Energi surya
Energi surya adalah energi yang berupa sinar dan panas dari matahari. Energi ini dapat dimanfaatkan dengan menggunakan serangkaian teknologi seperti pemanas surya, fotovoltaik surya, listrik panas surya, arsitektur surya, dan fotosintesis buatan.
Teknologi energi surya secara umum dikategorikan menjadi dua kelompok, yakni teknologi pemanfaatan pasif dan teknologi pemanfaatan aktif. Pengelompokan ini tergantung pada proses penyerapan, pengubahan, dan penyaluran energi surya. Contoh pemanfaatan energi surya secara aktif adalah penggunaan panel fotovoltaik dan panel penyerap panas. Contoh pemanfaatan energi surya secara pasif
meliputi mengarahkan bangunan ke arah matahari, memilih bangunan dengan massa termal atau kemampuan dispersi cahaya yang baik, dan merancang ruangan dengan sirkulasi udara alami.
Pada tahun 2011, Badan Energi Internasional menyatakan bahwa "perkembangan teknologi energi surya yang terjangkau, tidak habis, dan bersih akan memberikan keuntungan jangka panjang yang besar. Perkembangan ini akan meningkatkan keamanan energi negara-negara melalui pemanfaatan sumber energi yang sudah ada, tidak habis, dan tidak tergantung pada impor,
meningkatkan kesinambungan, mengurangi polusi, mengurangi biaya mitigasi perubahan iklim, dan menjaga harga bahan bakar fosil tetap rendah dari sebelumnya. Keuntungan-keuntungan ini berlaku global. Oleh sebab itu, biaya insentif tambahan untuk pengembangan awal selayaknya dianggap sebagai investasi untuk pembelajaran; inventasi ini harus digunakan secara bijak dan perlu dibagi bersama."
Bumi menerima 174 petawatt (PW) radiasi surya yang datang (insolasi) di bagian atas dari atmosfer. Sekitar 30% dipantulkan kembali ke luar angkasa, sedangkan sisanya diserap oleh awan, lautan, dan daratan. Sebagian besar spektrum cahaya matahari yang sampai di permukaan Bumi berada pada jangkauan spektrum sinar tampak dan inframerah dekat. Sebagian kecil berada pada rentang ultraviolet dekat.
Permukaan darat, samudra dan atmosfer menyerap radiasi surya, dan hal ini mengakibatkan temperatur naik. Udara hangat yang mengandung uap air hasil penguapan air laut meningkat dan menyebabkan sirkulasi atmosferik atau konveksi. Ketika udara tersebut mencapai posisi tinggi, dimana temperatur lebih rendah, uap air mengalami kondensasi membentuk awan, yang kemudian turun ke Bumi sebagai
hujan dan melengkapi siklus air. Panas laten kondensasi air menguatkan konveksi, dan menghasilkan fenomena atmosferik seperti angin, siklon, dan anti-siklon. Cahaya matahari yang diserap oleh lautan dan daratan menjaga temperatur rata-rata permukaan pada suhu 14 °C. Melalui proses fotosintesis, tanaman hijau mengubah energi surya menjadi energi kimia, yang menghasilkan makanan, kayu, dan biomassa yang merupakan komponen awal bahan bakar fosil.
Total energi surya yang diserap oleh atmosfer, lautan, dan daratan Bumi sekitar 3850000 eksajoule (EJ) per tahun. Pada tahun 2002, jumlah energi ini dalam waktu satu jam lebih besar dibandingkan jumlah energi yang digunakan dunia selama satu tahun. Fotosintesis menyerap sekitar 3000 EJ per tahun dalam bentuk biomassa. Potensi teknis yang tersedia dari
biomassa adalah 100-300 EJ per tahun. Jumlah energi surya yang mencapai permukaan planet Bumi dalam waktu satu tahun sangatlah besar. Jumlah ini diperkirakan dua kali lebih banyak dibandingkan dengan semua sumber daya alam Bumi yang tidak terbarukan yang bisa diperoleh digabungkan, seperti batubara, minyak bumi, gas alam, dan uranium.
Energi Surya dapat dimanfaatkan pada berbagai tingkatan di seluruh dunia, yang utamanya bergantung pada jarak dari khatulistiwa.
Energi surya umumnya merujuk pada penggunaan radiasi surya untuk kebutuhan praktis. Tetapi, semua energi terbarukan, kecuali geotermal dan pasang surut, berasal dari matahari.
Teknologi surya dikategorikan secara umum menjadi: teknologi pasif dan teknologi aktif, tergantung pada cara penyerapan, konversi, dan penyaluran cahaya matahari. Teknologi aktif meliputi penggunaan panel fotovoltaik, pompa, dan kipas untuk mengubah energi surya ke bentuk yang berguna. Teknologi pasif meliputi pemilihan bahan konstruksi yang memiliki sifat termal yang bagus, perancangan ruangan dengan sirkulasi
udara secara alami, dan menghadapkan bangunan ke matahari. Teknologi aktif meningkatkan persediaan listrik dan disebut sebagai teknologi sisi penawaran, sedangkan teknologi pasif mengurangi kebutuhan sumber daya alam lain dan disebut sebagai teknologi sisi permintaan.
Cahaya matahari telah mempengaruhi rancang bangunan sejak permulaan sejarah arsitektur. Arsitektur surya yang maju dan rencana tata ruang kota pertama kali digunakan oleh bangsa Yunani dan Cina, yang mengarahkan bangunan mereka menghadap selatan untuk mendapatkan cahaya dan kehangatan.
Fitur umum dari arsitektur surya pasif adalah arah bangunannya terhadap matahari, ukuran bangunan yang tepat (rasio luas permukaan dengan volume yang kecil), pemilihan penghalang (serambi), dan penggunaan massa termal. Ketika fitur-fitur ini digunakan bersama, dapat dihasilkan ruangan yang terang dan berada pada temperatur nyaman. Rumah Megaron milik Socrates adalah contoh klasik rancang bangunan
teknologisurya pasif. Perkembangan terakhir perancangan rumah berteknologi surya menggunakan bantuan permodelan oleh komputer, yang menggabungkan faktor pencahayan surya, pemanasan, dan sistem ventilasi dalam satu paket rancangan surya. Peralatan teknologi aktif surya seperti pompa, kipas, dan jendela buka-tutup dapat melengkapi rancangan tekonologi pasif dan meningkatkan daya kerja sistem.
Pulau bahang perkotaan adalah daerah perkotaan dengan suhu yang lebih tinggi dibandingkan dengan lingkungan sekitarnya. Temperatur yang tinggi disebabkan oleh meningkatnya penyerapan cahaya matahari oleh materi yang ada di perkotaan, seperti aspal jalan dan beton, yang memiliki albedo (tingkat keputihan) lebih rendah dan memiliki kapasitas panas lebih tinggi dibandingkan dengan materi alami. Langkah
langsung untuk mengatasi pulau bahang adalah mengecat bangunan dan jalan dengan warna putih, serta menanam pepohonan. Menggunakan langkah ini, program hipotetis "komunitas dingin" di Los Angeles telah memproyeksikan temperatur kota dapat diturunkan sekitar 3 °C dengan biaya sekitar 1 miliar dollar Amerika Serikat, dengan perkitaan keuntungan total tahunan 530 juta dollar dari pengurangan biaya penggunaan pendingin udara dan penghematan biaya kesehatan.
Pertanian dan perkebunan berusaha mengoptimalkan penyerapan energi surya untuk meningkatkan produktivitas tanaman. Teknik seperti siklus penanaman yang diatur waktunya, mengatur orientasi barisan, tinggi antar barisan yang berbeda, dan pencampuran varietas tanaman dapat meningkatkan perolehan tanaman. Walau sinar matahari umumnya dianggap sumber daya alam yang berlimpah, namun pentingnya matahari
untuk pertanian ditunjukkan di daerah dengan intensitas sinar matahari lebih sedikit. Selama pendeknya masa tanam pada Zaman Es Kecil, petani Perancis dan Inggris menggunakan dinding buah untuk memaksimalkan penyerapan energi surya. Dinding ini bertindak sebagai massa termal dan mempercepat pematangan dengan menjaga tanaman tetap hangat. Dinding buah awalnya dibuat tegak terhadap tanah
menghadap selatan, kemudian, dinding miring berkembang karena memanfaatkan sinar matahari lebih baik. Pada tahun 1699, Nicolas Fatio de Duiller bahkan menyarankan penggunaakan mekanisme lacak yang dapat memutar dinding mengikuti matahari. Penerapan energi surya, selain untuk menumbuhkan tanaman, meliputi memompa air, mengeringkan panen, beternak ayam, dan mengeringkan kotoran unggas. Teknologi surya juga digunakan oleh pembuat minuman anggur untuk menjalankan mesin tekan anggur.