Ringkasan

Paket teknologi tepat guna pemanas air tenaga matahari sederhana untuk memenuhi kebutuhan air hangat sehari­hari diusulkan untuk dikembangkan bagi pesantren dan masyarakat luas. Kesederhanaan teknologi memungkinkan pemanas air ini dibangun sendiri oleh masyarakat. Prototipe yang akan dibangun di beberapa pesantren sebagi pilot project diharapkan mampu menjadi wahana penyebaran teknologi tepat guna, mengingat peran sentral pesantren di masyarakat. Karena pemanas pemanas air ini tidak memerlukan listrik sama sekali, maka sangat memungkinkan dikembangkan baik di perkotaan maupun di pedalaman atau wilayah terpencil.
Pemanas air ini dibangun diatas atap beton rumah. Tangki dan pemanas dibuat menyatu. Beton atau dari batu bata dibuat kolom­kolom air, dengan lebar 30 cm dan tinggi 30 cm. Ketinggian air dalam kolom adalah 28 cm. Panjang kolom tergantung pada kebutuhan air. Kolom­kolom air tersebut dihubungkan satu sama lain melalui sebuah saluran. Perlu diperhatikan bahwa saluran tersebut harus dibuat pada bagian atas dari dinding kolom. Kesalahan menaruh posisi saluran antar kolom akan menyebabkan desain tidak berfungsi.
Penyerapan panas dilakukan dengan menggunakan pelat aluminium yang sebagian dilipat untuk menjadi elemen penyalur pemanas. Bagian dari pelat aluminium yang menghadap sinar matahari dicat hitam, dengan demikian berperan sebagai penyerap panas. Pelat hitam tersebut kemudian ditutup dengan kaca bening 5 mm dan dibuat rangkap dua.Penyimpanan air hangat didasarkan atas efek rumah kaca yakni dengan menerapkan double glazing, dan self insulating mechanism untuk menekan kehilangan panas ke bawah.
Perkiraan pembiayaan untuk satu modul pemanas air berukuran 6 meter persegi (luas efektif)
menghabiskan dana tidak lebih dari Rp. 3.5 juta dengan kapasitas air 900 liter.

Pendahuluan
Pemanas air tenaga matahari merupakan peralatan yang mengubah energi radiasi matahari menjadi energi panas untuk memanaskan air. Dibandingkan dengan pemanas air konvensional, seperti pemanas listrik atau gas elpiji, pemanas air tenaga matahari sangat kompetitif, karena hampir tak memerlukan listrik, minyak atau dan gas dalam mengoperasikannya, sehingga begitu seseorang mempunyai pemanas air tenaga matahari, praktis ia tidak akan mengeluarkan biaya sama sekali untuk pengadaan air hangat bagi keperluhan sehari­hari.
Kendala utama tingginya pemanas air tenaga matahari adalah biaya pengadaan awal, terutama produk­produk komersial. Sebagai contoh pemanas air berkapasitas 280 liter produksi WIKA berharga Rp. 12.500.000,­ untuk tipe NX yang menggunakan penutup kaca biasa dan Rp. 15.000.000,­ untuk tipe LX yang menggunakan penutup kaca jenis temper light. Di Indonesia, produk import dipatok setidaknya dengan harga dua kali dari produksi dalam negeri untuk kapasitas yang sama (Edward, solahart, solareim, dll). Mahalnya biaya pengadaan pemanas air tenaga matahari berakibat hanya orang­orang kalangan menengah keatas yang mampu mengakses peralatan tersebut, dan pemanas air

Bagaimana pemanas air tenaga matahari bekerja?



Prinsip kerja dari pemanas air tenaga matahari adalah mengubah energi radiasi sinar matahari menjadi energi panas, yang selanjutnya digunakan untuk memanaskan air. Penyerapan energi radiasi menjadi panas akan efektif bila digunakan benda hitam, atau benda yang dicat hitam. Panas yang dihasilkan selanjutnya dapat dirambatkan ke tempat lain dengan sebuah logam. Bila logam yang telah memanas tersebut kemudian dihubungkan dengan air, maka air akan menjadi panas.
Besar energi radiasi yang dapat diubah menjadi panas bergantung pada intensitas sinar matahari. Untuk sebagian besar wilayah Indonesia, intensitas sinar matahari rata­rata adalah 800 Watt/meter persegi. Dengan mempunyai pemanas air tenaga matahari seluas 1 meter persegi, dan jika diasumsikan efisiensi rata­rata 60%, maka sama pemanas air tenaga matahari tersebut setara dengan pemanas listrik berdaya 480 watt, yang bekerja terus sepanjang hari.

Gambar 2 adalah foto dari prototipe pertama pemanas air tenaga matahari yang telah dikembangkan penulis dan telah berfungsi selama 2 tahun 4 bulan. Pemanas buatan sendiri tersebut dibangun menyatu dengan atap rumah, dengan luas efektif sebesar 6 meter persegi. Air hangat yang dihasilkan, baik pada musim penghujan atau kemarau, lebih dari mencukupi kebutuhan harian baik untuk mandi atau berendam.

Selama kurun waktu pemakaian tersebut, kami belum mendapati problem teknis berarti, kecuali hanya membersihkan debu yang menempel kaca, sehubungan dengan tingginya aktifitas dan semburan debu gunung Semeru. Kami mengamati, meski pada cuaca mendung sepanjang hari, pada sore hari tetap diperoleh air hangat yang mencukupi untuk mandi seluruh anggota keluarga (4 orang).

Hal­hal yang penting diperhatikan dalam mengembangkan pemanas air teknologi tepat guna adalah:




Berdasarkan pertimbangan diatas, pilihan pemanas air teknologi tepat guna mesti sedemikian rupa agar bahan­bahan yang dugunakan murah, mudah pembuatan dan perawatannya, volume air hangat yang dihasilkan melimpah dengan beda suhu dengan lingkungan yang tidak terlalu tinggi.

Desain global
Desain global dari sistem pemanas air tenaga matahari tampak seperti gambar 3. Air yang disimpan dalam tandon air masuk (tor) ke sistem pemanas melalui sebuah pipa. Untuk menghambat pertumbuhan lumut yang dapat mengotori air, bagian luar dari tor air sebaiknya dicat hitam, sehingga sinar matahari tidak mampu menembus dinding tor.

Pemanas dibuat dari beton atau tembok yang menyatu dengan atap rumah. Tembok tersebut dibentuk menjadi kolom­kolom air. Di dalam kolom­kolom air diletakkan pelat aluminium sebagai penyerap panas, kemudian ditutup dengan kaca bening rangkap 2. Air hangat yang siap digunakan keluar melalui pipa, dan disalurkan sesuai dengan kebutuhan.
Berapa seharusnya luas sebuah pemanas air tergantung dari kebutuhan. Sebagai patokan, tiap meter persegi pemanas air dapat digunakan untuk memanaskan air 150 liter. Dengan demikian, jika diinginkan air hangat 900 liter, maka luas pemanas setidaknya adalah 6 meter. Luas pemanas 6 meter tersebut dapat dibuat dengan ukuran 2x3 meter persegi, atau 4x1.5 meter persegi.

Uraian masing-­masing bagian

1. Kolom­kolom air. Kolom­kolom air dibangun diatas atap beton dengan bentuk seperti gambar 4.


Kolom air dibuat dengan lebar 30 cm dan tinggi 30 cm. Kolom­kolom air tersebut dapat dibuat dari batu bata atau beton. Agar tidak terjadi kebocoran, bagian dalam (yakni yang bersentuhan langsung dengan air) sebaiknya dilapisi keramik. Keramik yang digunakan tidak perlu yang bentuknya bagus dan mahal, tetapi harus kuat dan kedap air, sehingga dinding tidak gampang bocor. Pada dasar dari masing­masing kolom tersebut, perlu dibuat saluran air yang berfungsi untuk menguras pada kolom. Pipa penguras ini tidak boleh terhubung satu dengan yang lain. Antara kolom satu dengan yang lain dihubungkan oleh saluran antar kolom, yang dibuat dengan mengerat bagian atas kolom. Posisi saluran antar kolom satu dengan yang lain seharusnya dibuat zigzag, sehingga aliran alir yang terjadi mengikuti pola huruf S. Kedalaman keratan kira­ kira 5­7 cm dari tinggi kolom maksimum (atau 23­25 cm dari dasar). Penting diperhatikan agar jangan membuat saluran antar kolom di pertengahan atau dasar kolom, karena air pada ketinggian tersebut umumnya belum panas, sesuai dengan watak air yang menjadi lebih ringan bila suhunya semakin tinggi. Dengan posisi saluran antar kolom yang tinggi, maka hanya air yang telah panas yang mengalir dari satu kolom ke kolom yang lain.

Desain tampak atas dari kolom­kolom air ditunjukkan pada gambar 4 (kanan). Aliran air, masuk melalui pipa masuk, bergerak sesuai dengan arah panah, dan keluar setelah melalui saluran berbentuk huruf S (serpentine). Bentuk aliran yang dibuat demikain menjamin hanya air panas yang akan mengisi kolom terakhir, sebelum air keluar dari pemanas.

2. Pelat penyerap panas dan elemen pemanas dapat dibuat dari pelat tembaga, aluminium atau stainless steel. Tembaga merupakan penghantar panas yang baik, tetapi mahal. Aluminium jauh lebih murah dari tembaga, tetapi bila air yang dipanaskan mempunyai kandungan kapur atau garam tinggi, maka pelat aluminium lama­lama terkikis dan habis. Pelat stainless steel secara umum bagus, tahan terhadap korosi tetapi mahal dan lebih sulit dibentuk menjadi bagian yang menjadi elemen­elemen pemanas.
Pelat lebar 2x1 meter persegi tersebut kemudian dilipat­lipat (dengan bagian terlipat berfungsi sebagai elemen pemanas) dan dibentuk sebagaimana gambar 5 (kiri). Disarankan agar hasil lipatan dikeling, agar struktur yang dihasilkan lebih kuat. Bagian atas pelat di cat hitam, sedang bagian bawah dibiarkan. Pelat pemanas kemudian dimasukkan ke dalam kolom air seperti pada gambar 5 (kanan), dengan bagian yang terlipat yang terendam dalam air. Karena pelat setelah dilipat menjadi lebih pendek, maka perlu ditambahkan pelat lain agar seluruh air tertutup pelat. Kelajuan pemanasan air sangat tergantung pada bagian(fraksi) elemen pemanas yang terendam air. Semakin banyak yang terendam, semakin cepat pemanasan air. Tetapi bila permukaan air terlalu tinggi, dikawatirkan air akan meluap dan menutupi bagian atas pelat. Oleh karenanya, jarak antara pelat dengan permukaan air diusahakan 2 cm (atau tinggi kolom air dari dasar sebesar 28 cm).


3. Pelat hitam tersebut kemudian ditutup dengan kaca bening. Diajurkan untuk mengunakan kaca bening tebal 5 mm. Jarak antara pelat pemanas dengan kaca hitam pertama antara 7­10 cm, sedang kaca bening pertama dengan kaca bening kedua juga 7­10 cm. Sambungan antara kaca satu dengan yang lain sebaiknya ditutup rapat dengan silicon seal untuk mencegah debu masuk ke area pemanas.





Sumbernya ...