempunyai kisaran frekuensi yang berbeda. Energi dari
matahari tersebut dikenal di Indonesia sebagai energi surya.
Energi surya diukur dengan kepadatan daya pada suatu permukaan daerah
penerima dan dikatakan sebagai radiasi surya. Rata-rata nilai dari radiasi surya diluar
atmosfir bumi adalah 1353 W/m, dinyatakan sebagai konstanta surya. Total energi yang
sampai pada permukaan horisontal dibumi adalah konstanta surya dikurangi radiasi
akibat penyerapan dan pemantulan atmosfer sebelum mencapai bumi dan nilai tersebut
disebut sebagai radiasi surya global.
Radiasi surya global terdiri dari radiasi yang langsung memancar dari matahari
(direct radiation) dan radiasi sebaran yang dipencarkan oleh molekul gas, debu dan uap
air di atmosfer (diffuse radiation).
Insolasi surya adalah intensitas radiasi surya rata-rata yang diterima selama satu
jam, dinyatakan dengan lambang I dan satuan W/ m2. Nilai insolasi surya dipengaruhi
oleh waktu siklus perputaran bumi, kondisi cuaca meliputi kualitas dan kuantitas awan,
pergantian musim dan posisi garis lintang.
Intensitas radiasi surya pada kondisi cerah (clear day) akan bertambah dari pagi,
sejak terbit sampai siang hingga tercapainya kondisi puncak dan turun sampai matahari
terbenam pada sore hari. Lamanya matahari bersinar cerah dalam satu hari dinyatakan
sebagai jam surya. Untuk Indonesia, jumlah jam surya adalah sekitar 4 - 5 jam per hari.
Jumlah intensitas radiasi / insolasi surya yang diterima dalam satu hari dinyatakan dengan
satuan kilowatt-hours/m2 (kWh/m2).
Produksi energi surya pada suatu area dapat dihitung sebagai berikut :
Energi surya yang dihasilkan (Watt)=Insolasi surya (W/m2) x luas area (m2)
Sehingga untuk optimalisasi dan dalam situasi bagaimana alat pemasak dan pengering
hasil-hasil pertanian dengan energi surya menjadi penting adalah ketika sinar matahari
mencapai Insolasi maksimal, yaitu ketika musim kemarau di Indonesia tiba. Penggunaan
Solar Thermal Collector menjadi sangat penting tatkala sinar matahari mencapai
19

23. intensitas maksimalnya untuk dimanfaatkan. Selain itu ketika matahari sedang mencapai
intensitas radiasi maksimalnya, kita dapat menghemat penggunan bahan bakar fosil yang
notabene telah mencapai titik krisis dengan memanfaatkan energi matahari melalui alat
Solar Thermal Collector.
3.5 Simulasi Perhitungan
3.5.1 Perpindahan Kalor melalui Konduksi
Laju perpindahan panas konduksi dapat dinyatakan dengan Hukum Fourrier
=−
sebagai berikut :
Dengan :
= laju perpindahan panas (W)
= Konduktivitas termal (W/(m.K))
= luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2)
= gradient temperature dalam aliran panas (k/m)
Tanda minus ( - ) digunakan untuk menunjukkan bahwa arah perpindahan kalor
bergerak dari daerah yang bertemperatur tinggi menuju daerah bertemperatur
rendah.
3.5.2 Perpindahan Kalor melalui Konveksi
Pada umumnya laju perpindahan panas melalui konveksi dapat dinyatakan
=ℎ ( − )
dengan hukum persamaan pendinginan Newton sbb.
Dengan :
ℎ = koefisien konveksi (W/(m.K))
= laju perpindahan panas (W)
= luas permukaan kolektor (m2)
= temperatur dinding (K)
= temperatur fluida (K)
3.5.3 Radiasi
Radiasi surya adalah radiasi gelombang pendek yang diserap oleh plat penyerap
sebuah kolektor surya dan diubah menjadi panas. Oleh karena itu plat penyerap
harus memiliki harga a yang setinggi – tingginya dalam batas yang masih
praktis. Salah satu diantaranya adalah khrom hitam (Black chrome) yang
mempunyai harga a = 0.90 dan e = 0.12.
Penukaran panas netto secara radiasi termal antara dua badan ideal (Hitam)
adalah :
20

24. = . .
Dengan :
= konstanta Stefan – Boltzman (5,67×10-8 W/m2.K4)
= luas bidang (m2)
= temperatur mutlak benda (K)
3.5.4 Efisiensi Kolektor
Ukuran tingkat performance kolektor disebut juga efisiensi kolektor.
Efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara energi panas yang
digunakan untuk menaikkan temperatur udara terhadap energi radiasi yang
diterima oleh kolektor dalam waktu tertentu.
Energi panas yang digunakan untuk menaikkan temperatur dapat dihitung
= ̇ × ×∆
dengan menggunakan persamaan berikut:
Dimana :
̇
= energi panas untuk menaikkan temperatur (J)
= laju aliran massa yang masuk ke kolektor (kg/s)
∆
= panas jenis udara (J/(kg.K))
= selisih antara udara yang masuk ke kolektor
dengan temperature udara keluar kolektor (K)
= ×
Energi radiasi yang diterima kolektor dihitung dengan persamaan :
Dimana :
= energi radiasi (J)
= intensitas radiasi matahari (J/m2)
= luas permukaan kolektor (m2)
= × 100%
Sehingga efisiensi kalor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
21

25. BAB 4
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Dari uraian malakah yang sudah disampaikan di atas, ada beberapa kesimpulan yang
dapat kita ambil, yaitu:
1. Teknologi Solar Thermal Collector memiliki kelebihan dibandingkan dengan
teknologi photo-voltaic dari berbagai segi, baik dari efisiensi alat maupun
efektivitas dalam pengelolaan energi surya.
2. Solar Thermal Collector memiliki banyak fungsi dan bisa diaplikasikan dalam
berbagai peralatan rumah tangga. Beberapa peralatan yang dapat menggunakan
teknologi Solar Thermal Collector adalah sebagai berikut : alat pemanas air,
pembangkit listrik termal, alat pemanas ruangan, alat masak (kompor), alat
pengering hasil pertanian, alat distilasi air, dll.
3. Penggunaan Solar Thermal Collector sebagai pemasak dan pengering hasil
pertanian menjadi sangat penting tatkala sinar matahari mencapai intensitas
maksimalnya untuk dimanfaatkan. Selain itu selagi matahari sedang mencapai
intensitas radiasi maksimalnya, kita dapat menghemat penggunan bahan bakar
fosil yang notabene telah mencapai titik krisis dengan memanfaatkan energi
matahari melalui alat Solar Thermal Collector.
4.2 Saran
1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk memperbaiki konstruksi kolektor
secara keseluruhan agar didapatkan effisiensi yang lebih tinggi dan dapat
beroperasi pada intensitas radiasi termal matahari yang relatif lebih rendah.
2. Jika produk ini bertarget pasar untuk kalangan menengah kebawah maka mereka
gunakan sebagai sumber alternatif yang tak akan habis dan jika produk ini
digunakan untuk masyarakat menengah ke atas maka bagi mereka sebagai alat
untuk menghemat sumber daya alam di Indonesia.
3. Pemerintah jangan pernah berhenti untuk memajukan dan memperjuangkan karya
anak-anak bangsa Indonesia di bidang inovasi teknologi agar menjadi teknologi
bermanfaat secara global yang diterapkan baik di dalam maupun luar negeri
22

26. DAFTAR PUSTAKA
I Gst. Ketut Sukadana,dkk.2010.Analisa Performa Kolektor Surya Datar Bersirip dengan
Aliran di Atas Pelat Penyerap.Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Udayana
Irnanda Priyadi.2008. Rancang Bangun Kolektor Surya Menggunakan Absorber
Kuningan Sebagai Teknologi Alternatif Sumber Energi Thermal.Prosiding
SEMNAS Sains dan Teknologi II Universitas Lampung.
Kamaruddin Abdullah.1996.Penerapan Energi Surya Dalam Proses Thermal
Pengolahan Hasil Pertanian.Bogor:Fakultas Teknologi Pangan IPB.
Kamaruddin Abdullah.2012.Renewable Energy Applications in Sample ESSV/E3i
Villages.Yogyakarta:Kuliah Umum Pascasarjana Magister Teknik Sistem UGM
Mulyanef dan Gusliyadi.2008.Kaji Eksperimental Kompor Tenaga Surya Tipe Box
Menggunakan Konsentrator Cermin Datar Pada Empat Sisi Kolektor.Prosiding
SEMNAS Sains dan Teknologi II Universitas Lampung
Rislima Sitompul.2011.Manual Pelatihan Teknologi Energi Terbarukan Yang Tepat
Untuk Aplikasi di Masyarakat Perdesaan. Jakarta : PNPM Mandiri
Yazmendra Rosa.____.Rancang Bangun Kolektor Pelat Datar Energi Surya Untuk
Sistem Pengeringan Pasca Panen.Padang:Politeknik Negeri Padang
23