INTEGRATED SMART LIGHTING SYSTEM FOR
SUSTAINABLE BUILDING: PEMANFAATAN ENERGI
MATAHARI SECARA TERINTEGRASI SEBAGAI SUMBER
PENERANGAN DAN LISTRIK BANGUNAN
𝐌𝐮𝐡𝐚𝐦𝐦𝐚𝐝 𝐍𝐚𝐬𝐢𝐫𝟏, 𝐑𝐢𝐬𝐤𝐚 𝐅𝐚𝐣𝐫𝐮𝐥 𝐔𝐦𝐦𝐢𝟐, 𝐒𝐢𝐧𝐭𝐚 𝐀𝐲𝐮 𝐒𝐚𝐤𝐢𝐧𝐚𝐡𝟑Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta Email : [email protected]
Abstrak
Menurut data Dewan Energi Nasional, kebutuhan energi listrik di Indonesia meningkat sekitar 8% setiap tahunnya. Salah satu cara untuk mengatasi permasalahan tersebut adalah dengan pemanfaatan energi terbarukan. Integrated Smart Lighting System for Suistainable
Building merupakan sebuah sistem terintegrasi yang terdiri dari Shelf Lighting System, Lightpipe System, serta Solar Photovoltaic yang membentuk system cerdas untuk menerangi
bangunan dan bersifat berkelanjutan. Metode penulisan karya ilmiah ini adalah studi literatur. Analisis Ekonomi dari sistem ini dicapai menggunakan perhitungan Net Present Value (NPV) yang merupakan perbedaan antara nilai saat ini dari cash inflows dan cash outflows dari pengembangan sistem. Penggunaan sistem ini dapat meningkatkan daily saving, serta penghematan energi masyarakat. Dengan beralih ke sistem ini, maka kita dapat mengurangi penggunaan energi fosil dalam kehidupan sehari hari dan lebih ramah lingkungan.
Kata Kunci :Integrated, Smart System, Terbarukan
1. PENDAHULUAN
Cahaya merupakan elemen penting dalam menunjang sebagian besar aktivitas sehari hari manusia. Cahaya dapat berasal dari radiasi matahari secara langsung atau menggunakan alat listrik yang telah dikembangkan sekarang ini. Penggunaan elemen listrik untuk menghasilkan cahaya di sebuah ruang dapat memakan energi yang cukup besar. Aktifitas masing masing individu yang padat akhirnya juga berdampak pada penggunaan energi yang semakin meningkat.
Penggunaan energi berlebihan menyebabkan inefisiensi energi sehingga terjadinya pemborosan energi. Efisiensi energi sendiri mengacu pada upaya mengurangi penggunaan energi yang
berlebih sehingga dapat mengurangi biaya energi dan menghasilkan penghematan biaya konsumen. Mengurangi penggunaan energi merupakan salah satu solusi untuk mengurangi emisi karbon dioksida sehingga dapat menurunkan potensi climate change.
Fourth Assesmet Report yang dikeluarkan oleh Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) yang merupakan suatu badan perkumpulan 1.300 ilmuwan dari seluruh dunia mengungkapkan bahwa 90% aktifitas manusia selama 250 tahun terakhir membuat planet bumi semakin panas. Tingkat karbondioksida beranjak naik mulai dari 280 ppm menjadi 379 ppm dalam 150 tahun terakhir. Pertambahan penduduk, penggunaan bahan bakar fosil seta berbagai aktifitas lainnya
menyebabkan gas rumah kaca di atmosfer semakin bertambah sehingga menyebabkan pemanasan global. Semakin panasnya planet bumi mengakibatkan perubahan sistem iklim terkait dengan gas-gas rumah kaca yang dihasilkan oleh aktifitas manusia.
Oleh karena itu, dibutuhkan sebuah sistem yang ramah lingkungan serta dapat memenuhi kebutuhan setiap individu dalam menjalani aktifitasnya. Integrated
Smart Lighting System For Sustainable Building dapat menjadi sebuah solusi
untuk mencapai target renewnable energi. Karena dengan perpaduan Pipe Lighting,
Self Lighting serta Photovoltaic yang
memanfaatkan energi matahari secara terintegrasi dapat menjadi sumber penerangan serta listrik bangunan sehingga dapat meningkatan efisiensi energi dan mengurangi potensi climate change.
II. LANDASAN TEORI
2.1 Konsumsi Energi di Indonesia Menurut data Bank Dunia, pertumbuhan ekonomi Indonesia meningkat dari 5.7 % pada tahun 2005 menjadi 5.9 % pada tahun 2010. Sementara populasi Indonesia kini mencapai 242.3 juta penduduk sehingga kebutuhan energi meningkat sekitar 7% setiap tahunnya selama kurun waktu 30 tahun. Salah satu contoh peningkatan energi yang cukup tajam yaitu pada sektor rumah tangga dimana konsumsi akan meningkat sebesar 423.01 GWh (dari 21.52 GWh di tahun 2000 menjadi 444.53 GWh pada tahun 2030) [1].
2.2 Potensi Energi Matahari sebagai Sumber Energi
Energi matahari yang diradiasikan terhadap bumi sangat besar bahkan dalam rentang waktu satu jam, radiasi yang dipancarakan dapat dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan energi di bumi selama 1 tahun. Setiap tahunnya tercatat
sekitar 3.9 x 1204 Joule = 1.08 x 1018 kWh energi matahari yang mencapai permukaan bumi. Jumlah ini sekitar 10.000 kali lebih banyak dari permintaan energi primer secara global tiap tahunnya dan lebih banyak cadangan ketersediaan keseluruhan energi yang ada di bumi. Dengan kata lain, menggunakan 10.000 kali energi yang dihasilkan dari cahaya matahari yang datang dengan secara optimal, dapat mencukupi seluruh kebutuhan energi di masa yang akan datang.
Gelombang elektromagnetik yang diradiasi mempunyai spektrum. Spektrum yang ditransmisikan di luar atmosfir bumi mempunyai panjang gelombang dengn range 0.25 mm sampe 3 mm. Sedangkan di atmosfer bumi berkisar 0.32 mm sampai 2.53 mm. Hanya 7% energi tersebut terdiri dari Ultraviolet (AM 0), 47% nya merupakan cahaya tampak yang memiliki panjang gelombang sekitar 0.4 mm hingga 0.75 mm, dan 46% merupakan cahaya inframerah [2].
2.3 Greenship: Green Rating System di Indonesia
Penerapan peraturan bangunan gedung hijau di Indonesia, berpotensi untuk mengurangi emisi karbon atau CO2 sebesar 138 MT CO2e per tahun, dimana 47 MT berasal dari bangunan komersial. Sebagai salah satu cara untuk menggerakkan kesadaran akan pentingnya pengurangan emisi (UU No 32 tahun 2009) dan efisiendi energi pada gedung komersial, Green Building Council Indonesia (GBCI) yang merupakan emerging member dari World Green
Building Council (WGBC))
menyelenggarakan kegiatan sertfikasi bangunan di Indonesia berdasarkan peringkat penilaian yang disebut dengan Greenship. Sistem Rating Greenship dipersiapkan dan disusun oleh Green Building Council yang ada di negara negara tertentu yang sudah mengikuti gerakan bangun hijau. Setiap negara
masing seperti Amerika Serikat – LEED, Singapura – Green Mark, dan sebagainya.
Fungsi adanya sertifikasi ini adalah untuk menjaga dan mengontrol operasional bamgunan baik itu listrik, air, bahan bakar, pengelolaan bangunan, dan sebagainya untuk berada di dalam batas dan memungkinkan penggunaan enrgi yang efisien. Dengan menjaga penggunaan energi berada dalam batas efisiensi, maka penghematan terhadap pembiayaa penggunaan energi dapat dicapai. Tidak hanya dari segi energi, penerapan green building mencakup pula kondisi ruang kerja yang sehat dan baik sehingga dapat meningkatkan produktifitas kerja dari penghuni ruangan [1].
2.4 Estimasi Konsumsi Energi Bangunan
Penggunaan energi bangunan merupakan sumber konsumsi energi terbesar di Indonesia. Berdasarkan SNI 03-6196-2000, konservasi energi adalah upaya mengefisienkan pemakaian energi untuk suatu kebutuhan agar pemborosan energi dapat dihindarkan. Suatu bangunan dapat diketahui konsumsi energinya per satuan luas bangunan dengan menghitung IKE (Intensitas Konsumsi Energi). Berdasarkan petunjuk teknik konservasi energi yang dikeluarkan oleh Dirjen Listrik dan Penghematan Energi dan Pengembangan Energi, IKE dapat dihitung dengan persamaan :
𝐼𝐾𝐸 = Konsumsi Energi (kWh)
Luas Bangunan ( m2)
Green Building Council Indonesia memiliki standard IKE rata-rata pertahun berdasarkan tipe bangunannya, seperti di tunjukkan pada tabel 2.1.
No Tipe Bangunan IKE Rata-rata (kWh/m2.tahun) 1. Perkantoran 250 2. Mall 450 3. Hotel atau Apartemen 350
Estimasi penggunaan energi bangunan dapat dilakukan dengan mengaplikasikan simulasi energy bangunan. Umumnya, simulasi energi bangunan dilakukan untuk memperoleh beban (load) bangunan, baik beban pendinginan maupun pemanasan, konsumsi energi keseluruhan bangunan, serta biaya energi bangunan [1].
2.5 Optimalisasi Rancangan System Pencahayaan
SistemPencahayaan mempengaruhi keamanan, performansi kerja dan juga lingkungan visual. Standard Nasional Indonesia (SNI) pada bidang pencahayaan dibuat sebagai petunjuk teknis. Dalam membuat sistem pencahayaan pada interior bangunan gedung, baik dari perencanaan, pelaksanaan, pengawasan, dan pengelolaan bangunan gedung, sehingga sistem pencahayaan dan kenyamanan di dalam bangunan gedung dapat dilakukan seefektif mungki. SNI tersebut dibuat dengan tujuan untuk melengkapi peraturan-peraturan kenyamanan dan konservasi energi yang telah ada dan merupakan persyaratan minumum bagi bangunan gedung. Pembahasan pada SNI tersebut meliputi kriteria perancangan, cara perancangan pencahayaan alami siang hari, pengujian, dan pemeliharaan.
Pencahayaan, atau iluminansi, adalah kepadatan dari suatu berkas cahaya yang mengenai suatu permukaan. Sistem pencahayaan dapat dibedakan menjadi dua jenis berdasar sumbernya, yaitu pencahayaan alami bersumber dari cahaya matahari, dan pencahayaan buatan yang bersumber dari perangkat yang dibuat oleh manusia. Tingkat pencahayaan alami dalam ruang ditentukan oleh intensitas cahaya matahari pada bidang datar di ruang terbuka pada saat yang sama.
Perancangan sistem pencahayaan pada prinsipnya adalah perancangan dalam sebuah ruangan agar mendapatkan nilai
tingkat pencahayaan yang baik dan memenuhi kriteria pencahayaan. Tingkat pencahayaan (iluminansi) pada suatu ruangan secara umum didefinisikan sebagai tingkat pencahayaan rata-rata pada bidang kerja. Bidang kerja yang dimaksud pada perhitungan iluminansi rata-rata ialah bidang horizontal imajiner yang membentang di seluruh area yang dihitung. dalam perancangan sistem, diperlukan perhitungan yang lebih optimal dengan menggunakan simulasi komputer sebagai perhitungan yang lebih lanjut untuk mendapatkan sistem pencahayaan yang diinginkan. Perhitungan numeris yang dilakukan akan menjadi acuan awal dalam perancangan sistem pencahayaan karena dalam merancang system terdapat penyesuaian data dengan SNI terlebih dahulu [1].
III.METODE PENELITIAN
3.1 Studi Literatur
Studi literatur merupakan langkah awal yang dilakukan pada penulisan karya tulis ilmiah ini. Pada tahap ini dilakukan studi terkait Photovoltaic, light shelf, dan
pipelighting system yang merupakan 3
sistem desain utama yang terintegrasi membentuk smart lighting system. Selain itu, pada studi literatur juga dilakukan tinjauan terkait penggunaan mikrokontroller yang berfungsi sebagai mikroprosesor utama pada sistem ini. Studi lainnnya yang ditinjau adalah jumlah
daya persatuan luas yang dihasilkan oleh matahari yang sampai ke bumi, intensitas cahaya matahari, Greenship: Green Rating
System di Indonesia, optimalisasi rancangan sistem pencahayaan, standar pencahayaan dan jumlah konsumsi energi Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika Universitas Gadjah Mada.
3.2 Observasi
Kegiatan yang dilakukan pada tahap observasi berupa peninjauan langsung gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika UGM serta melakukan perbandingan data antara literatur yang ada dengan kondisi yang sebenarnya. Observasi dilakukan untuk memperoleh kesesuaian data yang ada dengan kondisi nyata di lapangan.
3.3 Perancangan Desain Sistem Pada tahap ini dilakukan perancangan Disain Sistem Integrated Smart Lighting
System yang memenuhi standar serta
kebutuhan konsumsi energi yang ada di gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika. Sistem dirancang agar sumber energi yang dikonsumsi di gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika UGM menjadi sumber energi yang berkelanjutan dan Departemen tersebut dapat melakukan penghematan biaya konsumsi energi listrik.
III.4 Pengolahan Data dan Analisis Kerja Sistem
Data yang diolah berupa daya yang dihasilkan oleh sistem yang didisain, jumlah light shelf, pipe light, serta
photovoltaic yang dibutuhkan, biaya investasi sistem, serta penghematan yang dapat dilakukan apabila sistem diterapkan. Perhitungan daya yang dihasilkan rancangan sistem dilakukan dengan mengasumsikan kondisi matahari cerah dengan iluminansi pancaran cahaya matahari rata-rata berada pada kondisi tes standar, yaitu sebesar 100.000 lux dan intensitas rata-rata cahaya matahari pada keadaan “peak sun” adalah sebesar 1000 W/m2. Jumlah light shelf, light pipe, serta
photovoltaic yang dibutuhkan dihitung
berdasarkan daya yang dibutuhkan ruangan.
Biaya investasi dihitung berdasarkan harga rata-rata komponen rancangan desain sistem yang dijual di pasaran. Sedangkan biaya penghematan dilakukan dengan menghitung total biaya pengeluaran tanpa menggunakan sistem (biaya yang harus dibayar saat ini) dikurangi dengan biaya investasi sistem jangka panjang. Data yang telah diolah kemudian dianalisis apakah sistem menghasilkan daya sesuai dengan standar kebutuhan ruangan serta apakah sistem dapat membantu mengurangi pengeluaran biaya yang harus dibayar untuk pencahayaan ruangan serta penggunaan listrik untuk kegunaan lainnya.
3.5 Penarikan Kesimpulan
Kesimpulan diambil berdasarkan hasil dari pengolahan data serta analisis yang telah dilakukan. Pengolahatan data dan analisis data menunjukkan efektifitas penerapan sistem.
Gambar 1. Diagram alir penulisan karya
tulis ilmiah.
IV. ANALISIS DATA DAN
PEMBAHASAN
4.1 Desain Arsitektur Sistem Secara keseluruhan
Secara umum integrated smart lighting
system ini terdiri dari tiga subsistem, yaitu shelf ligting system, pipelighting system,
serta photovoltaic. Ketiga subsistem ini terintegrasi membentuk sistem percahayaan ruangan dan sumber energi listrik dengan adanya mikrokontroler berupa Arduino Uno. Pencahayaan dan elektrifikasi pada bangunan Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika UGM dibutuhkan terutama pada siang hari untuk proses belajar mengajar serta aktivitas kampus lainnya. Oleh karena itu, pada siang hari sumber pencahayaan utama yang akan digunakan berasal dari light
shelf serta pipe light tanpa penggunaan
lampu yang tersedia di dalam ruangan. Pada sore hari dan malam hari ketika cahaya matahari sudah mulai redup dan menghilang, maka sumber energi yang telah disimpan di photovoltaic akan secara otomatis menggantikan sistem penerangan pada ruangan dan menghidupkan lampu LED.
Sistem photovoltaic sendiri dirancang dengan 2 tipe instalasi, yaitu instalasi on
grid dan off grid. Instalasi on grid
digunakan agar energi cahaya yang berhasil dikonversi menjadi energi listrik dapat secara langsung digunakan atau dihubungkan ke jaringan listrik bangunan. Pada disain sistem ini, instalasi PV secara
on grid digunakan sebagai sumber energi
utama untuk memenuhi kebutuhan listrik di gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika secara langsung pada siang hari ketika cahaya matahari memiliki intensitas tinggi. Sedangkan ketika sumber cahaya matahari tidak tersedia, maka pemenuhan energi listrik berasal dari energi listrik yang telah tersimpan pada instalasi off grid. Pada instalasi off grid, energi cahaya yang berhasil dikonversi menjadi energi listrik tidak secara langsung dihubungkan ke jaringan listrik bangunan, melainkan disimpan di dalam baterai dan akan digunakan ketika dibutuhkan. Secara umum sistem
integrated smart lighting system ini
diilustrasikan pada gambar berikut.
Gambar 2. Desain arsiktektur sistem
secara keseluruhan.
Transfer switch penggunaan listrik
ketika ada perubahan intensitas cahaya matahari diatur secara otomatis oleh mikrokontroller. Mikrokontroller Arduino menjadi kontroler yang utama yang terhubung langsung dengan sensor cahaya berupa photodiode. Signal masukan yang diperoleh dari sensor diterima dan diproses oleh mikrokontroller Arduino. Data yang diperoleh kemudian secara otomatis dikirim ke komputer yang menyimpan
database serta memberikan output berupa transfer switch. Ketika cahaya mulai
meredup, maka pada intensitas tertentu akan terjadi transfer switch agar sumber energi yang digunakan berasal dari baterai pada instalasi off grid, sedangkan ketika intensitas cahaya tinggi, maka secara otomatis pemenuhan konsumsi litrik bangunan secara langsung berasal dari sistem on grid. Berikut adalah skema kerja sistem.
4.1.1 Shelf Lighting System
Light shelf adalah sebuah perangkat
yang didisain untuk menangkap cahaya matahari dan diteruskan ke ruangan yang lebih dalam. Hasilnya akan lebih memperdalam penetrasi dan keseimbangan pencahayaan dibandingkan hanya menggunakan jendela biasa. Keuntungan yang lain yaitu mampu menutup cahaya langsung (shade) sehingga mengurangi kesilauan [1]. Light shelf bekerja optimal dalam kondisi ada matahari cerah. Material untuk light shelf menggunakan campuran klorin dengan air karena memiliki reflekivitas tinggi. Selain itu campuran klorin dan air tidak bersifat
spicular sehingga tidak menimbulkan
kesilauan dan tidak terkonsetrasinya cahaya di satu titik terpusat pada langit ruangan.
Gambar 4. Light shelf sebagai penerang
ruangan.
Light Shelf yang didisain memiliki sifat
transparan dan permukaan yang bersih agar cahaya dapat dengan mudah dipantulkan kedalam ruangan. Bentuk dari
light shelf berupa cetakan satuan yang
berbentuk persegi panjang dengan ukuran 600 mm x 400 mm serta ketebalan 100 mm. Material yang digunakan
Polycarbonate yang berisikan campuran
klorin dan air. Total reflektifitas yang dihasilkan light shelf adalah sebesar 95% dengan transmisi cahaya sebesar 80%. Keluaran lumen yang dihasilkan pada saat kondisi langit cerah adalah sebesar 2300 lumens atau setara dengan 53 W[2].
4.1.2 Pipe Lighting System
Light pipe merupakan bukaan horisontal yang menangkap cahaya dari
atas atap bangunan dan
mendistribusikannya kedalam ruangan menggunakan light collector, light Reflector serta Light Diffuser [1]. Cahaya
yang keluar light pipe melalui diffuser dipancarkan tanpa ada panas dan silau. Panjang pipa bergantung jarak ventilasi ruangan dengan atap bangunan. Untuk diameter pipa berukuran 750 mm, output lumens yang dihasilkan bisa mencapai 22000 lumen serta setara dengan 475 W daya listrik. Namun, pada sistem ini ukuran diameter pipa yang digunakan adalah sebesar 300 mm. Untuk ukuran diameter 300 mm, output lumens yang dihasilkan adalah sebesar 4000 lumens atau setara dengan 90 W daya listrik. Sedangkan Reflektivitas light pipe bisa mencapai 95-98% [3]. Berikut adalah desain light pipe yang dirancang.
Gambar 5. Disain light pipe sebagai penerang
ruangan.
4.1.3 Solar Photovoltaic
Teknologi photovoltaic mengkonversi energi cahaya secara langsung menjadi energi listrik. Material photovoltaic terbuat dari semikonduktor, ketika foton dari cahaya matahari mengenai material semikonduktor, maka elektron pada semikonduktor akan tereksitasi dari “ground state” dan menghasilkan elektron dan hole sebagai pembawa muatan. Elektron merupakan pembawa muatan negatif, sedangkan hole sebagai pembawa muatan positif. Elektron dan hole terpisah oleh medan listrik yang terbentuk dari disain sel PV. Elektron tertarik ke elektroda positif, sedangkan hole tertarik ke elektroda negatif. Pergerakan dua pasang pembawa muatan inilah yang
menghasilkan arus listrik searah (Direct
Current) [4].
Keluaran solar photovoltaic
dipengaruhi oleh berbagai macam faktor seperti posisi peletakan panel surya,
shading, temperatur, ukuran kabel, karakteristik semikonduktor yang digunakan, efisiensi inverter, effisiensi baterai, dll. Disain solar photovoltaic pada perancangan sistem ini memiliki efisiensi sebesar 19.91%, menghasilkan 200 Wp dengan tegangan maksimum sebesar 27.8 V dan arus maksimum 7.19 A pada kondisi tes standar dengan intensitas cahaya matahari sebesar 1000 W/m2 dan temperatur 25oC. Dimensi panjang 1675 mm, lebar 1001 mm, dan tebal 33 mm [5].
Gambar 6. Komponen dari sel PV.
4..2. Data
4.2.1. Light Shelf dan Light Pipe Dari kajian literatur yang telah dilakukan, jumlah light pipe yang dibutuhkan untuk gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika Universitas Gadjah Mada adalah sebanyak 98 unit dengan total daya rata-rata yang dihasilkan adalah sebesar 8,91 kW. Sedangkan jumlah light shelf yang dibutuhhkan adalah sebanyak 111 dengan total daya rata-rata yang dihasilkan adalah sebesar 5,772 kW. Rincian jumlah light
pipe dan light shelf yang dibutuhkan untuk
pencahayaan minimum di Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika UGM dapat dilihat pada tabel (1).
Tabel 1. total unit Light Pipe dan Light
Shelf pada tingkat pencahayaan minimum di Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika UGM
4.2.2.Solar Panel
Selain memenuhi kebutuhan pencahayaan ruang, sistem terintegrasi ini juga membantu memenuhi kebutuhan konsumsi energi listrik non-pencahayaan seperti penggunaan alat-alat elektronik didalam suatu ruangan yang membutuhkan sumber listrik. Jumlah solar panel yang dibutuhkan untuk memenuhi seluruh kebutuhan konsumsi energi di gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika adalah sebanyak 90 unit dengan total daya yang diproduksi adalah sebesar 18 kW. Total energi yang mampu dibangkitkan adalah sebesar 47,99 MWh dengan estimasi waktu operasional rata-rata adalah selama 30602 jam. Rincian total unit panel surya yang dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik di gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika UGM dapat dilihat di tabel (2).
Tabel 2. Total unit Photovoltaic sebagai
sumber energi listrik di gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika UGM
4.3. Biaya
4.3.1.Biaya Konsumsi Listrik Saat Ini Pemenuhan energi listrik Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika saat ini sepenuhnya masih memanfaatkan sumber energi listrik dari PLN. Berdasarkan data yang diperoleh dari Direktorat Pengelolaan dan Pemeliharaan Aset Universitas Gadjah Mada, besarnya biaya konsumsi energi listrik di gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika tahun 2015 adalah Rp 109.862.469 dengan biaya rata-rata yang harus dibayar per bulan adalah sebesar Rp 9.155.205. Kurang lebih 20% dari total biaya listrik yang harus dibayar pertahun merupakan biaya yang harus dibayar untuk pencahayaan, yaitu sebesar Rp 21.972.493 per tahun atau Rp.1.831.041. Rincian rekening listrik Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika bulan Januari – Desember 2015 dapat dilihat pada tabel (3) dan gambar (7).
Tabel 3. Rekening Listrik bulan
Januari-Desember 2015
Gambar 7. Grafik Pengeluaran Biaya Listrik Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika UGM.
4.3.2.Biaya Investasi Intergrated Smart Lighting System
4.3.2.1.Biaya Investasi instalasi Light
Shelf dan Light Pipe
Biaya yang diperlukan untuk pemasangan light pipe dengan ukuran 300 mm dan daya 90 watt adalah sebesar Rp.175.200 per unit. Pemasangan light
shelf yang berdimensi 600 mm x 400 mm
x 100 mm dan menghasilkan daya sebesar 52 watt adalah sebesar Rp.101.400 per unit. Total biaya yang diperlukan untuk instalasi light pipe sebanyak 98 unit adalah sebesar Rp. 17.169.600. Sedangkan total biaya yang diperlukan untuk pemasangan
light shelf sebanyak 111 unit adalah
sebesar Rp. 11.255.400. Rincian biaya investasi pemasangan light pipe dan light
shelf di gedung departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika UGM dapat dilihat pada Tabel (4).
Tabel 4. Biaya Investasi pemasangan
Lightpipe dan Light Shelf di gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika UGM
4.3.2.2.Biaya Investasi Panel Surya Solar panel yang memiliki efisiensi sebesar 19.91% dan menghasilkan 200 Wp dengan tegangan maksimum sebesar 27.8 V dan arus maksimum 7.19 A pada kondisi tes standar membutuhkan biaya sebesar Rp.1.542.912 /unit. Total biaya investasi pemasangan solar panel yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan konsumsi di gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika adalah sebesar Rp. 138.862.080 dengan jumlah panel surya yang harus dipasang sebanyak 90 unit. Rincian biaya investasi pemasangan panel surya di gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika UGM dapat dilihat pada Tebel (5).
Tabel 5. Biaya Investasi pemasangan
photovoltaic di gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika UGM.
4.4.Pembahasan
Data jumlah light pipe dan light shelf yang dibutuhkan untuk pencahayaan minimum ruangan di Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika UGM di dapat dengan mengoptimalisasi tingkat pencahayaan berdasarkan fungsi ruangan masing-masing. Ruangan Laboratorium merupakan ruangan yang membutuhkan penerangan yang cukup tinggi, yaitu sebesar 500 lux sehingga membutuhkan jumlah light pipe dan light shelf yang lebih banyak dari ruangan yang lain. Sedangkan toilet dan koridor tidak begitu membutuhkan tingkat pencahayaan yang tinggi. Rata-rata intensitas pencahayaan koridor dan toilet adalah sebesar 100 lux sehingga tidak membutuhkan light pipe dan light shelf yang begitu banyak. Total lumen yang dihasilkan persatuan light pipe yang digunakan pada desain rancangan sistem ini adalah sbebesar 4000 lumens. Sedangkan total lumen yang dihasilkan persatuan light shelf adalah sebesar 2300
lumens. Perhitungan jumlah light pipe dan
light shelf yang dibutuhkan suatu ruangan
dihitung dengan menggunakan persamaan berikut.
Dimana :
N = jumlah light pipe atau light shelf E = kuat penerangan (lux)
L =panjang ruang (m) W =lebar ruang (m) ∅ = total lumen
LLF = light loss factor (0.8) CU = faktor pemanfaatan (0.65) n = jumlah dalam 1 titik pencahayaan Dari hasil perhitungan tersebut didapat jumlah jumlah light pipe yang dibutuhkan untuk gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika Universitas Gadjah Mada adalah sebanyak 98 unit. Sedangkan jumlah light shelf yang dibutuhhkan adalah sebanyak 111 unit.
Daya yang dihasilkan persatuan light
shelf adalah 52 watt dan daya yang
dihasilkan persatuan light pipe adalah 90 watt. Daya total yang dihasilkan oleh kedua subsistem tersebut dihitung dengan mengalikan daya persatuan yang dihasilkan komponen dengan banyaknya jumlah komponen yang dibutuhkan. Total daya rata-rata yang dihasilkan light pipe adalah sebesar 8,91 kW dan total daya rata-rata yang dihasilkan light shelf adalah sebesar 5,772 kW.
Biaya yang diperlukan untuk pemasangan persatuan light pipe adalah Rp.175.200 dan biaya yang diperlukan untuk pemasangan persatuan light shelf adalah Rp.101.400 per unit. Total biaya yang diperlukan untuk instalasi light pipe sebanyak 98 unit adalah sebesar Rp. 17.169.600. Sedangkan total biaya yang diperlukan untuk pemasangan light shelf sebanyak 111 unit adalah sebesar Rp. 11.255.400. Sehingga total investasi untuk
pemasangan light shelf dan light pipe adalah Rp. 28.425.000.
Jumlah panel surya yang dibutuhkan dihitung dengan membagi total kapasitas daya yang dibutuhkan dengan daya yang dihasilkan persatuan panel. Jumlah panel surya yang dibutuhkan sebuah ruang dihitung berdasarkan jumlah daya yang dibutuhkan ruangan tersebut. Untuk ruangan yang memiliki kebutuhan daya tinggi, maka jumlah panel surya yang dibutuhkan akan semakin banyak. Disain solar photovoltaic pada perancangan sistem ini memiliki efisiensi sebesar 19.91%, menghasilkan 200 Wp dengan tegangan maksimum sebesar 27.8 V dan arus maksimum 7.19 A pada kondisi tes standar dengan intensitas cahaya matahari sebesar 1000 W/m2. Total kapasistas daya yang dibutuhkan seluruh ruangan yang ada di Depertemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika adalah sebesar 17,076 kW. Oleh karena itu jumlah minimal panel yang harus dipasang adalah 86 panel. Pada sistem ini kita menggunakan 90 panel agar daya yang dihasilkan relatif tinggi ketika cahaya matahari redup. Total biaya investasi pemasangan panel surya yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan konsumsi listrik di gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika adalah sebesar Rp. 138.862.080.
Rata-rata biaya rekening listrik Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika setiap tahunnya adalah Rp. Rp.109.862.469. Dengan biaya investasi awal untuk pemasangan Integrated Smart
Lighting System sebesar Rp. 167.287.080,
maka untuk menutupi biaya investasi awal diperlukan waktu sekitar 1.52 tahun. Jika Integrated Smart Lighting System ini memiliki waktu operasional selama lebih kurang 15 tahun, maka besarnya biaya penghematan yang didapat dapat dihitung sebagai berikut :
Biaya penghematan = ((RK * 20) – BAI)
= ((Rp. 109.862.469* 15) - Rp. 167.287.080
= ((Rp. 1.64793.705 - Rp. 167.287.080) = Rp. 1.480.649.955
Keterangan :
RK = Rekening rerata biaya listrik pertahun
BAI = Biaya awal investasi
Dari perhitungan tersebut didapatkan besar biaya penghematan yang dapat dlakukan dengan memasang Integrated Smart Lighting System ini dengan operasional selama 15 tahun pada gedung teknik fisika adalah sebesar Rp.1.480.649.955
V. KESIMPULAN
1. Tingkat pencahayaan yang dihasilkan dalam penerapan Integrated Smart Lighting System For Suitainable Building
sesuai dengan standar minimum tingkat pencahayaan yang direkomendasikan oleh Standar Nasional Indonesia (SNI 03-6575-2001). Jumlah light pipe yang dibutuhkan untuk gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika Universitas Gadjah Mada adalah sebanyak 98 unit dengan total daya rata-rata yang dihasilkan adalah sebesar 8,91 kW. Sedangkan jumlah light
shelf yang dibutuhhkan adalah sebanyak
111 dengan total daya rata-rata yang dihasilkanadalahsebesar 5,772 kW.
2. Jumlah solar panel yang dibutuhkan untuk memenuhi seluruh kebutuhan konsumsi energi di gedung Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika adalah sebanyak 90 unit dengan total daya yang diproduksi adalah sebesar 18 kW. Total energi yang mampu dibangkitkan adalah sebesar 47,99 MWh dengan estimasi waktu operasional rata-rata adalah selama 30602 jam
3. Total biaya investasi awal untukpemasangan Integrated Smart Lighting System sebesar Rp. 167.287.080
4. Besar biaya penghematan yang dapat dilakukan dengan memasang Integrated
Smart Lighting System ini dengan operasional selama 15 tahun pada gedung teknik fisika adalah sebesar Rp.1.480.649.955
DAFTAR PUSTAKA
[1] Anonim. 2014. Solar Lighting system (Wall mounted). Hyderabad: Skyshade.
[2] Anonim. 2014. Lightpipe:
Technology for Daylight Transportation Technology
for Daylight Transportation. Hyderabad: Skyshade.
[3] Drury, E.; Margolis, R.; Denholm, P.; Goodrich, A.C.; Heath, G.; Mai, T.;
Tegen, S. (2012). "Solar Energy Technologies," Bab 10. National
Renewable Energy Laboratory. Renewable Electricity Futures Study, Vol. 2, Golden, CO: National Renewable Energy
Laboratory; pp. 10-1 – 10-60. Gunawan, Ryani.2014.”Studi Pengembangan Rancangan Bukaan Pencahayaan Pada Pipa Cahaya Horisontal”
[4]. Sun Fields. 2015. Plus SW 250 - 260 poly. Sun Module: USA
[5] Utami, Sentagi Sesotya. 2015. Modul Ajar Fisika Bangunan. Yogyakarta:
Jurusan Teknik Fisika Universitas Gadjah Mada.
