Radiasi Termal Pada Energi Matahari

Radiasi termal adalah bentuk emisi dan perpindahan energi yang bergantung pada karakteristik suhu permukaan emisi. Tidak ada perantara, seperti pada perpindahan panas lainnya, yaitu konduksi dan konveksi. Radiasi termal sebenarnya adalah gelombang elektromagnetik yang merambat dengan kecepatan cahaya (C = 300.000 km/s dalam ruang hampa). Kecepatan ini terkait dengan panjang gelombang (λ) dan frekuensi (f) radiasi seperti yang ditulis dengan persamaan:

C = λf

Ketika seberkas radiasi termal datang pada permukaan benda, sebagian dipantulkan dari permukaan, sebagian diserap oleh benda, dan sebagian lagi disebarkan melalui benda. Berbagai besaran yang terkait dengan ini fenomena adalah fraksi radiasi yang dipantulkan, yang disebut reflektivitas (ρ); fraksi radiasi yang diserap, disebut absorptivitas (α); dan fraksi radiasi ditransmisikan, disebut transmisivitas (τ). Ketiga besaran tersebut dihubungkan, muncullah persamaan:

ρ+α+τ =1

Perlu dicatat bahwa besaran radiasi yang baru saja didefinisikan tidak hanya fungsi permukaan itu sendiri tetapi juga arah dan panjang gelombang radiasi . Oleh karena itu, Persamaan di atas berlaku untuk besaran rata-rata di atas seluruh spektrum panjang gelombang. Persamaan berikut digunakan untuk menyatakan ketergantungan besaran ini pada panjang gelombang:

ρ_λ + α_λ + τ_λ =1

• ρ_λ = reflektivitas spektral
• α_λ = penyerapan spektral
• τ_λ = transmisivitas spektral

Kebanyakan benda padat tidak tembus cahaya, sehingga τ = 0 dan ρ+α =1. Jika benda menyerap semua radiasi termal yang menimpa sehingga τ = 0 , ρ = 0, dan α =1 , terlepas dari karakter spektral atau preferensi arah radiasi, disebut benda hitam (blackbody). Ini adalah idealisasi hipotetis yang tidak ada dalam kehidupan nyata.

Benda hitam bukan hanya penyerap sempurna, tetapi juga dicirikan oleh batas atas emisi radiasi termal. Energi yang dipancarkan oleh benda hitam adalah fungsi dari suhunya dan tidak merata didistribusikan ke semua panjang gelombang. Tingkat energi emisi per satuan luas pada panjang gelombang tertentu disebut daya emisi monokromatik. Max Planck adalah orang pertama yang menurunkan hubungan fungsional untuk daya pancar monokromatik dari benda hitam dengan suhu dan panjang gelombang. Hal ini dilakukan dengan menggunakan teori kuantum, dan persamaan radiasi benda hitam Planck yang dituliskan:

E_bλ = C₁ / {λ⁵ [exp (C₂/ λT) -1]}

• E_bλ = daya pancar monokromatik benda hitam (W/m2 -μm).
• T = Temperatur benda (K)
• λ = Panjang gelombang (μm)
• C₁ = Konstanta = 3.74 x 10⁸ W-μm⁴/m²
• C₂ = Konstanta = 1.44 x 10⁴ μm-K

Daya emisivitas/pancar total E_b dan daya pancar monokromatik, E_bλ dari benda hitam dirumuskan menjadi

E_b = ∫E_bλ dλ

E_b = σT⁴ ; σ = Konstanta Stefan-Boltzmann = 5.6697 x 10^-8 W/m² -K⁴

Benda hitam juga merupakan pemancar sempurna, sehingga intensitas radiasinya, I_b konstan ke segala arah yang dapat dirumuskan menjadi:

E_b = I_b π

Tentu saja, permukaan benda nyata memancarkan lebih sedikit energi daripada benda hitam. Rasio total daya emisi E dari permukaan nyata dengan total emisi daya E_b dari benda hitam pada suhu yang sama, disebut emisivitas (ε) dari permukaan nyata yang dirumuskan sebagai

ε = E/E_b

Energi radiasi yang meninggalkan permukaan termasuk emisi aslinya dan sinar pantulannya. Tingkat emisi total meninggalkan permukaan per satuan permukaan daerah disebut radiositas ( J ), yang dapat dituliskan rumusnya menjadi

J = ε E_b + ρH ; H = Iradiasi pada permukaan per satuan luas permukaan (W/m²)

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA SEPUTAR ENERGI TERBARUKAN !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Kalogirou, Soteris A. 2009. Solar Energy Engineering: Processes and Systems. Amerika Serikat: Elsevier.

Author: admin