BAB 1.
1.1
PENDAHULUAN
Latar Belakang Penelitian
Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, energi menjadi bagian yang tak terpisahkan dari arsitektur. Ketergantungan bangunan terhadap penggunaan energi nampak dari pengunaan elevator di bangunan tinggi, penggunaan energi listrik untuk pencahayaan, maupun kebutuhan utilitas lain seperti mesin AC. Dengan demikian, arsitektur dituntut mampu menyediakan kenyamanan fisik, melingkupi kenyamanan ruang, termal, suara dan pencahayaan, serta hemat terhadap pemakaian energi (Karyono, 2010). Meningkatnya kebutuhan energi, sedangkan ketersediaannya semakin berkurang (Readitya, 2013), mendorong munculnya pembangunan berkelanjutan. Dalam bidang arsitektur, hal ini diterapkan dalam konsep arsitektur hijau (Kusumawanto dan Astuti, 2014). Salah satu penerapan konsep arsitektur hijau yang ramah lingkungan dengan menggunakan energi terbarukan adalah Building Integrated Photovoltaic/ BIPV (bangunan terintegrasi fotovoltaik). BIPV diterapkan dalam arsitektur karena memanfaatkan energi surya sebagai sumber energi alternatif paling ideal, berkelanjutan, tidak membahayakan manusia dan lingkungan, serta selalu tersedia (Lechner, 2007). Di samping menghemat konsumsi energi, BIPV memiliki keunggulan dalam menghemat lahan karena instalasi PV menggunakan bagian bangunan, dan dapat menghemat biaya karena mengurangi harga material. Ditinjau dari arsitektur, modul PV yang didesain terintegrasi dengan bangunan dapat menambah estetika (Basnet, 2012).
1
2
Meskipun di Indonesia energi surya sangat berlimpah dibandingkan negara subtropis (Ariswan, 2010), tetapi potensi pemanfaatan BIPV terkendala oleh mahalnya harga PV dan biaya investasi. Dalam rangka menyiasati kendala tersebut dan menghadirkan arsitektur hijau yang berkelanjutan, maka penelitian tentang efektivitas BIPV menjadi sangat penting. 1.2
Rumusan Masalah
Di Indonesia, mayoritas penelitian perancangan BIPV masih sebatas di atap bangunan karena bidang atap menerima radiasi lebih besar dibandingkan dinding (Mintorogo, 2000; Sediadi, 2008). Namun bangunan komersial, yang banyak mengkonsumsi energi umumnya adalah bangunan berlantai banyak, yang luas selubung bangunan dindingnya lebih besar dari atap. Ditinjau luas area yang tersedia, panel PV lebih potensial diaplikasikan di dinding bangunan daripada di atap (Susan, 2013). Luas dinding yang lebih besar dari atap berakibat perpindahan panas dari lingkungan melalui dinding lebih besar dari atap sehingga dinding harus didesain untuk meminimalisir perpindahan panas. Terkait hal tersebut, panel PV yang diaplikasikan di dinding tidak hanya menghasilkan energi tetapi juga dapat berfungsi melindungi bangunan dari pengaruh iklim (Sun, dkk., 2012). Selain radiasi matahari, performa BIPV juga dipengaruhi desain panel PV di selubung bangunan, antara lain: jenis panel PV, sudut kemiringan dan orientasi PV, serta pengaruh pembayangan (Mintorogo, 2000; Priatman, 2000). Dalam rangka menentukan desain BIPV yang efektif menghemat energi, diperlukan penelitian untuk mengkaji efektivitas konfigurasi selubung bangunan terin-
3
tegrasi PV di bangunan berlantai banyak, dengan memperhitungkan perbedaan material PV, bentuk konfigurasi dan orientasi selubung bangunan. 1.3
Pertanyaaan Penelitian
Pertanyaan penelitian ini adalah: a. Bagaimana efektivitas aplikasi panel PV di selubung bangunan dengan berbagai sudut kemiringan dan orientasi panel PV terhadap daya yang dihasilkan? b. Seberapa besar efektivitas konfigurasi selubung bangunan terintegrasi PV ditinjau dari penghematan energi dan biaya investasi? 1.4
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mengukur penghematan energi di bangunan tinggi dengan berbagai konfigurasi selubung bangunan terintegrasi panel PV, sebagai cladding vertikal dan alat peneduh, dibandingkan dengan biaya investasi sehingga didapatkan gambaran mengenai tingkat efektivitasnya. 1.5
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Menambah ilmu pengetahuan tentang perancangan bangunan hemat energi dengan menerapkan teknologi PV di selubung bangunan. b. Memberikan masukan desain selubung bangunan terintegrasi PV yang efektif menghasilkan energi. 1.6
Batasan Penelitian
Dalam rangka memenuhi tujuan penelitan dan untuk menyatukan persepsi antara peneliti dan pembaca maka ditetapkan batasan penelitian sebagai berikut:
4
a. Konfigurasi selubung bangunan yang diteliti dibatasi aplikasi panel PV di selubung vertikal bangungan (dinding) sebagai cladding vertikal, jendela kaca, dan alat peneduh, baik vertikal maupun horisontal. Batasan tersebut berdasarkan aplikasi panel PV yang umum diterapkan di selubung vertikal bangunan sesuai penelitian yang dilakukan Basnet (2012). b.
Lokasi bangunan yang diteliti diasumsikan berada di Jakarta, dengan koordinat lokasi garis lintang 6,2040LS dan garis bujur 106,8210BT dengan ketinggian 10 meter di atas permukaan laut (berdasarkan data iklim yang digunakan). Pemilihan Jakarta sebagai lokus penelitian karena merupakan pusat aktifitas di Indonesia, sehingga pertumbuhan sektor property berlangsung lebih pesat daripada kota-kota lain (Readitya, 2013). Alasan kedua, energi surya di Jakarta lebih rendah dibandingkan daerah lain di Indonesia dan hasil permodelan, untuk wilayah Jakarta cukup konservatif apabila diterapkan di sebagian besar wilayah lain di Indonesia (ADB, 2015).
c. Penelitian dibatasi menggunakan bangunan hipotetik berlantai banyak (11 lantai) berbentuk kotak dengan layout persegi. Ketinggian bangunan sebanyak 11 lantai menyesuaikan kriteria bangunan tinggi di Jakarta, di mana batas minimal ketinggian bangunan tinggi adalah 8 lantai, sedangkan jumlah 11 lantai yang digunakan didasarkan atas ketepatan simulasi bangunan, di mana dalam lantai yang berada di tengah (lantai 6) digunakan sebagai model simulasi untuk multiplikasi seluruh lantai. Pemilihan bentuk dasar kotak didasarkan alasan bentuk tersebut banyak diaplikasikan di bangunan tinggi; kedua, memiliki empat sisi bangunan yang sama sehingga memudahkan
5
simulasi ketika menggunakan orientasi 0o (utara-selatan) dan 45o (timur lautbarat daya); ketiga, merupakan bentuk dasar dan lebih mudah dimodifikasi dalam bentuk lain sehingga hasil penelitian berpeluang untuk digunakan dalam pendekatan model lain (Readitya, 2013). d. Tipikal bangunan yang diteliti adalah gedung perkantoran dan beroperasi mulai pukul 08.00 hingga 18.00. Pemilihan gedung perkantoran dikarenakan jam operasional di siang hari sehingga rentan terhadap perolehan panas eksternal, dan radiasi matahari. Gedung perkantoran juga memiliki waktu kerja serta aktifitas yang relatif homogen lebih mudah untuk diasumsikan untuk perhitungan konsumsi energi (Readitya, 2013). e. Dalam penelitian ini, simulasi dilakukan tanpa memperhitungkan pengaruh pembayangan bangunan lain yang berada di sekitar bangunan hipotetik. f. Sistem PV yang digunakan dalam penelitian adalah sistem grid connected. Pemilihan sistem ini didasarkan komponen yang digunakan lebih sederhana. g. Efisiensi energi yang diteliti dibatasi penghematan energi listrik akibat modifikasi konfigurasi selubung bangunan terintegrasi PV, sedangkan efektivitas diukur dengan memperhitungkan penghematan energi dan faktor ekonomi (biaya investasi). 1.7
Keaslian Penelitian
Penelitian yang berkaitan dengan BIPV dapat dikelompokkan dalam dua tema, yaitu penelitian yang terkait dengan konsep aplikasi PV di bangunan dan penelitian tentang variabel-variabel yang mempengaruhi kinerja BIPV tersebut.
6
Tabel 1.1 Penelitian terdahulu No 1
Peneliti Basnet (2012)
2
Mintorogo (2000)
3
Priatman (2000)
4
Hwang, dkk. (2012)
5
Sun, dkk. (2012).
6
Ng, dkk. (2013)
7
Cronemberger, dkk. (2012
8
Susan (2013)
Judul Penelitian Architectural Integration of Fotovoltaik and Solar Thermal Collector Systems into Buildings (Tesis) Strategi Aplikasi Sel Surya (Fotovoltaik Cells) pada Perumahan dan Bangunan Komersial (Jurnal) Perspektif Arsitektur Surya di Indonesia (jurnal) Optimization of The Building Integrated Fotovoltaik System in Office Buildings—Focus on The Orientation, Inclined Angle and Installed Area (Jurnal) Optimum Design of Shadingtype Building-integrated Fotovoltaik Claddings with Different Surface Azimuth Angles (Jurnal) Energy Analysis of Semitransparent BIPV in Singapore Buildings (Jurnal) Assessing The Solar Irradiation Potential for Solar Fotovoltaik Applications in Buildings at Low Latitudes – Making The Case for Brazil (Jurnal) Optimasi Konfigurasi Fasade Bidang Lipat yang Terintegrasi Dengan Panel Surya Sistem BIPV pada Bangunan Kantor di Surabaya (Tesis)
Hasil Penelitian Review aplikasi BIPV di selubung bangunan, yaitu di atap (PV roof), dinding vertikal (PV cladding), dan alat pembayangan (PV shading). Review aplikasi sel surya di bangunan dan faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja sel surya tersebut. Membahas mengenai konsep arsitektur surya dan prinsip-prinsip aplikasi sel surya di bangunan. Di Korea pemasangan optimal sel PV pada sudut inklinasi horisontal 600 dan sudut inklinasi vertikal <150, sedangkan rasio jarak dan panjang (D/L) panel PV antara 1 dan 3. Di Hong Kong modul PV berorientasi ke Selatan dan Baratdaya. Penggunaan shading PV optimum menghemat energi Di Singapura, pemanfaatan semitransparent BIPV potensial digunakan di seluruh orientasi. Penggunaan PV vertikal di daerah garis lintang kecil dapat diperhitungkan karena besarnya intensitas matahari di daerah beriklim tropis Di Surabaya, ditemukan konfigurasi bidang lipat optimal atap orientasi Barat-Timur (tilt 46°) dan dinding bidang lipat sisi Barat menghadap Utara-Selatan (orientasi 44°).
Perbedaan penelitian ini dengan penelitian terdahulu terletak pada tujuan dan hasil penelitian yang ingin dicapai yaitu membahas efektivitas konfigurasi selubung bangunan terintegrasi PV di bangunan berlantai banyak ditinjau dari penghematan energi dan biaya investasi, dengan lokus penelitian di Indonesia, khususnya Jakarta, yang beriklim tropis.
