I.PENDAHULUAN
A.Latar Belakang
Matahari adalah pabrik tenaga nuklir yang dengan memakai
proses fusi mengubah sejumlah empat ton massa hidrogen yang banyak terdapat di
jagad raya menjadi helium tiap detiknya dan menghasilkan energi dengan laju
1020 kW-Jam/detik. Berbeda dengan proses fusi nuklir yang berbahaya, proses
yang terjadi merupakan yang paling bersih dan gratis, selain itu energi ini
tidak memerlukan sarana angkutan atau transmisi jarak jauh, tidak berisik serta
memiliki potensi yang besar di berbagai lokasi untuk dimanfaatkan sebagai
sumber energi.
Energi yang berasal dari matahari merupakan potensi energi
terbesar dan terjamin keberadaannya di muka bumi. Berbeda dengan sumber energi
lainnya, energi matahari bisa dijumpai diseluruh permukaan bumi. Pemanfaatan
radiasi matahari sama sekali tidak menimbulkan polusi ke atmosfer. Perlu
diketahui bahwa berbagai sumber energi seperti tenaga angin, bio-fuel, tenaga
air sesungguhnya juga berasal dari energi matahari. Pemanfaatan radiasi
matahari umumnya terbagi dalam dua jenis, yaitu termal dan photovoltaic.
Energi surya memegang peranan paling penting dari berbagai
sumber energi lain yang dimanfaatkan oleh manusia. Energi surya merupakan
sumber berbagai sumber energi. Energi surya mengawali terbentuknya sumber
energi yang lain dan sumber energi lain akan tercipta selama ada matahari.
Sebagian besar radiasi surya yang masuk ke atmosfer akan diserap oleh mahluk
hidup yang memiliki klorofil kemudian menggunakannya untuk membentuk biomassa
yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi baik secara langsung maupun
melalui pembentukan bahan bakar fosil. Selain itu, radiasi surya yang jatuh
pada permukaan air akan memanaskan dan menguapkan air tersebut sehingga daur
hidrologi terbentuk. Pada topografi permukaan bumi yang berbeda, daur hidrologi
yang ada dipermukaan ini dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi.
Ketidakseragaman radiasi surya di permukaan bumi juga membantu dalam
pembentukan pusat-pusat tekanan udara tinggi dan rendah yang mengakibatkan
terjadinya angin sebagai sumber energi. Mengingat kembali hukum Termodinamika
I, sumber-sumber energi ini pun dapat diubah menjadi bentuk yang lain seperti
listrik, kimia, elektromagnetik, panas, dan lain-lain.
Faktor-faktor yang mempengaruhi tinggi rendahnya suhu udara
dari matahari di suatu daerah adalah, (1) Lamanya penyinaran matahari, (2)
Sudut datang sinar matahari. Factor lamanya penyinaran matahari dapat diukur
dengan menggunakan salah satu dari tipe Camble Stokes, yang mempunyai prinsip
kerja dan bagian-bagian penting tertentu.
Matahari memiliki intensitas yang dapat diukur yaitu dengan
menggunakan Aktinograf dan Solarimeter. Dalam menggunakan Aktinograf kita
membutuhkan kertas pias, yaitu berupa kertas yang menunjukkan skala intensitas
sinar matahari pada garis-garis vertical dan skala intensitas sinar matahari
pada garis-garis horizontal untuk menghitung keadaan cuaca dan periode kita
menggunakan Planimeter.
B.Tujuan
Menentukan intensitas radiasi dan lama penyinaran surya pada
satu hari.Menghitung data intensitas dan lama penyinaran surya untuk periode
selama satu bulan dan memperkirakan fluktuasi tahunannya.
II.TINJAUAN PUSTAKA
Sebenarnya radiasi matahari merupakan unsur yang sangat
penting dalam bidang pertanian. Pertama, cahaya merupakan sumber energi bagi
tanaman hijau yang memalui proses fotosintesa diubah menjadi tenaga kimia.
Kedua, radiasi memegang peranan penting sebagai sumber energi dalam proses
evaporasi yang menentukan kebutuhan air tanaman (Wisnubroto, 2005).
Intensitas radiasi matahari akan berkurang oleh penyerapan
dan pemantulan oleh atmosfer saat sebelum mencapai permukaan bumi. Ozon di
atmosfer menyerap radiasi dengan panjang gelombang pendek (ultraviolet)
sedangkan karbondioksida dan uap air menyerap sebagian radiasi dengan panjang
gelombang yang lebih panjang (infra merah). Selain pengurangan radiasi bumi
langsung (sorotan) oleh penyerapan tersebut, masih ada radiasi yang dipancarkan
oleh molekul-molekul gas, debu, dan uap air dalam atmosfer(wikipedia, 2008).
Energi surya adalah energi yang dapat dengan mengubah energi
panas surya (matahari) melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam
bentuk lain. Energi surya menjadi salah satu sumber pembangkit daya selain air,
uap, angin, biogas, batubara, dan minyak bumi. Teknik pemanfaatan energi surya
mulai muncul pada tahun 1839, ditemukan oleh A.C. Becquerel. Ia menggunakan
kristal silikon untuk mengkonversi radiasi matahari, namun sampai pada tahun
1955 metode itu belum banyak dikembangkan (wikipedia, 2008).
Pada tahun 1946 dilakukan perekaman spektrum radiasi
matahari untuk yang pertama kali dari ketinggian di atas lapisan ozon. Pada
tahun 1949 perekaman dilanjutkan untuk daerah panjang gelombang yang lebih
pendek dari ketinggian 100 km. dari eksperimen-eksperimen tersebut diperoleh
bahwa untuk daerah panjang gelombang di atas 2900 Angstrom suhu radiasi
matahari antara 5500 sampai 6000 oK. Untuk daerah panjang gelombang hingga
mencapai sekitar 5000oK (Soegeng, 1996).
Daerah yang menjadi lokasi reaksi nuklir kuat yang
menghasilkan keluaran energi maha besar adalah matahari. Di tengahnya berada
suatu daerah yang disebut zona radiasi, di mana energi ditransfer oleh radiasi
dibanding oleh pemindahan gas/panas. Istilah bagian dalam matahari sering
digunakan untuk meliputi keduanya zona pemindahan gas/panas dan
radiasi(Chaisson and McMillan, 1996).
Penyinaran atau isolasi adalah penerimaan energi matahari
oleh permukaan bumi, bentuknya adalah sinar-sinar bergelombang pendek yang
menerobos atmosfer. Sebelum mencapai permukaan bumi sebagian hilang karena
absorbsi. Adapun yang berhasil sampai ke bumi kemudian dilepaskan pula melalui
refleksi; ini terutama terjadi di kedua daerah kutub bumi dan di
dataran-dataran salju serta perairan (Daldjoeni, 1983).
Radiasi adalah suatu istilah yang berlaku untuk banyak
proses yang melibatkan pindahan tenaga oleh gejala gelombang elektromagnetik.
Gaya radiatif pemindahan kalor dalam dua pengakuan penting dari yang memimpin
dan konvektif gaya (1) tidak ada medium diperlukan dan (2) pindahan tenaga
adalah sebanding kepada kuasa ke lima atau keempat dari temperatur menyangkut
badan melibatkan(Pitts and Sissom, 2001).
Ketika kita menyebut iklim dan cuaca sebagian besar
ditentukan oleh rejim embun dan temperatur. Sehingga untuk memahami bagaimana
rejim ini dibagi-bagikan di atas muka bumi diperlukan untuk menguji anggaran
embun dan panas di bawah yang mana sistem atmosfer bumi harus beroperasi
(Petterssen, 1997).
Hukum penyinaran dasar menekankan bahwa ketika
mempertimbangkan radiasi dalam sistem iklim adalah menguntungkan untuk
menggunakan dua rejim radiasi yang beda: radiasi gelombang pendek (matahari)
yang dipancarkan oleh bumi dan atmosfernya (Seller and Robinson, 1990).
Penyinaran yang berasal dari sumber yang ada diluar tubuh
dan tidak melekat kita sebut sebagai penyinaran-luar. Apabila sumber penyinaran
ada di dalam tubuh, tersebar dalam jaringan, penyinaran kita sebut sebagai
penyinaran-dalam. Dengan demikian teknik proteksi radiasi juga akan kita bagi
menjadi dua, yaitu teknik proteksi radiasi penyinaran-luar dan teknik proteksi
radiasi penyinaran-dalam. (Wiryosimin, 1998).
II.a. Ada tiga macam cara radiasi matahari/surya sampai ke
permukaan bumi yaitu:
a. Radiasi langsung (Bearn/Direct Radiation)
Adalah radiasi yang mencapai bumi tanpa perubahan arah atau
radiasi yang diterima oleh bumi dalam arah sejajar sinar datang
b. Radiasi hambur (Diffuse Radiation)
Adalah radiasi yang mengalami perubahan akibat pemantulan
dan penghamburan.
c. Radiasi total (Global Radiation)
Adalah penjumlahan radiasi langsung dan radiasi
hambur.(wikipedia, 2008).
Cahaya difusi semakin penting bilamana cahaya matahari
berkurang baik oleh penghalang yang nyata (awan, daun, dll) atau oleh karena
penghamburan partikel-partikel atau molekul-molekul di atmosfer. Penghamburan
cahaya dipengaruhi oleh kerapatan partikel-partikel tersebut, dan juuga oleh
panjang celah cahaya matahari langsung yang melalui atmosfer, keduanya
meningkatkan kemungkinan terjadinya penghamburan. Partikel-partikel seperti partikel
debu dan asap, dan molekul-molekul seperti uap air, menyebabkan penghamburan
yang berbanding terbalik dengan panjang gelombang;fungsi tenaga dari hubungan
ini tergantung pada ukuran partikel, tetapi pengaruh netonya mengurangi
kandungan cahaya difusi (Fitter dan Hay, 1991).
Distribusi radiasi surya yang tidak merata di muka bumi
adalah penyebab utama timbulnya cuaca dan iklim. Tidak saja distribusi energi
surya itu yang mengandalkan iklim, tetapi energi surya itu sendiri merupakan
suatu unsur vital iklim. Energi itu secara langsung bertanggung jawab atas
berlangsungnya proses fotosintesis; periode siang dan malam yang panjangnya
bervariasi mempunyai pengaruh besar terhadap pertumbuhan tanaman. Energi surya
juga penting pengaruhnya dalam evapotranspirasi (pelepasan air) dan terhadap
jumlah kebutuhan tanaman akan air (Trewartha dan Horn, 1999).
Permukaan yang bersifat seperti benda hitam tidak akan
memantulkan cahaya radiasi yang diterimanya, oleh karena itu kita sebut sebagai
penyerap paling baik atau permukaan hitam. Jadi permukaan yang tidak
memantulkan radiasi akan akan terlihat hitam oleh kita karena tidak ada sinar
radiasi yang dipantulkan mengenai mata kita (Koestoer, 2003).
II.b. Pengaruh sinar matahari terhadap tanah dan tanaman
menurut Kartasapoetra (1988) adalah:
o Terhadap tanah: menaikkan suhu permukaan dan mendorong
terjadinya penguapan-penguapan
o Terhadap tanaman: mengatur fotosintesis dan mendorong
terjadinya penguapan-penguapan.
`Alat ukur radiasi memegang peranan yang sangat penting
dalam setiap kegiatan yang memanfaatkan radiasi. Dengan alat ini setiap pekerja
dapat mengetahui tingkat radiasi di tempat kerja dan dapat mengambil tindakan
yang paling tepat untuk menghindari terjadinya penerimaan dosis yang
berlebihan. Meskipun dalam setiap pengukuran radiasi hanya mengandalkan pada
hasil pembacaan alat, namun sebagai pekerja radiasi tidak boleh begitu saja
percaya terhadap informasi hasil pengukuran yang diberikan oleh alat ukur
(Akhadi, 1997).
Radiasi matahari yang diterima oleh bumi akan diterima
dengan cara diserap dan tidak tertangkis oleh atmosfer sampai ke permukaan
bumi, karena bumi sangat padat, maka radiasi ini bukan ditangkis, melainkan
dikembalikan satu arah ke atmosfer (proses ini biasanya disebut refleksi). Es
dan salju merefleksi hamper kebanyakan dari radiasi matahari yang sampai ke
permukaan bumi, sedangkan laut merefleksi sangat sedikit (www.beritaiptek.com).
Pada waktu radiasi surya memasuki system atmosfer menuju
permukaan bumi (daratan dan lautan), radiasi tersebut akan dipengaruhi oleh
gas-gas, aerosol, serta awan yang ada di atmosfer. Sebagian akan diserap dan
sisanya diteruskan ke permukaan bumi berupa radiasi langsung (direct) maupun
radiasi baur (diffuse). Radiasi langsung adalah radiasi yang tidak mengalami
proses pembauran oleh molekul-molekul udara, uap dan butir-butir air serta debu
di atmosfer seperti yang terjadi pada radiasi baur. Jumlah kedua bentuk radiasi
ini dikenal dengan “radiasi global”. Alat pengukur radiasi surya yang terpasang
pada stasiun-stasiun klimatologi (Handoko, 2003).
Radiasi cahaya dari permukaan benda tersebut akan
dipancarkan ke segala arah. Jika radiasi yang dipancarkan oleh benda ini
menerpa suatu permukaan lain, maka energi cahaya tersebut dapat diserap,
dipantulkan, atau diteruskan oleh permukaan penerima tersebut. Cahaya dapat
bergerak melintasi benda padat (misalnya kaca, plastic), cair (misalnya air,
minyak), gas (misalnya udara), dan ruang hampa udara atau vakum (misalnya pada
ruang angkasa luar). Salah satu ciri cahaya adalah panjang gelombang. Panjang
gelombang adalah jarak per siklus gelombang cahaya, biasanya diberi symbol λ
(Benyamin Lakitan, 1994).
III. PELAKSANAAN PRAKTIKUM
A. Waktu dan Tempat
Praktikum ini dilaksanakan di Balai Agro Techno Park (ATP)
pada tanggal 27 Mei-28 Mei 2011 dari pukul 17.00 sampai dengan pukul 12.00.
B. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada praktikum radiasi matahari adalah
luxs meter.
C. Cara Kerja
1. Sensor yang terdapat pada lux meter ditempatkan pada
tempat kerja atau di mana pd intensitas cahaya yang akan diukur alat ini akan
memberikan hasil pada pembacaan layer panel.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. A. Hasil
Jam Intensitas
Radiasi Surya (luxs)
17.00 28,72
17.30 816
18.00 2,36
06.00 1685
06.30 3006
07.00 1369 x 10
07.30 429 x 100
08.00 437 x 100
08.30 917 x 100
09.00 2.033 x 10
09.30 631 x 100
10.00 302 x 100
10.30 336 x 100
11.00 241 x 100
11.30 1079 x 100
12.00 1248 x 100
b. Pembahasan
Radiasi Matahari adalah pancaran energi yang berasal dari
proses thermonuklir yang terjadi di matahari. Energi radiasi matahari berbentuk
sinar dan gelombang elektromagnetik. Spektrum radiasi matahari sendiri terdiri
dari dua yaitu, sinar bergelombang pendek dan sinar bergelombang panjang. Sinar
yang termasuk gelombang pendek adalah sinar x, sinar gamma, sinar ultra violet,
sedangkan sinar gelombang panjang adalah sinar infra merah.
Pada praktikum kali ini kami melakukan pengamatan di ATP
yang berada di gelumbang. Pada pengamatan untuk radiasi matahari yang di mulai
pada pukul 17.00 mendapatkan hasil antara lain yaitu, untuk intensitas
radiasinya yaitu 28,72 lux. Selang waktu 30 menit dari pengamatan pertama
dilakukan, pengamatan berikutnya pukul 17.30 mendapatkan hasil yang berbeda
dari hasil pengamatan awal yaitu pada suhu maksimalnya berubah menjadi 816 lux,
dan di pengamatan terakhir pukul 18.00 intensitas cahaya mataharinya kian
sedikit yaitu 2,36 lux.
Pengamatan pun dilanjutkan pada pagi hari tanggal 28 Mei
2011 pada pukul 06.00 hingga pukul 12.00. Setelah semua kelompok selesai
melakukan pengamatan pada masing-masing jam yang telah dibagi di dapati hasil
bahwa saat sore hari suhu mengalami perubahan dalam selang waktu yang singkat
yaitu 30 menit setelah pengamatan sebelumnya dilakukan. Sedangkan hasil
pengamatan yang didapat pada pagi hari hingga siang hari nilai intensitas
radiasi mataharinya yang didapat cenderung mengalami peningkatan. Intensias
maksimum yang di dapatkan pada pengamatan hari kedua ini terjadi pada pukul
12.00 yaitu 1248 x 100 lux.
Jumlah total radiasi yang diterima di permukaan bumi
tergantung 4 (empat) faktor.:
1.Jarak matahari.
Setiap perubahan jarak bumi dan matahari menimbulkan variasi
terhadap penerimaan energi matahari
2.Intensitas radiasi matahari
yaitu besar kecilnya sudut datang sinar matahari pada
permukaan bumi. Jumlah yang diterima berbanding lurus dengan sudut besarnya
sudut datang. Sinar dengan sudut datang yang miring kurang memberikan energi
pada permukaan bumi disebabkan karena energinya tersebar pada permukaan yang
luas dan juga karena sinar tersebut harus menempuh lapisan atmosphir yang lebih
jauh ketimbang jika sinar dengan sudut datang yang tegak lurus.
3. Panjang hari (sun duration),
yaitu jarak dan lamanya antara matahari terbit dan matahari
terbenam.
4. Pengaruh atmosfer
Sinar yang melalui atmosfer sebagian akan diadsorbsi oleh
gas-gas, debu dan uap air, dipantulkan kembali, dipancarkan dan sisanya
diteruskan ke permukaan bumi,
Komponen Radiasi Matahari
Radiasi matahari yang sampai dipermukaan bumi terdiri dari
tiga komponen, yaitu langsung, baur dan Global. Radiasi global merupakan
gabungan langsung dan baur. Radiasi langsung dapat pula dibagi dua bentuk yaitu
radiasi langsung normal dan horizontal. Radiasi langsung normal dan horizontal
digunakan bila memperkirakan radiasi pada permukaan datar, miring dan tegak.
Permukaan miring meliputi lereng bukit/gunung (pertanian dan perkebunan), plat
penadah miring (pengeringan, rumah kaca, pemanas air surya, panel sel surya,
atap rumah dll.). Radisi pada permukaan tegak bangunan (dinding). Radiasi pada
permukaan datar di pertanian dan perikanan (penguapan di hamparan sawah,
bentangan kolam dan bendungan dll). Untuk memperkirakan radiasi pada permukaan
miring dan tegak, sudut kemiringan dan orientasi permukaan merupakan factor
penentu.
Pemanfaatan
Pemanfaatan Radiasi matahari dalam hidup dan kehidupan
sangat luas. Bila berbicara mutu, maka itu berbicara mengenai Spektral radiasi
matahari. Bila spektral radiasi matahari buruk intensitas radiasi matahari
berkurang dipermukaan bumi, mutu kehidupan di bumi dipastikan turun.Pada
radiasi matahari yang dimanfaatkan adalah energi panas, sedangkan cahaya tampak
adalah penerangan. Pemanfaatan radiasi matahari dan cahaya tampak yang sangat
dekat dengan hidup dan kehidupan adalah pada sistem bangunan (Danugondho dan
Aldy).Diantara sekian banyak kemanfaatan energi panas radiasi matahari baik
berupa radiasi langsung normal dan horizontal, radiasi baur, pantul maupun
global, yang paling dekat disekitar lingkungan tinggal diantaranya:
pengeringan, penguapan dan penghematan energi pada bangunan.
Pengeringan hasil pertanian dan perikanan dengan radiasi
matahari telah dikenal sejak lama dalam kehidupan sehari-hari. Bila diketahui
ketersediaan energi radiasi (jumlah dan lama) maka dapat diperkirakan lama
pengeringan dan ketebalan optimal sesuatu bahan, bila tak mencukupi digunakan
energi kovensional, jangan terbalik. Penetapan penggunaan pengeringan dari
radiasi matahari, menghemat pemakaian energi konfensional (listrik atau BBM),
istilah sekarang disebut hemat (efisiensi). Bila pengeringan menggunakan plat penadah
energi matahari, maka untuk mendapatkan energi panas yang optimal pada plat
penadah tersebut, permukaannya dimiringkan.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A.Kesimpulan
1. Radiasi Matahari adalah pancaran energi yang berasal dari
proses thermonuklir yang terjadi di matahari.
2. Radiasi matahari yang sampai dipermukaan bumi terdiri
dari tiga komponen, yaitu langsung, baur dan Global.
3. Radiasi matahari yang dimanfaatkan adalah energi panas,
sedangkan cahaya tampak adalah penerangan.
4. Radiasi langsung normal dan horizontal digunakan bila
memperkirakan radiasi pada permukaan datar, miring dan tegak.
5. Jumlah total radiasi yang diterima di permukaan bumi
tergantung 4 (empat) faktor.: Jarak matahari, Intensitas radiasi matahari,
Panjang hari (sun duration), Pengaruh atmosfer.
B.Saran
Dalam praktikum, diharapkan para praktikan selalu
memperhatikan asisten yang sedang menjelaskan alat-alat dan cara kerja dari
alat-alat tersebut sehinga para praktikan dapat dengan mudah melakukan
pengukuran.
DAFTAR PUSTAKA
Wisnubroto, S., 2006. Meteorologi Pertanian Indonesia. Mitra
Gama Widya, Jakarta.
Wikipedia.com, 2008. Radiasi Surya. Dikutip dari
http://www.wikipedia.com. Diakses
tanggal 15 Mei 2011.
Soegeng, R., 1996. Ionosfer. Penerbit Andi Offset, Yogyakarta.
Chaisson, E. and S. McMillan, 1996. Astronomy Today. Second
Edition. Prentice Hall, New
Jersey.
Petterssen, S., 1997. Introduction To Meteorology. Second
Edition. Mc-Graw Hill Book
Company, Inc., New York.
Pitts, D. R., and L. E. Sissom, 2001. Theory and Problems of
Heat Transfer. Second Edition.
McGraw-Hill, New York.
Seller, A. H. and P. J. Robinson, 1990. Contemporary
Climatology. Longman Scientific & Technical, New York.
Kartasapoetra, A. G., 1988. Klimatologi Pengaruh Iklim
Terhadap Tanah dan Tanaman. Bina
Aksara, Jakarta.
Handoko, 2003, Klimatologi Dasar, Bogor: FMIPA-IPB.
Lakitan, Benyamin,1994, Dasar-Dasar Klimatologi, Jakarta:
PT. Rajawali
Grafindo Persada.
