RENTI SURYA UJIAN AKHIR SEMESTER Materi dan Energi

UJIAN AKHIR SEMESTER JULI-DESEMBER 2015 Matakuliah : Materi dan Energi Hari/tgl. : Rabu, 6 januari 2015 Jam : 1 x 24 jam Dosen pembina : Dr. Ratnawulan, M.Si =================================================================== Jelaskanlah pertanyaan yang diberikan di bawah ini dengan baik dan benar ! a. Jenis-jenis perubahan wujud materi dalam kehidupan sehari b. 5 contoh perubahan energi dalam kehidupan sehari-hari a. Perumusan Hukum ke Nol Termodinamika. b. Makna Hukum Pertama Termodinamika. c. Pernyataan Kelvin-Planck dan pernyataan Clausius tentang perumusan Hukum Kedua Termodinamika (a) Prinsip kerja bahan bakar padat dan gas dari biomassa; (b) prinsip kerja geothermal, (c). energi angin, (d) energi surya energi thermal, (e) energi gelombang laut, dapat menjadi energi listrik Indonesia memiliki potensi energi terbarukan yang begitu besar, jelaskan kenapa pemanfaatn energi dari biomassa dan geothermal, energi angin, anergi surya di Indonesia belum optimal Berikan alternatif solusi supaya sumber energi terbarukan di Indonesia dapat dimanfaatkan secara optimal. =======S e l a m a t B e k e r j a ====== LEMBAR JAWABAN UJIAN AKHIR SEMESTER MATERI ENERGI NAMA : RENTI SURYA NIM :15175033 MATA KULIAH : MATERI ENERGI SKS : 2 a. Jenis-jenis perubahan wujud materi dalam kehidupan sehari  Zat didefinisikan sebagai suatu yang menempati ruang dan memiliki massa. Zat terdiri atas partikel-partikel yang jarak dan kebebasan geraknya berbeda-beda. Partkel adalah bagian terkecil pembentuk zat. Dalam kehidupan kita 3 jenis wujud zat yaitu padat, cair, dan gas. Zat Padat Zat padat merupakan zat yang memiliki bentuk dan volume yang relatif tetap. Contoh zat padat yang banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari antara lain adalah batu, besi, baja, aluminium dan arang. Zat padat mempunyai susunan partikel yang teratur dan jarak antar partikel sangat dekat atau rapat, gaya tarik-menarik antar partikelnya sangat kuat, dan gerak partikel-partikelnya sangat terbatas. Hal inilah yang menyebabkan zat padat memiliki bentuk dan volume yang tetap.  Zat Cair Zat cair merupakan zat yang memiliki bentuk berubah-ubah sesuai dengan tempatnya tetapi volumenya tetap. Contoh zat cair antara lain adalah air, bensin, minyak goreng dan oli. Zat cair mempunyai susunan partikel yang kurang teratur dan jarak antar partikelnya agak renggang, gaya tarik-menarik antar partikelnya tidak begitu kuat, dan gerak partikel-partikelnya dapat bergerak dengan leluasa namun masih sulit meninggalkan kelompoknya. Hal ini yang menyebabkan zat cair memiliki bentuk yang berubah-ubah sesuai sesuai dengan tempatnya dan volumenya tetap. Zat Gas Zat gas merupakan zat yang mempunyai bentuk dan volume yang tidak tetap. Contoh zat gas yang terdapat di udara antara lain adalah oksigen, hidrogen, nitrogen, amonia, argon dan neon. Zat gas mempunyai susunan partikel yang tidak teratur dan jarak antarpartikelnya renggang, gaya tarik-menarik antarpartikelnya sangat lemah. Selain itu, gerak partikel-partikelnya sangat leluasa dan mudah meninggalkan kelompoknya. Hal inilah yang menyebabkan zat gas mempunyai bentuk dan volume yang selalu berubah sesuai dengan wadah yang ditempatinya. Perubahan wujud zat Membeku Membeku adalah proses perubahan wujud suatu zat dari cair menjadi padat. Contoh jika air dalam kemasan plastik dimasukkan kedalam lemari es (freezer), lama kelamaan air tersebut akan berubah menjadi es. Suhu ketika suatu zat cair berubah wujud menjadi padat dinamakan titik beku. Mencair Mencair atau meleleh atau melebura adalah proses perubahan wujud suatu zat dari padat menjadi cair. Contoh : segumpal es yang dipanaskan akan berubah menjadi air. Suhu ketika suatu zat mulai mencair disebut dengan titik cair, titik leleh, atau titik lebur. Menguap Menguap adalah proses perubahan wujud suatu zat dari bentuk cair menjadi gas atau uap. Contoh : air yang dipanaskan sampai mendidih akan berubah menjadi uap air. Suhu ketika suatu zat cair berubah menjadi uap disebut dengan titik uap. Mengembun Mengembun adalah proses perubahan wujud suatu zat dari gas menjadi cair. Contoh uap air berubah menjadi air. Menyublin Menyublin adalah proses perubahan wujud suatu zat dari bentuk padat menjadi gas. Contoh : kapur barus secara perlahan-lahan akan habis karena menjadi gas. Mendeposit Mendeposit adalah proses perubahan wujud suatu zat dari bentuk gas menjadi padat. Contoh iodium gas akan berubah menjadi iodium padat setelah didinginkan. b. 5 contoh perubahan energi dalam kehidupan sehari-hari Ada berbagai bentuk energi, sumber, dan contohnya yang sering dijumpai di lingkungan kita yakni antara lain energi panas, listrik, kimia, cahaya, nuklir, kinetik ( energi gerak ), potensial, dan energi bunyi. Pengertian agak rincinya sebagai berikut : Energi Panas- yaitu energi dalam bentuk panas, sumbernya antara lain: matahari, api, dan benda panas lainnya; Energi Listrik- yaitu energi yang dimiliki arus listrik. Sumber energi listrik antara lain: nuklir, sel surya, dinamo dan generator, baterai, aki. Peralatan rumah tangga banyak yang memerlukan energi listrik, antara lain: kipas angin listrik, strika listrik, kulkas, televisi, radio, mesin cuci, alat pijat, blender, alat penanak nasi, dan lain sebagainya; Energi Kimia-yaitu energi yang timbul karena reaksi kimia. Sumber energi kimia antara lain: makanan, aki, baterai, solar, bensin. Contoh ; Energi kimia di dalam tubuh manusia dan dalam bahan bakar; Energi Cahaya-yaitu energi yang dimiliki oleh cahaya. Contoh: pemotongan logam menggunakan sinar,cahaya laser. Sumber energi cahaya antara lain: sinar matahari, lampu, dan laser; Energi Nuklir- yaitu energi yang terdapat pada inti atom, contohnya yakni bom atom. Sumber energi nuklir: unsur kimia radioaktif; Energi Gerak ( Kinetik )- yaitu energi yang timbul karena adanya gerak, contohnya: orang yang berjalan/berlari, kendaraan yang melaju, benda yang terlontar, dan semua benda yang bergerak; Energi Potensial- yaitu energi yang dimiliki oleh benda saat benda tersebut diam( tidak bergerak ) contohnya energi potensial gravitasi dan energi potensial pegas; Energi Bunyi- Energi yang dimiliki oleh bunyi, contohnya petir dapat menggetarkan kaca jendela. Sumber energi bunyi antara lain: alat-alat musik, radio, pita suara manusia. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat juga dimusnahkan, akan tetapi energi dapat diubah menjadi energi bentuk lain.  Berikut ini beberapa contoh Perubahan Energi : Perubahan energi panas menjadi energi gerak, contohnya kertas yang dibentuk spiral bergerak saat dipanaskan di atas lilin; Perubahan energi gerak menjadi energi panas. Contoh : tangan kanan dan kiri kita ketika digosok-gosokkan terasa hangat, ban sepeda/sepeda motor setelah perjalanan cukup jauh maka menjadi panas; Perubahan energi panas menjadi energi listrik. Contoh: Pembangkit Listrik Tenaga Geothermal ( panas bumi ); Perubahan energi cahaya menjadi energi listrik. Contoh: panel surya Perubahan energi kimia menjadi energi gerak. Contoh: kereta uap(menggunakan bahan bakar dari batu bara), kendaraan bermotor ( menggunakan bahan bakar bensin, solar, atau avtur), gergaji mesin; a. Perumusan Hukum ke Nol Termodinamika. Hukum ke 0 termodinamika berbunyi : ” Jika 2 buah benda berada dalam kondisi kesetimbangan termal dengan benda yang ke 3, maka ketiga benda tersebut berada dalam kesetimbangan termal satu dengan lainnya” . Untuk lebih memahami tentang isi hukum ke 0 termodinamika, maka bunyi hukum ini dapat ditulis ulang dengan kata-kata yang lebih sederhana yaitu  Jika benda A mempunyai temperatur yang sama dengan benda B dan benda B mempunyai temperatur yang sama dengan benda C maka temperatur benda A akan sama dengan temperatur benda C atau disebut ketiga benda (benda A, B dan C) berada dalam kondisi kesetimbangan termal. Kondisi ini dapat digambarkan sebagai berikut: Kesetimbangan termal antara benda A, benda B dan benda C Dalam kehidupan sehari-hari banyak kita jumpai fenomena yang menggambarkan hukum ke 0 termodinamika. Misalnya pada saat kita membuat air hangat untuk mandi. Kita mencampur air panas dengan air dingin. Pada saat air panas dicampur dengan air dingin, maka kalor akan berpindah dari air panas ke air dingin. Proses perpindahan panas ini berlangsung beberapa saat hingga tercapai kesetimbangan termal antara air panas dengan air dingin. Pada saat tercapai kesetimbangan termal antara air panas dengan air dingin, temperatur air panas akan turun sedangkan temperatur air dingin akan naik menuju ke temperatur kesetimbangan termal. b. Makna Hukum Pertama Termodinamika. Hukum termodinamika pertama ini berbicara mengenai hukum universal dari kekekalan energi. Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja. Terdapat banyak bentuk energy dan semuanya dapat saling berubah bentuk. Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa jumlah total energi di alam selalu konstan sama. Berdasarkan hukum kekekalan energi, maka hukum termodinamika 1 dirumuskan: Yaitu : AU = Q + W Dengan : AU = U2-U1 Jadi, Hukum pertama termodinamika adalah prinsip kekekalan energi yang dihasilkan pada kalor, usaha, dan energi dalam. Hukum 1 termodinamika menyatakan bahwa kalor yang terlibat diubah menjadi perubahan energi dalam dan usaha. Sebagai gagasan dasar dinyatakan bahwa energi dapat disimpan di dalam suatu sistem dalam berbagai bentuk makroskopik. Energi juga dapat dikonversi dari satu bentuk ke bentuk lain dan dipindahkan antar sistem. Makna yang tersirat dalam hukum termodinamika ini adalah bawa kita manusia sebagai hamba Allah yang kecil dapat merendahkan diri dihadapanNya betapa kecil dan tak berdayanya kita sebagai manusia. Dan betapa Maha besarnya Allah dengan segala ciptaanNya. c. Pernyataan Kelvin-Planck dan pernyataan Clausius tentang perumusan Hukum Kedua Termodinamika Formulasi Kelvin-Planck “Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu sumber pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik.” Dengan kata lain, formulasi kelvin-planck menyatakan bahwa tidak ada cara untuk mengambil energi panas dari lautan dan menggunakan energi ini untuk menjalankan generator listrik tanpa efek lebih lanjut, misalnya pemanasan atmosfer. Oleh karena itu, pada setiap alat atau mesin memiliki nilai efisiensi tertentu. Efisiensi menyatakan nilai perbandingan dari usaha mekanik yang diperoleh dengan energi panas yang diserap dari sumber suhu tinggi. Formulasi Clausius “Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata memindahkan energi panas dari suatu benda dingin ke benda panas”. Dengan kata lain, seseorang tidak dapat mengambil energi dari sumber dingin (suhu rendah) dan memindahkan seluruhnya ke sumber panas (suhu tinggi) tanpa memberikan energi pada pompa untuk melakukan usaha. (Marthen Kanginan, 2007: 249-250) Berbeda dari hukum pertama, hukum kedua ini mempunyai berbagai perumusan. Kelvin mengetengahkan suatu permasalahan dan Planck mengetengahkan perumusan lain. Karena pada hakekatnya perumusan kedua orang ini mengenai hal yang sama maka perumusan itu digabung dan disebut perumusan Kelvin-Planck bagi hukum kedua termodinamika. Perumusan ini diungkapkan demikian : “Tidak mungkin membuat pesawat yang kerjanya semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubahnya menjadi usaha” Oleh Clausius, hukum kedua termodinamika dirumuskan dengan ungkapan : “Tidak mungkin membuat pesawat yang kerjanya hanya menyerap kalor dari reservoir bertemperatur rendah dan memindahkan kalor ini ke reservoir yang bertemperatur tinggi, tanpa disertai perubahan lain”. (a) Prinsip kerja bahan bakar padat dan gas dari biomassa Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui pross fotosintetik, baik berupa produk maupun buangan. Biomassa antara lain adalah tanaman, pepohonan, rumput, ubi, limbah pertanian, limbah hutan,tinja dan kotoran ternak. Bahan bakar padat biomassa dengan penggunaan langsung biasanya dalam bentuk padatan yang mudah terbakar, baik kayu bakar, bambu atau tanaman lapangan yang mudah terbakar. Sedangkan bahan bakar biomassa gas Biogas dihasilkan dari sampah organik yang mengalami proses hidrolisis dan fermentasi oleh bakteri-bakteri tertentu untuk menghasilkan biogas tertentu.`Proses dapat dilihat pada skema berikut: (b) prinsip kerja geothermal Sumber energi panas bumi menjanjikan dapat memenuhi kebutuhan sumber energi saat ini. Sebab diperkirakan akan mampu menutupi kelemahan yang dimiliki oleh energi minyak yaitu mahalnya poses produksinya. PLTP merupakan pembangkit listrik sumber panas bumi yang sangat ekonomis mengingat bahan pruduksinya berupa air yang diinjeksikan kedalam perut bumi untuk menghasilkan uap, jadi tak ada biaya untuk bahan pengolahan bahan lainnya selain air. Setelah uap air terbentuk dan mempunyai tekanan / energi potensial dari sumur produksi, uap dipisahkan dari kandungan air menjadi uap kering pada separator untuk selanjutnya uap tersebut digunakan untuk menggerakan generator penghasil listrik melalui turbin uap. PLTP (Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi) pada pengoperasiannya sama sekali tidak menghasilkan gas karbon sehingga benar benar ramah terhadap lingkungan, hal seperti inilah yang diharapkan oleh masyarakat  dari berbagai penjuru dunia.  PLTP pertama di Indonesia yang saat ini tengah beropersi adalah di Kamojang Garut Jawa Barat yang dibangun tahun 1983 dengan kapasitas sekitar 110 MW. Indonesia yang merupakan negeri dengan banyak gunung berapi, merupakan potensial tersendiri bagi pengembangan PLTP dan diperkirakan mempunyai kapasitas sekitar 40% atau sekitar 27000 MW dari total cadangan panas bumi dunia dan baru termanfaatkan sekitar 4% nya saja. Geothermal power diharapkan dapat mengurangi dan akhirnya menggantikan PLTD PLTD yang saat ini merupakan masalah bagi negeri ini.  Cara kerja Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)  Pada prinsipnya PLTP merupakan Pembangkit listrik tenaga uap seperti pada umumnya. Hanya untuk PLTP ini uap yang digunakan bukan berasal dari boiler tetapi uap berasal dari dapur di dalam perut bumi.  Secara sederhana cara kerja PLTP dapat digambarkan sebagai berikut  Air disuntikan kedalam perut bumi dimana terdapat sumber panas alami melalui injektor.  Air akan mengalami pemanasan dan menjadi uap bertekanan dan keluar melalui sumur produksi.  Uap yang keluar masih mengandung air sehingga harus dilakukan pemisahan antara uap dan air pada separator.  Dari sini uap kering akan menuju turbin dan selanjutnya menjalankan generator untuk digunakan sebagai pembangkit listrik, sedangkan airnya akan menuju kembali kedalam injektor. Setelah uap menyelesaikan tugasnya menggerakan turbin maka akan menuju kondensor untuk dijadikan air kembali. Air dari kondensor akan didinginkan pada tangki pendingin melalui sistim pendinginan udara untuk selanjutnya air dapat di injeksikan kembali pada sumur injeksi.  . (c). Energi angin Pembangkit listrik tenaga angin adalah suatu pembangkit listrik yang menggunakan angin sebagai sumber energi untuk menghasilkan energi listrik. Pembangkit ini dapat mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Sistem pembangkitan listrik menggunakan angin sebagai sumber energi merupakan sistem alternatif yang sangat berkembang pesat, mengingat angin merupakan salah satu energi yang tidak terbatas di alam. Komponen PLT Angin :  gambar PLT Angin Anemometer : Mengukur kecepatan angin dan mengirimkan data kecepatan angin ke pengontrol. Blades : Kebanyakan turbin baik dua atau tiga pisau. Angin bertiup di atas menyebabkan pisau pisau untuk "mengangkat" dan berputar. Brake : Sebuah cakram rem, yang dapat diterapkan dalam mekanik, listrik, hidrolik atau untuk menghentikan rotor dalam keadaan darurat. Controller : pengontrol mesin mulai dengan kecepatan angin sekitar 8-16 mil per jam (mph) dan menutup mesin turbin sekitar 55 mph. tidak beroperasi pada kecepatan angin sekitar 55 mph di atas, karena dapat rusak karena angin yang kencang. Gear box : Gears menghubungkan poros kecepatan tinggi di poros kecepatan rendah dan meningkatkan kecepatan sekitar 30-60 rotasi per menit (rpm), sekitar 1000-1800 rpm, kecepatan rotasi yang diperlukan oleh sebagian besar generator untuk menghasilkan listrik. gearbox adalah bagian mahal (dan berat) dari turbin angin dan insinyur generator mengeksplorasi "direct-drive" yang beroperasi pada kecepatan rotasi yang lebih rendah dan tidak perlu kotak gigi. Generator : Biasanya standar induksi generator yang menghasilkan listrik dari 60 siklus listrik AC. High-speed shaft : drive generator Low-speed shaft : Mengubah poros rotor kecepatan rendah sekitar 30-60 rotasi per menit. Nacelle : nacelle berada di atas menara dan berisi gear box, poros kecepatan rendah dan tinggi, generator, kontrol, dan rem. Pitch : Blades yang berbalik, atau nada, dari angin untuk mengontrol kecepatan rotor dan menjaga rotor berputar dalam angin yang terlalu tinggi atau terlalu rendah untuk menghasilkan listrik. Rotor : pisau dan terhubung bersama-sama disebut rotor. Tower : Menara yang terbuat dari baja tabung (yang ditampilkan di sini), beton atau kisi baja. Karena kecepatan angin meningkat dengan tinggi, menara tinggi memungkinkan turbin untuk menangkap lebih banyak energi dan menghasilkan listrik lebih banyak. Wind direction : Ini adalah turbin "pertama",yang disebut karena beroperasi melawan angin. turbin lainnya dirancang untuk menjalankan "melawan arah angin," menghadap jauh dari angin. Wind vane : Tindakan arah angin dan berkomunikasi dengan yaw drive untuk menggerakkan turbin dengan koneksi yang benar dengan angin. Yaw drive : digunakan untuk menjaga rotor menghadap ke arah angin sebagai perubahan arah angin. Dan Yaw motor : kekuatan drive yaw. Cara kerja PLT Angin : Energi angin memutar turbin angin. Turbin angin bekerja berkebalikan dengan kipas angin (bukan menggunakan listrik untuk menghasilkan listrik, namun menggunakan angin untuk menghasilkan listrik). Kemudian angin akan memutar sudut turbin, lalu diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin angin. Generator mengubah energi gerak menjadi energi listrik dengan teori medan elektromagnetik, yaitu poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik permanen. Setelah itu di sekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC (alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. (d) energi surya thermal Sel surya atau juga sering disebut fotovoltaik adalah divais yang mampu mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya bisa disebut sebagai pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya matahari yang sampai kebumi, walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari matahari juga bisa dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar thermal. Sel surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal atau sambungan, dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan  saat disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus short-circuit dalam skala  milliampere per cm2. Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya. Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut bisa digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Gambar dibawah menunjukan ilustrasi dari modul surya. Modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya yang dirangkai seri untuk memperbesar total daya output. (Gambar :”The Physics of Solar Cell”, Jenny Nelson) Struktur Sel Surya Sesuai dengan perkembangan sains&teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang dengan berbagai inovasi. Struktur dari sel surya komersial yang menggunakan material silikon sebagai semikonduktor. (Gambar:HowStuffWorks) Gambar diatas  menunjukan ilustrasi sel surya dan juga bagian-bagiannya. Secara umum terdiri dari : Substrat/Metal backing Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material substrat juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau logam seperti aluminium atau molybdenum. Untuk  sel surya dye-sensitized  (DSSC) dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu material yang konduktif tapi juga transparan sepertii ndium tin oxide (ITO) dan flourine doped tin oxide (FTO). Material semikonduktor Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. Material semikonduktor inilah yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk kasus gambar diatas, semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum diaplikasikan di industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya material Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGS), CdTe (kadmium telluride), dan amorphous silikon, disamping material-material semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam penelitian intensif seperti Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTS) dan Cu2O (copper oxide). Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua material semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p (material-material yang disebutkan diatas) dan  tipe-n (silikon tipe-n, CdS,dll)  yang membentuk p-n junction. P-n junction ini menjadi kunci dari prinsip kerja sel surya. Kontak metal / contact grid Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material semikonduktor biasanya dilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai kontak negatif. Lapisan antireflektif Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Material anti-refleksi ini adalah lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke arah semikonduktor sehingga meminimumkan cahaya yang dipantulkan kembali. Enkapsulasi / cover glass Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran. Cara kerja sel surya Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar.  Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif)  sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur atomnya.  Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan elektron). (Gambar : eere.energy.gov) Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada  semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana  ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar dibawah. (e) energi gelombang laut Kekuatan gelombang adalah solusi yang relatif tidak dikenal sebagai sumber energi bersih, namun terganggu dan terus-menerus memiliki potensi untuk menjadi salah satu pemasok paling abadi kebutuhan sumber energi masa depan dunia jika beberapa kendala dapat diatasi. Salah satu masalah utama dengan sebagian besar teknologi gelombang adalah bahwa gelombang memiliki terlalu banyak energi. Halaman ini akan memberikan gambaran tentang potensi besar serta tantangan, dan mengeksplorasi bagaimana teknologi yang sedang disesuaikan di seluruh dunia. Inggris memiliki 35 dari hampir 130 energi gelombang dan perangkat sungai pasang surut pengembang di dunia, yang meliputi Pelamis, Aquamarine Power dan Kelautan Turbin sekarang. Menurut Andy Baldock, seorang analis energi gelombang Inggris dari perusahaan teknik Black & Veatch, "ada perasaan yang berkembang bahwa teknologi bisa sukses." Penelitian tenaga ombak dimulai sekitar 20 tahun yang lalu katanya, berasal dari tingginya populasi, tempat yang haus energi seperti Inggris dan Eropa yang memiliki beberapa sumber energi alam. Kemajuan terus di menyembur seperti gelombang dan ketenangan sampai beberapa kali ketika dorongan lebih mendesak untuk sumber energi terbarukan memicu dana penelitian dan pengembangan. "Ada sejumlah fenomenal [teknologi gelombang] perangkat di luar sana, dengan beberapa ribu paten. Lebih dari 100 ide telah aktif diupayakan, dimana sekitar 50 memiliki jumlah yang wajar dari kerja yang dilakukan mereka dan sekitar 20 masih dikejar cukup serius . Setidaknya sepuluh penelitian berencana untuk mematenkan prototipe skala penuh, "kata Baldock. Pertama-tama aliran gelombang laut yang mempunyai energi kinetik masuk kedalam mesin konversi energi gelombang. Kemudian dari mesin konversi aliran gelombang yang mempunyai energi kinetik ini dialirkan menuju turbin. Di dalam turbin ini, energi kinetik yang dihasilkan gelombang digunakan untuk memutar rotor. Kemudian dari perputaran rotor inilah energi mekanik yang kemudian disalurkan menuju generator. Di dalam generator, energi mekanik ini dirubah menjadi energi listrik (daya listrik). Dari generator ini, daya listrik yang dihasilkan dialirkan lagi menuju sistem tranmisi (beban). Indonesia memiliki potensi energi terbarukan yang begitu besar, jelaskan kenapa pemanfaatn energi dari biomassa dan geothermal, energi angin, anergi surya di Indonesia belum optimal. Banyak faktor yang menyebabkan energi alternatif tidak optimal yang pertama ketergantungan terhadap pemakaian bahan bakar fosil, kedua pemerintah yang memegang tampuk kekuaaan tidak terfokus pada pemberdayaan enegri masa depan, ketiga SDM yang belum memadai karena banyaknya peneliti kompeten banyak bekerja di luar negeri. Dan terakhir meskipun sumber energi alteratif murah dan ramh lingkungan namun untuk pengadaan secara besar-besaran ekonomi negara kita belum mampu menyokongnya. Berikan alternatif solusi supaya sumber energi terbarukan di Indonesia dapat dimanfaatkan secara optimal. Jika benar –benar ingin memanfaatn energi alternatif ini tentu pemerintah harus melangaah lebih dulu untuk mendanai pembangunan energi alternatif ini. Kemudian meemaksimalkan SDM yang kita miliki. Namun jika hal itu belum dapat menjawabnya maka setidaknya kita mulai dengan energi yang pembanguunannya lebih muran mskipun dengan skala yang kecil. Sumber energi alternatif yang mungkin bisa dikembangkan di Nagari Tabek Batusangkar temapat tinggal saya adalah Biogas. Analisis Kebutuhan Tidak dapat dielakkan bahwa di era ini manusia sangat tergantung terhadap sumber energi, baik untuk kebutuhan memasak, mandi, belajar, bekerja dan lain sebagainya memanfaatkan energi listrik. Begitu juga dengan lingkungan tempat tinggal saya hampir seluruh aspek bergantung pada energi, namun seiring dengan ketergantungan itu harga yang harus dibayar semakin hari semakin mahal. Hal yang semakin menambah sulitnya kondisi adalah dimana masyarakat rata-rata didaerah saya adalh petani. Namun ada hal lain yang membuat saya memiliki ide tentang energi yang terbarukan ini adalah masyarakat disekitar ini hampir keseluruhan selain petani padi mereka juga memilihara sapi. Jadi dengan itu saya berfikir untuk mencoba mengembangkan potensi daerah ditempat saya untuk memanfaatkan kotoran sapi ini menjadi biogas yang bisa menghasilkan listrik. Biogas Adapun Biogas mengandung beberapa komponen yaitu : CO2, sekitar 25% sampai 50% per volume, akibat yang ditimbulkan kandungan CO2 yaitu menurunkan nilai kalori, meningkatkan jumlah methane dan anti knock pada engine, menyebabkan korosi (kurangnya kandungan karbon acid)jika gas dalam keadaan basah, serta merusak alkali dalam baan bakar biogas ini. H2S, sekitar 0 sampai 0,5%, akibat yang ditimbulkan kandungan H2S yaitu : mengakibatkan korosi pada peralatan dan system perpipaan (stress corrosion) oleh karena itu banyak produsen mesin menetapkan batas maksimal H2S yang terkandung hanya 0,05% saja. NH3, sekitar 0-0,05%, emisi NOx setelah pembakaran merusak kandungan bahan bakar biogas ini, dan meningkatkan sifat anti-knock pada engine. Uap air, sekitar 1-5%, dapat menyebabkan korosi, resiko pembekuan, pada peralatan, instrument, plant dan system perpipaan. Debu/ Dust, sekitar >5µm, mengakibatkan terhalangnya nozzle, dan kandungan biogas. N2, sekitar 0-5%, akibat yang ditimbulkan yaitu mengurangi kandungan nilai kalori, dan meningkatkan anti-knock pada engine. Siloxanes, sekitar 0-5mg m-3 , mengakibatkan terjadinya abrasive dan kerusakan pada mesin Kombinasi dari biomassa dan CO-substrat dapat membantu dalam menurunkan kadar CO2 yang dihasilkan selama proses fermentasi. Dengan FAF sebagai co-fermentasi, kandungan CO 2 adalah sekitar 35% – lebih rendah dari yang diperoleh dengan hanya fermentasi pupuk kandang cair (sekitar 40%). Jika jagung dan kotoran digunakan sebagai co – ferments CO2 sekitar 45%. Proses Pembuatan Biogas Pembuatan biogas dari kotoran ternak dikembangkan dengan metodologi fermentasi anaerob. Tahapan proses dengan metode ini yang pertama adalah proses asidifikasi, yaitu proses penguraian atau dekomposisi komponen penyusun bahan organik menjadi asam-asam organik tanpa oksigen. Tahapan proses yang kedua adalah proses methanasi, yaitu proses perubahan asam-asam organik menjadi biogas. Untuk proses fermentasi anaerob ini dilakukan dalam sebuah biodigester. Biodigester yang digunakan adalah type semi permanen yang berbentuk prisma yang terbuat dari bahan fiber. Volume biodigester ini sebesar 9 m3. Dengan volume sebesar ini maka diharapkan mampu menampung lebih banyak bahan baku pembuatan biogas secara kontinue. Sehingga dapat dihasilkan hasil biogas yang semakin banyak pula untuk kebutuhan bahan bakar genset secara kontinue. Pembangunan sarana dan prasarana biogas Biodigester adalah reaktor tempat berlangsungnya proses fermentasi limbah/kotoran sapi menjadi biogas. Di dalam reaktor biodigester ini akan terjadi penguraian bahan-bahan organik yang terkandung dalam kotoran sapi menjadi asam-asam organik. Selanjutnya asam-asam organik ini akan terurai secara anaerobik menjadi biogas. Biodigester ini terbuat dari bahan fiber dengan volume 9 m3. Biodigester ini tersusun dari pelat-pelat berbentuk persegi empat dan segitiga. Bahan pembuat pelat tersebut terdiri dari campuran fiber dan resin yang disusun berlapi-lapis hingga mencapai ketebalan 0,8 - 1 cm. Selanjutnya pelat-pelat tersebut ini disusun menjadi bentuk menyerupai prisma/diamond dan ditanam/diletakkan dalam galian tanah setinggi 1 - 1,5 m. Hal terpenting dari pembuatan biodigester ini adalah tidak boleh ada kebocoran sedikitpun dari rangkaian pelat penyusun biodigester tersebut. Gas holder adalah reaktor penampung biogas yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan biogas sebelum dialirkan melalui pipa koneksi menuju generator ataupun kompor biogas. Gas holder ini terbuat dari bahan plastik Polyethylene 150 s/d 200 mikron diameter 1.2 m panjang 2 - 3m. Biogas yang tertampung dalam gas holder selanjutnya mengalir melalui pipa koneksi/selang menuju ke rumah-rumah dan selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan bakar generator dan kompor biogas. Perencanaan desain unit biodigester dan pembinaan teknis Sebelum dilakukan pembuatan biodigester dan unit perlengkapan lainnya, maka terlebih dahulu perencanaan desain untuk unit biodigester tersebut. Urutan perencanaan desain unit biodigester dimulai dengan perhitungan volume biodigester, penentuan model biodigester. Uji Kinerja Pembangkit Listrik/Genset dengan menggunakan Bahan Bakar Biogas Setelah pekerjaan perencanaan biodigester dan sarana prasarana biogas telah selesai dilakukan maka untuk selanjutnya adalah uji kinerja pembangkit listrik/genset dengan menggunakan bahan bakar biogas. Dari hasil pengujian yang telah dilakukan didapatkan data sebagai berikut : Untuk menghasilkan daya sebesar 450 - 1000 Watt sebuah genset memerlukan bahan bakar biogas sebesar 0,6 - 1 m3 biogas perjam. Pemakaian genset adalah berkisar 12 jam/hari. Konsumsi biogas untuk genset perhari adalah berkisar 7,2 - 12 m3/hari. Kegiatan penelitian pembangkit listrik berbahan bakar biogas skala rumah tangga ini merupakan kegiatan kerjasama antara Badan Litbang ESDM dengan Universitas Negeri Padjajaran (UNPAD) guna meningkatkan peran Energi Baru dan Terbarukan. Berdasarkan konsep penerapan teknologi produksi biogas untuk bahan bakar pembangkit listrik pada kegiatan ini maka diperoleh hal-hal berikut : Biogas dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar pembangkit listrik/genset. Untuk menghasilkan daya sebesar 450 - 1000 Watt sebuah genset memerlukan bahan bakar biogas sebesar 0,6 - 1 m3 biogas perjam. Biogas yang dihasilkan ditampung dalam penampung gas (gas holder) kemudian disalurkan melalui selang untuk dimanfaatkan sebagai bahan bakar genset dan kompor. Biodigester yang digunakan dalam pembuatan biogas ini adalah biodigester type semi permanen dengan volume 9 m3. Biodigester ini terbuat dari campuran bahan fber dan resin yang dibuat berlapis-lapis. Dengan adanya teknologi pembuatan biogas dari kotoran sapi ini maka manfaat secara langsung yang dapat dirasakan adalah berkurangnya timbunan kotoran sapi yang berpotensi mencemari udara, tanah dan air. Sekian dan terimakasi.....................