Latar Belakang
Menurut ourworldindata.org, sumber energi yang diperoleh berasal dari 35.63% dari batubara, 22.48% dari gas bumi, 14.96% dari air, 9.18% dari nuklir, 7.32% dari udara, 4.57% dari matahari, 3.15% dari minyak bumi, 2.36% dari bioenergi, dan 0.34% dari energi terbarukan lainnya. Dari data tersebut diketahui bahwa sebagian besar, bahkan lebih dari 50% sumber energi yang digunakan masih tidak terbarukan. Masalah utama dari penggunaan energi berasal dari energi tidak terbarukan itu karena energi tidak terbarukan akan habis dan tidak bisa diisi kembali (https://education.nationalgeograprrhic.org/resource/non-renewable-energy/). Dan dari sebagian besar energi tidak terbarukan itu mengandung karbon yang berasal dari periode "Carboniferous" sekitar 360 juta sampai 300 juta tahun yang lalu. Penggunaan karbon ini menyebabkan akibat yang berdampak pada lingkungan yaitu adanya polusi pada air, udara, dan darat yang mengandung gas rumah kaca seperti karbon dioksida dan metana yang dapat meningkatkan suhu bumi dengan meningkatkan efek rumah kaca yang menahan energi matahari di atmosfer bumi seperti penggunaan selimut. Selain itu juga ada polusi udara lainnya seperti sulfur dan bahan kimia lainnya yang dapat menyebabkan hujan asam yang berdampak pada organisme lainnya (https://ijcrt.org/papers/IJCRT1133009.pdf). Untuk sekarang ini, walau energi surya bukan yang paling efektif dan bukan yang paling sering digunakan namun energi surya memiliki potensi energi yang paling tinggi dan dari data eia.gov di amerika serikat sendiri diprediksi akan bahwa energi solar akan memiliki produksi energi paling tinggi dibandingkan sumber energi lainnya.
Perhitungan dan Observasi
I. Secara Perhitungan
Jarak rata rata dari matahari ke bumi adalah sekitar 1.4661E+11m dan memiliki radius sekitar 6.9635E+8m dengan daya total sebanyak sekitar 2.8E+26W. Untuk mengetahui daya radiasi matahari maka perlu dihitung berapa daya yang sampai ke bumi per meter persegi menggunakan inverse square law. Pertama tama diperlukan area matahari yang diperlukan untuk sampai dibumi dengan ukuran 1 meter persegi.
Area Matahari = Area Bumi x [Radius Matahari / (Jarak Matahari dan bumi + Radius Matahari)]^2
Selanjutnya kita juga perlu menghitung area total matahari.
Area Total Matahari = 4Ï€ x Radius Matahari^2
Maka bisa didapatkan berapa daya per meter persegi di bumi.
Daya di Bumi = Daya Total Matahari x Area Matahari / Area Total Matahari
Dan didapatkan yaitu sekitar 1393.5764 watt per meter persegi yang baru merupakan potensial energi total yang bisa didapatkan dari matahari. Karena bumi memiliki atmosfer maka dari atmosfer itu bisa mengurangi daya total yang didapatkan dan juga bisa dipantulkan kembali ke angkasa melalui atmosfer maupun bumi. Menurut earthobservatory.nasa.gov, pada saat tegak lurus dengan bumi, cahaya yang datang dari matahari akan terpantulkan sekitar 29% dan diserap sekitar 23%. Untuk mendapatkan berapa persen yang hilang akibat dari faktor-faktor tersebut, hanya dibutuhkan rasio dari jarak dari atmosfer paling atas yaitu sekitar 10000km dengan permukaan dengan menghitung juga faktor sudut dari pagi, siang, dan sore dengan jarak yang tegak lurus dengan bumi yaitu pada siang hari jam 12 siang (Hanya menganggap bahwa bumi berputar tanpa sumbu perputaran bumi dan lebih mengacu pada area dekat ekuator bumi). Untuk menghitung rasionya dibutuhkan jarak dari bagian paling atas atmosfer dengan permukaan bumi terlebih dahulu.
Jarak Pada Sudut θ = sqrt(a^2+2ar+cos^2(θ)r^2)-rcos(θ)
Dimana a adalah ketebalan atmosfer dan r adalah radius bumi. Dan dari rumus tersebut didapatkan rasionya.
Rasio = [sqrt(a^2+2ar+cos^2(θ)r^2)-rcos(θ)] / [sqrt(a^2+2ar+cos^2(0)r^2)-rcos(0)] = [sqrt(a^2+2ar+cos^2(θ)r^2)-rcos(θ)] / a
Dan yang terakhir kita bisa langsung mencari berapa daya yang akan sampai ke solar panel maupun solar panel dan lensa fresnel dengan mengkalikan semua faktor yang telah diperhitungkan.
Daya yang diterima = (100% - 29% - 23%)^Rasio x Area Permukaan x Daya di Bumi per meter persegi x Efisiensi
Untuk efisiensi panel surya itu sendiri adalah sekitar 15% dan untuk lensa fresnel sekitar 51%. Dan dari rumus tersebut bisa langsung dimasukan untuk mendapatkan perkiraan daya yang diterima dengan solar panel ukuran 69mm x 110mm dengan area 0.00759 meter persegi dan lensa fresnel dengan ukuran 0.04165 meter persegi.
Maka diperoleh data perkiraan sebagai berikut:
- Tanpa Lensa Fresnel
- Pada jam 12 siang: 0.761561652882 W
- Pada jam 6 pagi dan 6 sore: 0.52471434546 W
- Dengan Lensa Fresnel
- Pada jam 12 siang: 2.13131908428 W
- Pada jam 6 pagi dan 6 sore: 1.46847421346 W
Dari perhitungan tersebut dapat disimpulkan bahwa dengan lensa fresnel akan ada kenaikan sekitar 180% dan daya yang diperoleh menjadi 2.8 kali lipat.
