Menghemat Listrik Dengan Sinar Matahari

Kiranya tak seorangpun yang tidak mengenal matahari. Kita semua mengetahui bahwa karena sinar matahari benda-benda di sekitar kita dapat terlihat. Karena sinar matahari benda menjadi panas; karena sinar matahari tanaman dapat tumbuh subur. Karena sinar matahari udara menjadi panas yang selanjutnya menimbulkan angin, dan seterusnya masih banyak lagi peristiwa yang berkaitan dengan sinar matahari. Bila sinar matahari dimanfaatkan akan banyak keuntungan yang dapat diperoleh.


Berapa banyak energi matahari?
Sinar matahari memancar terus-menerus; banyak orang mengatakan bahwa matahari sebagai suatu reaktor nuklir raksasa. Dari penelitian sifat sinaran, dapat diketahui suhu matahari, sifat-sifat kimia, bahan-bahan dan lain sebagainya yang ada di matahari. Hasil penelitian mengemukakan antara lain bahwa matahari terletak pada jarak sekitar 149.600.000 km dari bumi; jarak tersebut digunakan sebagai satuan jarak yang disebut "satu satuan jarak astronomi" Jarak tersebut ditempuh oleh cahaya matahari sekitar 8 menit. Suhu permukaan matahari ditaksir sekitar 6000 oK atau sekitar 5700 oC, sedangkan di pusatnya sekitar 14.000.000 oC. Karena suhu yang sangat tinggi tersebut, matahari tidak padat. Berat jenisnya rata-rata 1,4; makin ke dalam berat jenisnya makin besar. Bagian intinya mempunyai kepadatan kira-kira 90 - 100 kali kepadatan air. Permukaan matahari disebut fotosfer, dan di luarnya terdapat bagian yang disebut atmosfer matahari. Pada sekitar awal tahun 1600 SM Galileo dengan menggunakan alat teleskop menunjukkan bahwa suhu fotosfer tidak serba sama, melainkan ada bagian tertentu yang suhunya selalu rendah dan ada bagian yang suhunya selalu tinggi. Bagian yang suhunya selalu tinggi disebut granule, dan bagian yang suhunya selalu rendah disebut fakule. Ada lagi kelompok-kelompok tidak tetap yang bersuhu rendah. Kelompok-kelompok tersebut diberi nama bintik matahari. Banyaknya bintik matahari tidak tetap; kadang-kadang banyak, dan kadang - kadang sedikit. Menurut hasil penelitian jumlah bintik tersebut berubah secara berkala. Waktu berkala itu disebut daur surya atau daur bintik matahari. Daur bintik matahari ada yang 5 tahunan; 11 tahunan; 22 tahunan; 50 tahunan; 85 tahunan. Pada bintik matahari suhunya sekitar 4000 oC. Atmosfer matahari terdiri atas dua lapisan yaitu kromosfer dan korona. Tebal lapisan tidak pasti karena tidak rata sehingga sulit menentukan batasnya; tetapi kromosfer dapat mencapai tebal 500 km, dan korona dapat mencapai 5000 km. Suhu kromosfer berkisar antara 5000 dan 10.000 oC. Sinaran yang dipancarkan tersebut mengandung energi. Oleh karena itu matahari dikatakan sebagai sumber energi. Pada tahun 1850 seorang ahli fisika Jerman bernama Herman von Helmhotz menjelaskan bahwa keluarnya energi karena matahari berkembang, Dikatakan bahwa perkembangan garis tengah matahari sebesar sekitar 85 m per tahun. Dengan membandingkan besarnya matahari yang sekarang, dan menggunakan laju pengembangan sebesar itu diperkirakan bahwa matahari sudah ada sejak 25 juta tahun yang lalu. Tetapi taksiran tersebut berbeda dengan penemuan-penemuan sekarang yang mengatakan bahwa sekurang-kurangnya matahari sudah ada sejak 5 milyar tahun yang lalu. Teori lain, seperti yang dikemukakan oleh Hans Bethe ahli fisika Jerman - Amerika pada tahun 1939, mengemukakan bahwa energi matahari timbul dari reaksi inti atom-atom hidrogen menjadi inti atom helium. Dengan menggunakan teori Einstein bahwa besar energi sebanding dengan massa dan kecepatan gelombang elektromanet yang rumusnya E = mc2, diperkirakan bahwa sebanyak 5 juta ton massa per detik dipancarkan matahari dalam bentuk energi elektromagnet.

Mengapa tidak dimanfaatkan?
Setiap m2 permukaan atmosfer menerima energi yang dipancarkan matahari sebanyak kurang lebih 2 kalori tiap menit atau sekitar 1400 watt per m2. Nilai sebanyak itu kemudian disebut tetapan surya. Sepanjang penjalarannya melalui atmosfer, sekitar 25% energi tersebut diserap oleh bahan-bahan yang di dalam atmosfer, dan 75% sisanya, atau kira-kira sebesar 1,4 kalori setiap menit setiap m2 atau sekitar 980 watt per m2. dapat terus sampai permukaan bumi. Namun demikian karena bumi berbetuk bulat dan berputar pada porosnya serta beredar mengelilingi matahari, maka setiap bagian permukaan bumi menerima energi dari matahari tidak secara bersamaan dan tidak dalam jumlah yang sama. Daerah tropis mendapat sinaran paling banyak, bahkan di sekitar khatulistiwa hampir sama sepanjang tahun. Sedangkan ke arah mendekati kutub setiap waktu menerima jumlah sinaran yang berbeda dan lebih sedikit dibandingkan yang diterima oleh permukaan bumi di daerah tropik. Di Indonesia, seperti yang tercatat di Kototabang Bukittinggi, rata-rata menerima sekitar 358 sampai 440 watt/m2. Dalam menuju bumi, energi matahari menjalar dengan hantaran gelombang elektromagnet. Gelombang tersebut tidak tunggal, melainkan berbentuk gelombang majemuk yang terdiri atas berbagai ukuran. Hampir 99% dari gelombang elektromagnet tersebut mempunyai panjang gelombang berkisar dari 0,15 m sampai 4,0 m dan disebut gelombang pendek. Dari seluruh gelombang pendek tersebut, yang lebih kecil dari 0,4 m disebut gelombang ultraviolet atau ultraungu, banyaknya sekitar 9%; yang antara 0,4 m dan 0,7 m disebut gelombang tampak, banyaknya sekitar 45%; dan yang lebih besar dari 0,7 m disebut gelombang inframerah, banyaknya sekitar 46%.

Matahari memancarkan sinaran dengan intensitas maksimum pada panjang gelombang sekitar 0,474 m. Jika panjang gelombang pada intensitas maksimum ditulis m, maka menurut Planck panjang gelombang tersebut berbanding terbalik dengan besarnya suhu (T), seperti yang ditunjukkan dengan rumus : m = 2897 / T. Apabila m dinyatakan dengan m, T diperoleh dalam oK. Dengan demikian permukaan bumi yang memancarkan energi maksimum pada gelombang 10 m diperoleh suhu permukaan bumi sebesar 289,7 oK, atau 16,7 oC.

Berapa lama matahari bersinar ?
Karena bumi bulat dan berputar, maka setiap tempat di permukaan bumi tidak terus menerus menghadap ke matahari melainkan bergantian sehingga terjadi malam dan siang hari. Namun demikian panjangnya siang dan malam hari tidak sama untuk setiap tempat dan setiap harinya. Hal tersebut karena bumi mengelilingi matahari dengan poros yang miring terhadap bidang edarnya. Kemiringan tersebut ( sudut miringnya 67,5 derajat ), mengesankan matahari bergerak setengah tahun ke arah utara dan setengah tahun berikutnya ke selatan. Batas paling utara pada 23 ½ derajat litang utara, dan batas paling selatan pada 23 ½ derajat lintang selatan. Daerah di antara kedua batas tersebut dikenal dengan nama daerah tropik. Dengan demikian tempat – tempat di daerah tropik dalam setahun dilewati matahari sebanyak dua kali. Di daerah tropik selisih antara lama hari siang dan lama hari malam kecil, dan di daerah luar tropik makin mendekati kutub perbedaan tersebut makin besar. Pada saat matahari tepat di atas khatulistiwa, pada tanggal 23 Maret dan 22 September, semua tempat yang sama lintang geografinya, baik di belahan bumi bagian selatan maupun di belahan bumi bagian utara mempunyai panjang hari siang sama; saat itu disebut ekuinoks. Pada hari tersebut tempat-tempat di khatulistiwa hari siang dan hari malamnya selama 12 jam.

Seberapa banyak penerangan dari penyuryaan matahari?
Selain lamanya hari siang, banyaknya energi matahari yang sampai di bumi dapat ditaksir dengan lamanya penyuryaan yang menujukkan banyaknya waktu cerah dalam sehari yang memungkinkan sinaran matahari dapat mencapai permukaan bumi. Nilai lama penyuryaan (LP) dinyatakan dalam % yang rumusnya sebagai perbandingan antara Lama Waktu Cerah (LWC) dan Lama hari Siang (LHS). Misalkan matahari bersinar dengan kekuatan tertentu sehingga lama waktu cerah selama 6 jam, dan apabila lama hari siang 10 jam, maka lama penyuryaan sebesar 6/10 x 100% = 60%. Karena terhalang awan, banyaknya sinaran yang sampai ke permukaan bumi berkurang. Makin banyak awan makin kecil lama penyuryaan. Lama penyuryaan berubah mengikut musim dan berbeda-beda di setiap tempat. Sebagai contoh, di Nusa Tenggara lama penyuryaan lebih banyak dibandingkan di Padang karena di Nusa Tenggara banyaknya awan lebih sedikit dibandingkan di Padang.

Matikan lampu pada siang hari.
Di Indonesia, seperti yang tercatat di Kototabang Bukittinggi, rata-rata menerima sekitar 358 sampai 440 watt/m2. Apabila dibuat bangunan yang memungkinkan sinar matahari tersebut masuk ke dalam tiap ruangan adalah suatu langkah yang bijaksana, karena akan banyak sekali lampu yang tidak perlu dinyalakan pada hari siang.. Selain dapat menghemat penggunaan listrik, dengan masuknya sinar matahari ke dalam ruangan kesehatanpun dapat tertingkatkan.



=============