Konversi Energi

Urutan Konversi Energi dalam Alat

Konversi energi adalah perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lain. Kata "konversi" tidak berarti energi diciptakan dari nol. Energi tetap mengikuti hukum kekekalan. Bentuk energi dapat berubah dan energi dapat berpindah dari satu bagian sistem ke bagian lain.

Energi berubah bentuk saat digunakan, tetapi jumlah totalnya tetap. Dalam setiap konversi, sebagian energi menjadi keluaran yang dibutuhkan. Sebagian lainnya berpindah ke lingkungan, misalnya sebagai kalor, bunyi, atau getaran.

Jalur konversi menunjukkan bagaimana suatu teknologi energi mengubah energi:

\text{sumber energi} \rightarrow \text{bentuk awal} \rightarrow \text{alat konversi} \rightarrow \text{keluaran berguna}+\text{energi ke lingkungan}

Energi yang berpindah ke lingkungan tetap masuk dalam perhitungan. Energi tersebut dapat berupa kalor, bunyi, getaran, atau cahaya pantul.

Jalur Konversi pada Pembangkit

Diagram berikut menjawab satu pertanyaan: energi dari alam berubah menjadi apa sebelum akhirnya dipakai?

Pembangkit Mengubah Energi Bertahap

Pada pembangkit listrik tenaga air, air mengalir melalui penstock dan memutar turbin. Turbin kemudian memutar generator yang menghasilkan listrik.

Pada pembangkit listrik tenaga angin, angin memutar bilah turbin, rotor memutar generator, lalu generator menghasilkan listrik.

Konversi Energi pada Turbin Angin

Ubah kelajuan angin untuk melihat rotor berputar lebih cepat dan menelusuri jalur dari gerak udara menuju listrik.

Kelajuan angin

7\ \text{m/s}

Jalur konversi: Angin memutar rotor, rotor memutar generator, lalu listrik dialirkan keluar.
Makna fisika: Kelajuan angin yang lebih besar dapat membuat rotor berputar lebih cepat, tetapi daya keluaran tetap dibatasi oleh kapasitas turbin, sistem kontrol, dan kondisi lokasi.

Pada panel fotovoltaik, sel surya mengubah cahaya Matahari langsung menjadi listrik. Hanya foton yang diserap bahan semikonduktor yang menyumbangkan energi untuk menghasilkan listrik.

Teknologi	Jalur konversi utama	Energi yang sering berpindah ke lingkungan sebagai
Pembangkit listrik tenaga air	potensial gravitasi air → kinetik air → turbin → generator → listrik	kalor akibat gesekan poros, bunyi, getaran
Turbin angin	kinetik angin → turbin → generator → listrik	bunyi, getaran, kalor pada komponen
Panel surya fotovoltaik	radiasi Matahari → listrik	cahaya pantul dan kalor
Biomassa	energi kimia → pembakaran → kalor → turbin → generator → listrik	kalor sisa, gas buang, bunyi
Biogas	energi kimia → pembakaran dalam mesin atau turbin → gerak poros → generator → listrik	kalor sisa, gas buang, bunyi
Panas bumi	energi termal reservoir → aliran uap atau fluida kerja → turbin → generator → listrik	kalor sisa dan gesekan sistem

Teknologi biopower mengubah biomassa menjadi panas dan listrik melalui pembakaran, penguraian oleh bakteri, atau konversi menjadi bahan bakar gas dan cair.

Pembangkit panas bumi memakai fluida panas atau uap dari bawah permukaan Bumi untuk menggerakkan turbin dan menghasilkan listrik.

Efisiensi Mengukur Bagian Energi yang Berguna

Karena tidak semua energi masuk menjadi keluaran yang kita butuhkan, kita memakai efisiensi. Efisiensi menunjukkan perbandingan antara energi berguna dan energi masuk.

\eta=\frac{E_{\text{berguna}}}{E_{\text{masuk}}}\times 100\%

Keterangan simbol:

Simbol	Makna
$\eta$	efisiensi
$E_{\text{berguna}}$	energi yang sesuai tujuan alat
$E_{\text{masuk}}$	energi yang diterima alat

Misalkan sebuah panel menerima energi cahaya $800 \text{ J}$ dan menghasilkan energi listrik $160 \text{ J}$ . Efisiensinya adalah:

\begin{aligned} \eta &= \frac{E_{\text{berguna}}}{E_{\text{masuk}}}\times 100\% \\ &= \frac{160 \text{ J}}{800 \text{ J}}\times 100\% \\ &= 20\% \end{aligned}

Energi yang tidak menjadi listrik berguna adalah:

\begin{aligned} E_{\text{lingkungan}} &= E_{\text{masuk}}-E_{\text{berguna}} \\ &= 800 \text{ J}-160 \text{ J} \\ &= 640 \text{ J} \end{aligned}

Jadi, efisiensi $20\%$ bukan berarti sisa $80\%$ hilang. Sisa energinya berpindah ke lingkungan, misalnya sebagai kalor dan cahaya yang tidak terserap panel.

Efisiensi energi mengukur bagian energi masuk yang berhasil diubah alat menjadi keluaran berguna.

Membandingkan Jalur Konversi Beberapa Alat

Panel surya, turbin angin, generator, dan reaktor biogas mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lain. Nama alat saja belum menjelaskan sumber energi, urutan perubahannya, energi yang dapat digunakan, dan energi yang berpindah ke lingkungan.

Kalau melihat ini	Tanyakan ini
Panel surya	Berapa bagian energi radiasi yang menjadi listrik?
Turbin angin	Apakah angin cukup cepat untuk memutar rotor?
Pembangkit listrik tenaga air	Seberapa besar debit air dan beda ketinggian antara saluran masuk dan turbin?
Biomassa	Apakah pasokan bahan baku biomassa cukup dan dikelola secara berkelanjutan?
Pembangkit panas bumi	Apakah lokasi menyediakan suhu bawah tanah, fluida, dan aliran yang memadai untuk pembangkit?

Jalur konversi mencatat sumber, bentuk energi awal, bentuk keluaran, energi berguna, dan energi yang berpindah ke lingkungan.