Konversi Energi: Energi Terbarukan - Fisika (Kelas 10)

Membaca Alat dari Jalurnya

Konversi energi adalah perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lain. Kata "konversi" tidak berarti energi diciptakan dari nol. Energi tetap mengikuti hukum kekekalan energi, tetapi bentuk dan tempat berpindahnya berubah.

U.S. Energy Information Administration (EIA) menjelaskan bahwa energi tidak diciptakan atau dimusnahkan saat digunakan, melainkan berubah bentuk. EIA juga menekankan bahwa setiap konversi menghasilkan energi berguna dan energi yang tidak berguna bagi tujuan alat. Halaman Laws of Energy milik EIA bisa dibuka di eia.gov.

Cara paling rapi membaca teknologi energi adalah menuliskan jalurnya.

\text{sumber energi} \rightarrow \text{bentuk awal} \rightarrow \text{alat konversi} \rightarrow \text{energi berguna}+\text{energi terdisipasi}

Energi terdisipasi bukan energi yang hilang. Energi itu menyebar ke lingkungan, misalnya sebagai kalor, bunyi, getaran, atau cahaya yang terpantul.

Jalur Konversi pada Pembangkit

Diagram berikut membantu kita membaca satu pertanyaan sederhana: energi dari alam berubah menjadi apa sebelum akhirnya dipakai?

mermaid

Pada pembangkit listrik tenaga air, U.S. Department of Energy (DOE) menjelaskan bahwa air mengalir melalui penstock, memutar turbin, lalu turbin memutar generator untuk menghasilkan listrik. Penjelasan DOE tentang cara kerja tenaga air bisa dibuka di energy.gov.

Pada pembangkit listrik tenaga angin, DOE menjelaskan bahwa angin memutar bilah turbin, rotor memutar generator, lalu generator menghasilkan listrik. Halaman DOE tentang cara kerja turbin angin bisa dibuka di energy.gov.

Pada panel surya fotovoltaik, EIA menjelaskan bahwa sel fotovoltaik mengubah cahaya Matahari langsung menjadi listrik. Namun, hanya foton yang diserap oleh bahan semikonduktor yang memberi energi untuk menghasilkan listrik. Halaman EIA tentang photovoltaic and electricity bisa dibuka di eia.gov.

Teknologi	Jalur konversi utama	Energi yang sering terdisipasi
Pembangkit listrik tenaga air	$\text{potensial gravitasi air}\rightarrow\text{kinetik air}\rightarrow\text{gerak turbin}\rightarrow\text{listrik}$	kalor pada poros, bunyi, getaran
Turbin angin	$\text{kinetik angin}\rightarrow\text{gerak turbin}\rightarrow\text{listrik}$	bunyi, getaran, kalor pada komponen
Panel surya fotovoltaik	$\text{radiasi Matahari}\rightarrow\text{listrik}$	cahaya pantul dan kalor
Biomassa atau biogas	$\text{kimia bahan bakar}\rightarrow\text{kalor}\rightarrow\text{gerak turbin}\rightarrow\text{listrik}$	kalor sisa, gas buang, bunyi
Panas bumi	$\text{termal fluida bumi}\rightarrow\text{uap atau fluida bergerak}\rightarrow\text{gerak turbin}\rightarrow\text{listrik}$	kalor sisa dan gesekan sistem

DOE menjelaskan bahwa teknologi biopower mengubah bahan bakar biomassa menjadi panas dan listrik melalui pembakaran, penguraian bakteri, atau konversi menjadi bahan bakar gas dan cair. Penjelasan DOE tentang biopower bisa dibuka di energy.gov.

DOE juga menjelaskan bahwa pembangkit panas bumi memakai fluida panas atau uap dari bawah permukaan Bumi untuk menggerakkan turbin dan menghasilkan listrik. Halaman DOE tentang geothermal electricity generation bisa dibuka di energy.gov.

Efisiensi Menjawab Bagian 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{terdisipasi}} &= 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.

EIA memakai istilah efisiensi energi untuk kinerja teknis alat konversi energi dan alat pemakai energi. Halaman EIA tentang energy efficiency and conservation bisa dibuka di eia.gov.

Jangan Berhenti di Nama Alat

Nama alat sering membuat konversi energi terasa terlalu sederhana. Panel surya, turbin angin, generator, dan reaktor biogas bukan "pembuat energi". Alat-alat itu mengubah jalur energi.

Kalau melihat ini	Tanyakan ini
panel surya	berapa bagian energi radiasi yang menjadi listrik?
turbin angin	apakah angin cukup cepat untuk memutar rotor?
pembangkit air	seberapa besar debit air dan beda ketinggiannya?
biomassa	apakah bahan bakunya cukup dan dikelola berkelanjutan?
panas bumi	apakah lokasi memiliki panas, fluida, dan jalur aliran yang cukup?

Dengan membaca jalur konversi, kalian bisa menilai teknologi energi terbarukan lebih teliti: sumbernya apa, bentuk awalnya apa, alatnya mengubah energi menjadi apa, dan bagian mana yang benar-benar berguna.