RADIASI SURYA

Kuliah ke-1 ENERGI SURYA

SURYA Surya: salah satu bintang yang ada di

alam semesta Energi surya berasal dari reaksi nuklir di

pusat surya (15 juta oC). Reaksi: hidrogren berubah menjadi He

dengan kehilangan sejumlah massa tertentu, dan menghasilkan energi

Energi surya dipancarkan melalui permukaan surya (T=5762 K)

Konstanta surya Isc = Esurya/Abola-besar Isc = 1353 W/m2 Sbg batas atas”

teoritis ketersediaan radiasi surya di bumi atau nilai besarnya iradiasi yang sampai tepat di atmosfer terluar bumi.

R

suryabumi

DEFINISI ISTILAH DALAM RADIASI SURYA

Radiasi baur: Radiasi surya yang diterima setelah berubah arah karena disebarkan oleh atmosfer, awan, debu dll.

Radiasi langsung: Radiasi surya yang diterima tanpa melalui penyebaran oleh atmosfer, awan, debu dll.

Total radiasi surya: Radiasi global = radiasi baur + radiasi langsung

Iradiasi: Rata-rata energi radiasi yang terjadi pada suatu permukaan (W/m2)

Radiant expolsure: Energi per satuan luas pada suatu permuaan, merupakan gabungan iradiasi pada waktu tertentu (J/m2)

Radiositi (radiant exitance): Energi radiasi rata-rata yang meninggalkan suatu permukaan per satuan luas, dengan kombinasi emisi, refleksi dan transmisi (W/m2)

DEFINISI ISTILAH DALAM RADIASI SURYA

Daya emisi (radiant self exitance): Energi radiasi rata-rata yang meninggalkan suatu permukaan per satuan luas, yang dihasilkan dari emisi saja (W/m2)

Waktu surya: Waktu yang didasarkan pada gerakan anguler surya yang melewati angkasa

Waktu surya = waktu standar + {4 (Lst – Lloc) + E}Lst = meridian standar untuk zona waktu lokal Lloc = garis bujur tempat tertentu (derajat Barat)E = persamaan waktu = 9.87 sin 2 B – 7.53 cos B – 1.5 sin BB = (360/364) {n-81}n = hari ke-n dalam 1 tahun

ISTILAH SUDUT-SUDUT Latitud () adalah garis lintang atau lokasi anguler sebelah

Utara atau Selatan equator (Utara positif) Altitud (), sudut ketinggian surya Deklinasi ( ) adalah posisi anguler surya pada siang hari

terhadap bidang datar equator (Utara positif) = 23.45 sin {-(360/365) (284+ n)} …………. Duffi,

1980 = 23.45 sin {-(360/370) (n - 80)} …………. Lunde,

1980 Slope/kemiringan ( ) adalah sudut antara bidang datar yang

alat (misal: kolektor plat datar) dengan horizontal.0 180o ( > 90o berarti bahwa permukaan menghadap ke bawah terhadap alat)

ISTILAH SUDUT-SUDUT Sudut azimuth permukaan () , yaitu deviasi proyeksi

bidang datar horizontal normal terhadap permukaan dari meridian local dengan 0 di Selatan. Barat positif. (Sore positif)- 180o < 180o

Sudut jam , yaitu perpindahan anguler surya sebelah Timur atau Barat pada meridian local yang disebabkan oleh rotasi bumi pada aksisnya sebesar 15o per jam. Pagi negative, sore positif

Sudut datang adalah sudut antara radiasi langsung pada permukaan dan nomal terhadap permukaan

Sudut zenith z adalah sudut yang dibentuk oleh garis vertikal ke zenith dengan garis lurus ke surya

Surya

N

W

E

S

Zenith

z

PERHITUNGAN SUDUT-SUDUT

Sudut jam

= (jam waktu surya – 12.00) x 360/24 Sudut jam saat sun-rise atau sun-set s (saat = 0 atau z =

90o)

Cos s = - tan tan

(Sudut jam positif saat sunrise, dan negatif saat sunset)

Berdasarkan hal itu, maka dapat dihitung lamanya penyinaran surya (jam):

Lama jam dari matahari puncak (s dalam jam):

s = (24/360) arcos ( - tan tan ) Waktu local saat sunrise dan sunset + 12.00 + s Lamanya penyinaran surya: N = 2 s

PERHITUNGAN SUDUT-SUDUT

Sudut zenith z pada bidang datar (=0)

Cos z = sin = cos cos cos + sin sin

Sudut azimut surya

Sin = (cos sin ) / cos Pada saat || 90º, dimana altitud surya

lebih kecil dari pada altitud surya saat 90º , maka altitud dihitung dengan persamaan:

Sin = sin / sin

RADIASI EXTRATERESTRIAL = radiasi surya yang jatuh tepat di luar atmosfer bumi

Ion = Isc {1 + 0.033 cos (360 n / 365)} cos z

Atau

Ion = Isc {1 + 0.033 cos (360 n / 365)} {sin sin + cos cos cos }

(Untuk jam-jam tertentu antara sunrise dan sunset)

Radiasi surya harian (integralkan Ion):

Ho = (24 x 3600/) Isc {1 + 0.033 cos (360 n / 365)} {cos cos

sin s + (2s/360) sin sin }

RADIASI SURYA TERMANFAATKAN

Radiasi gelombang pendek: merupakan radiasi yang berasal dari surya dengan panjang gelombang 0.3 m < < 3.0 m. Radiasi ini meliputi radiasi langsung (dirrect) dan radiasi baur (diffuse)

Radiasi gelombang panjang: adalah radiasi yang berasal dari sumber-sumber bersuhu rendah/sedang mendekati sudu udara lingkungan dengan > 3 m. Radiasi geombang panjang ini diemisikan oleh atmosfer oleh benda dari mana saja bersuhu sedang (atau dari tanah yang disebut sebagai radiasi terestrial).

ALAT UKUR RADIASI SURYA

Pyrheliometer (contoh lain actinometer): menggunakan detektor untuk mengukur radiasi dari surya dan dari bagian terkecil awan yang berada di sekitar surya (dapat juga untuk mengukur radiasi langsung).

Pyranometer (contoh lain solarimeter): mengukur radiasi global (baur & langsung), biasanya untuk permukaan horisontal. Dapat dipakai untuk mengukur radiasi baur saja dengan menggunakan ring khusus. Detektor alat ini harus merespon seluruh panjang gelombang dari spektrum radiasi surya atau di luarnya, juga memiliki respon terhadap semua sudut datang. Detektor ditutup dengan kubah setengah bola untuk melindungi dari pengaruh angin dan lain-lainnya.

Campbell-Stokes sunshine recorder: Alat Ukur lama penyinaran, menggunakan bola kaca (diameter 10 cm) berfungsi sebagai lensa yang menghasilkan bayangan surya pada permukaan yang lain pada bola. Pada bagian lain terdapat kertas therma standar, bayangan surya akan membakar kertas ketika radiasi langsung mempunyai nilai di atas nilai kritis tertentu.

PIRANOMETER

SPEKTRUM ELEKTROMEGNETIK

HUKUM PLANCK

h= konstanta Planck k = konstanta Bolztzmann 2hCo

2 = radiasi I Planck = C1 = 3.7405 x 10-16 W/m2

H Co/k = radiasi II Planck = C2 = 0.0143879 mK

1exp

2

5

2

kThC

hCE

o

ob

HUKUM PERPINDAHAN WIEN

max T = 2897.8 m K

BLACK BODY Block body adalah penyerap radiasi

yang sempurna baik arah maupun berapapun panjang gelombangnya

Black body mengabsorbsi seluruh radiasi yang datang padanya dan untuk menjaga suhu konstan, black body harus memanfaatkan sejumlah energi yang sama.

PENDUGAAN RADIASI SURYA DI

PERMUKAAN BUMI

IDN = radiasi surya pada bidang datar horisontal saat cerah

P/Po adalah tekanan pada lokasi tertentu pada kondisi 1 atm, P/Po = exp (-0.0001184 x altitud di atas permukaan laut)

Nilai intensitas A dipengaruhi oleh perubahan jarak surya bumi. Nilai B dipengaruhi oleh perubahan kelembaban atmosfer.

zoDN

Bx

P

PAI

cosexp

Iglobal = Hdirrect + Hdiffuse

= IDN cos z + C IDN

= IDN sin + C IDN

C adalah koefisien yang dipengaruhi oleh faktor keawanan , dan tergantung pada kondisi setempat.

RADIASI SURYA PADA BIDANG DATAR

Radiasi langsung pada bidang miring:

Idirrect = Hdirrect (cos / sin ) = IDN cos

Dimana: Cos = {cos cos cos ( - ) } + { sin sin ( - ) }

Radiasi baur pada bidang miring:

Idiffuse = Hdiffuse (1 + cos ) /2

RADIASI SURYA PADA BIDANG MIRING ()

Radiasi baur pada bidang miring jika ada pengaruh reflektifitas di lingkungan:

Idiffuse = [ Hdiffuse (1 + cos ) /2 ]

+ [ (Hdirrect + Hdiffuse) (1 + cos ) /2 Atau

2

cos1sin

2

cos1 CCII DNdiffuse

RADIASI SURYA PADA BIDANG MIRING ()

= 0.2 untuk tanah bervegetasi = 0.8 untuk tanah bersalju

= 0.15 untuk tanah berbatuan = 0 untuk bidang datar horisontal

Nsurya

Musim Gugur

21 September

Musim Dingin

21 September

Musim Semi

21 Maret

Musim Panas

21 Juni

N =0

=0

=23.5o=23.5o

Musim Semi Musim Dingin

Musim Gugur

Musim Panas

NNN

Radiasi surya

Perubahan musim di belahan bumi Utara

Hari ke-n dalam 1 tahun (364 hari) 17 Januari 17 15 Pebruari 46 17 Maret 76 15 April 105 15 Mei 135 11 Juni 162 18 Juli 199 17 Agustus 229 15 September258 15 Oktober 288 14 Nopember 318 12 Desember 346

Parameter yang digunakan dalam penentuan radiasi surya

Tanggal A B C E 21 Januari -20 1.230 0.142 0.058 -11.2 21 Pebruari -10 1.215 0.144 0.060 -13.9 21 Maret 0 1.186 0.156 0.071 -7.5 21 April 11.6 1.136 0.180 0.097 1.1 21 Mei 20.0 1.104 0.196 0.121 3.3 21 Juni 23.45 1.088 0.205 0.134 -1.4 21 Juli 20.6 1.085 0.207 0.136 -6.2 21 Agustus 12.3 1.107 0.201 0.122 -2.4 21 September 0 1.151 0.177 0.092 7.5 21 Oktober -10.5 1.192 0.160 0.073 15.4 21 Nopember -19.8 1.221 0.149 0.063 13.8 21 Desember -23.45 1.233 0.142 0.057 1.6

(o); A (W/m2); B (Air mass-1); E (menit)Untuk Lokasi di USA (Utara)

PR

Tentukan radiasi surya (global) pada bidang datar dan bidang miring pd kemiringan 6o di Bogor pada tgl 28 Pebruari setiap jam selama 1 hari.Gambar grafik