Pendahuluan: Mengapa Prediksi Penghematan Energi Penting?

Dalam dunia yang semakin sadar energi, renovasi bangunan lama menjadi solusi krusial untuk mengurangi konsumsi energi global. Paper "Probabilistic Reliability Assessment and Case Studies for Predicted Energy Savings in Residential Buildings" karya Piljae Im dan tim memberikan wawasan baru mengenai bagaimana ketidakpastian dalam prediksi penghematan energi bisa diukur dan diminimalkan. Resensi ini akan membahas metode penelitian tersebut dengan analisis lebih mendalam, mengaitkannya dengan tren industri, serta menyoroti potensi dan tantangan implementasinya.

Latar Belakang: Kesenjangan Antara Prediksi dan Realita di Lapangan

Prediksi penghematan energi sering kali didasarkan pada model simulasi deterministik. Model ini menggunakan asumsi tetap mengenai karakteristik bangunan, sistem pemanas, ventilasi, dan pendingin udara (HVAC), serta perilaku penghuni. Sayangnya, realitas di lapangan jauh lebih dinamis. Variasi pada perilaku penghuni, kondisi cuaca, hingga kualitas pemasangan retrofit menyebabkan hasil nyata sering kali meleset dari prediksi.

Penelitian ini berfokus pada Uncertainty Quantification (UQ) atau kuantifikasi ketidakpastian untuk menjembatani kesenjangan tersebut. Dua sumber utama ketidakpastian yang diidentifikasi adalah:

• Karakteristik fisik bangunan dan sistem HVAC.
• Ketidakakuratan model simulasi akibat keterbatasan data.

Tanpa analisis ketidakpastian, investor dan pemilik rumah cenderung ragu untuk berinvestasi pada proyek retrofit karena hasil penghematan energi sulit dipastikan.

Metodologi Penelitian: Pendekatan Probabilistik yang Lebih Realistis

Studi ini menggunakan empat skenario audit berbeda untuk mengevaluasi ketidakpastian pada dua rumah eksperimen: satu rumah sebelum retrofit (CC1) dan satu rumah setelah retrofit (CC2). Empat skenario tersebut adalah:

• Skenario 1: Hanya menggunakan informasi dasar bangunan.
• Skenario 2: Menambah pengujian blower door untuk mengukur kebocoran udara.
• Skenario 3: Dilengkapi dengan tes kebocoran ducting.
• Skenario 4: Audit komprehensif yang mencakup pengukuran rinci seluruh parameter kunci.

Metode Monte Carlo dan Latin Hypercube Sampling (LHS) diterapkan untuk menghasilkan distribusi probabilistik dari penghematan energi. Ini memungkinkan prediksi yang lebih mendekati kenyataan dibanding model deterministik konvensional.

Analisis Hasil: Apa yang Diungkap Data?

Hasil penelitian menunjukkan bahwa skenario dengan audit paling sederhana (Skenario 1) memiliki rentang ketidakpastian tertinggi, dengan estimasi penghematan energi tahunan antara 18% hingga 51% pada tingkat kepercayaan 95%. Sebaliknya, skenario dengan audit komprehensif (Skenario 4) mempersempit rentang menjadi 26% hingga 40%.

Menariknya, hasil menunjukkan bahwa blower door test (Skenario 2) sudah cukup efektif mengurangi ketidakpastian menjadi 24% hingga 41%, membuktikan bahwa audit komprehensif yang mahal mungkin tidak selalu diperlukan.

Studi Kasus Nyata: Campbell Creek Houses

Penulis menggunakan dua rumah eksperimen di Knoxville, Tennessee. Rumah pertama (CC1) mewakili kondisi sebelum retrofit, sementara rumah kedua (CC2) adalah versi pasca retrofit. Data penggunaan energi riil selama lebih dari tiga tahun digunakan sebagai dasar evaluasi.

Hasil penghematan energi nyata mencapai 28%, yang sejalan dengan prediksi model probabilistik di skenario 3 dan 4. Ini menunjukkan bahwa metode probabilistik berhasil memberikan hasil yang lebih akurat dibanding pendekatan deterministik tradisional.

Perbandingan dengan Penelitian Sebelumnya

Studi ini memiliki keunggulan dibanding penelitian lain seperti Heo et al. (2012) dan Wang et al. (2017). Penulis menggabungkan metode Global Sensitivity Analysis (GSA) untuk mengidentifikasi Key Influential Parameters (KIPs) — parameter paling berpengaruh dalam menentukan penghematan energi. Parameter kunci ini meliputi:

• Suhu set point pemanasan dan pendinginan.
• Efisiensi sistem HVAC.
• Tingkat infiltrasi udara.

Fokus pada parameter kunci ini memungkinkan proses audit yang lebih efisien tanpa mengorbankan akurasi.

Tantangan Implementasi di Dunia Nyata

Meskipun metode ini terbukti efektif, ada beberapa tantangan yang harus diatasi:

• Keterbatasan Data: Banyak bangunan lama yang tidak memiliki dokumentasi teknis lengkap.
• Biaya Audit: Audit komprehensif mahal dan memakan waktu.
• Resistensi Industri: Kontraktor dan auditor energi yang sudah terbiasa dengan metode deterministik mungkin enggan beralih ke metode probabilistik.

Rekomendasi dan Masa Depan Retrofit

Untuk mengatasi tantangan tersebut, beberapa rekomendasi yang bisa diterapkan adalah:

• Pengembangan database nasional untuk parameter kunci agar mempercepat pengolahan data.
• Automasi audit dengan pemindaian laser dan pemodelan digital.
• Pelatihan profesional agar auditor energi memahami analisis probabilistik.
• Insentif finansial bagi pelaku industri yang menerapkan metode ini.
• Integrasi teknologi IoT dan AI untuk pemantauan dan prediksi lebih akurat.

Kesimpulan: Menuju Standar Baru dalam Retrofit Energi

Penelitian ini membuktikan bahwa pendekatan probabilistik lebih unggul dalam memperkirakan penghematan energi bangunan residensial dibanding metode deterministik. Identifikasi parameter kunci dan pengujian strategis terbukti mampu menekan ketidakpastian secara signifikan.

Dengan pengembangan teknologi, pelatihan tenaga ahli, dan kebijakan yang mendukung, pendekatan ini berpotensi menjadi standar baru dalam industri efisiensi energi. Ini bukan hanya soal penghematan energi, melainkan juga investasi jangka panjang yang memastikan kenyamanan penghuni, pengurangan biaya operasional, dan kontribusi nyata terhadap pengurangan emisi karbon global.

Sumber: Im, P., Jackson, R., Bae, Y., Dong, J., & Cui, B. (2019). Probabilistic Reliability Assessment and Case Studies for Predicted Energy Savings in Residential Buildings. Elsevier. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778819304190

Pembangkit listrik tenaga surya adalah pembangkit listrik yang mengubah energi surya menjadi energi listrik. Pembangkitan listrik dengan energi surya dapat dilakukan secara langsung menggunakan fotovoltaik, atau secara tidak langsung dengan pemusatan energi surya. Fotovoltaik mengubah secara langsung energi surya menjadi energi listrik menggunakan efek fotolistrik. Komponen utama di dalam pembangkit listrik tenaga surya meliputi modul surya, inverter, dan baterai listrik. Sistem pembangkit listrik tenaga surya terbagi menjadi sistem terhubung jala listrik, sistem tidak terhubung jala listrik, sistem tersebar, sistem terpusat dan sistem hibrida. Masing-masing jenis sistem mempunyai kondisi penerapannya tersendiri.

PLTS fotovoltaik di India

Pembangkit listrik tenaga surya dapat dibuat dengan beberapa jenis sistem penerapan antara lain sistem pencatu daya satelit, pencahayaan listrik, komunikasi, pompa air dan pendinginan. Pemusatan energi surya menggunakan sistem lensa atau cermin dikombinasikan dengan sistem pelacak untuk memfokuskan energi surya ke satu titik untuk menggerakan mesin kalor.

Komponen

Panel surya

Panel surya merupakan alat yang digunakan untuk mengubah energi surya menjadi energi listrik. Dalam pembangkit listrik tenaga surya, panel surya merupakan komponen terpenting untuk transformasi energi. Panel surya menghasilkan arus listrik dengan jenis arus searah. Keuntungan dari panel surya adalah energi listrik dapat disimpan di dalam baterai atau ultrakapasitor. Panel surya tersusun dari sel surya dalam jumlah yang banyak. Spesifikasi panel surya dinyatakan sesuai dengan kemampuannya menghasilkan daya listrik. Satuan yang digunakan adalah Watt.

Sel surya atau sel fotovoltaik adalah alat yang mengubah energi cahaya menjadi energi listrik menggunakan efek fotoelektrik. Dibuat pertama kali pada tahun 1880 oleh Charles Fritts. Dalam fotovoltaik, sel surya merupakan unit terkecil. Ukuran sel surya beragam mulai dari 0,5 sampai 4 inci. Energi listrik yang dihasilkan sel surya berbentuk arus searah. Sel surya terbuat dari bahan semikonduktor antara lain Silikon monokristalin, Silikon polikristalin, Silikon mikrokristalin, Kadmium telurida, Indium selenida, atau Sulfida. Sel surya termasuk tidak menghasilkan gas rumah kaca sehingga termasuk ramah lingkungan.

Modul surya

Modul surya adalah rangkaian listrik berisi sel-sel surya yang dibingkai dan dilaminasi untuk memperoleh tegangan listrik dan daya listrik. Tegangan kerja yang umum pada modul surya adalah 12 Volt dan 24 Volt. Daya listrik yang dihasilkan beragam dalam rentang 10 Wp hingga 300 Wp.

Modul surya memiliki unjuk kerja yang dinilai dari hubungan antara arus listrik terhadap tegangan listrik. Ketika hambatan listrik tidak ada di dalam modul, maka arus listrik akan mencapai nilai maksimum di dalam rangkaian listrik. Kondisi ini membuat arus hubung singkat karena tegangan listrik menjadi nol. Sebaliknya, ketika hambatan listrik bernilai sangat besar maka tidak ada pengaliran arus listrik sehingga terjadi tegangan terbuka. Tegangan maksimum dicapai selama tegangan terbuka dan rangkaian listrik dalam keadaan terbuka pula.

Inverter

Sistem pembangkit listrik tenaga surya menghasilkan arus listrik dengan jenis arus searah. Umumnya, pemakai energi listrik menggunakan arus bolak-balik. Karenanya, arus searah diubah terlebih dahulu menjadi arus bolak-balik menggunakan inverter agar dapat digunakan oleh pemakai energi listrik.

Fotovoltaik

Pembangkit listrik tenaga surya tipe fotovoltaik adalah pembangkit listrik yang menggunakan perbedaan tegangan akibat efek fotoelektrik untuk menghasilkan listrik. Solar panel terdiri dari 3 lapisan, lapisan panel P di bagian atas, lapisan pembatas di tengah, dan lapisan panel N di bagian bawah. Efek fotoelektrik adalah di mana sinar matahari menyebabkan elektron di lapisan panel P terlepas, sehingga hal ini menyebabkan proton mengalir ke lapisan panel N di bagian bawah dan perpindahan arus proton ini adalah arus listrik.

Jenis

Pembangkit listrik tenaga surya tak terhubung jaringan

Pembangkit listrik tenaga surya tak terhubung jaringan disebut juga sebagai pembangkit listrik tenaga surya berdiri sendiri. Pengelolaannya dilakukan secara bersama oleh para pemakai energi listrik hasil transformasi energi dari energi surya. Pembangkit listrik tenaga surya ini beroperasi secara mandiri tanpa terhubung dengan jaringan listrik. Penyimpanan energi listriknya membutuhkan baterai. Energi listrik yang disimpan dihasilkan di siang hari untuk memenuhi kebutuhan listrik di malam hari. Pengaturan pembangkitan listrik dengan sistem yang tidak terhubung dengan jaringan listrik terbagi menjadi kopel arus searah atau kopel arus bolak-balik. Sistem penyambungan arus searah menggunakan modul surya yang terhubung ke pengatur pengisian energi menuju ke sistem arus searah pada pembangkit listrik tenaga surya. Sementara itu, sistem penyambungan arus bolak-balik menggunakan inverter jaringan dan inverter baterai untuk menghubungkan rangkaian modul surya dan baterai ke sisi arus bolak-balik dari pembangkit listrik tenaga surya. Kelebihan daya listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga surya akan disimpan di dalam baterai dengan terlebih dahulu diubah menjadi arus searah oleh inverter baterai.

Pembangkit listrik tenaga surya tersebar

Pembangkit listrik tenaga surya tersebar atau sistem penerangan individu merupakan sistem pencahayaan listrik sederhana yang dibuat menggunakan modul surya. Tegangan kerja yang dibutuhkannya hanya sebesar 12 Volt dengan arus searah. Modul surya yang digunakan mampu menghasilkan daya listrik dalam rentang 50 Wp sampai 300 Wp. Kesetimbangan energi surya menjadi faktor terpenting dalam perhitungan kapasitas sistem pembangkit listrik tenaga surya. Perhitungan memasukkan tiga hal yaitu potensi sumber energi surya, kurva beban harian yang menggambarkan keadaan normal dari kebutuhan beban harian serta spesifikasi peralatan pembangkitan energi surya.

Pemusatan energi surya

Sistem pemusatan energi surya menggunakan lensa atau cermin dan sistem pelacak untuk memfokuskan energi matahari dari luasan area tertentu ke satu titik. Panas yang terkonsentrasikan lalu digunakan sebagai sumber panas untuk pembangkitan listrik biasa yang memanfaatkan panas untuk menggerakkan generator. Sistem cermin parabola, lensa reflektor Fresnel, dan menara surya adalah teknologi yang paling banyak digunakan. Fluida kerja yang dipanaskan bisa digunakan untuk menggerakan generator (turbin uap konvensional hingga mesin Stirling) atau menjadi media penyimpan panas.

Ivanpah Solar Plant yang terleak di Gurun Mojave akan menjadi pembangkit listrik tenaga surya tipe pemusatan energi surya terbesar dengan daya mencapai 377 MegaWatt. Meski pembangunan didukung oleh pendanaan Amerika Serikat atas visi Barrack Obama mengenai program 10000 MW energi terbarukan, namun pembangunan ini menuai kontroversi karena mengancam keberadaan satwa liar di sekitar gurun.

Unjuk kerja

Unjuk kerja pembangkit listrik tenaga surya dapat diketahui dengan pemodelan spesifikasi panel surya yang digunakan. Dua parameter penting untuk menilai unjuk kerja pembangkit listrik tenaga surya adalah hubungan antara arus listrik terhadap tegangan listrik serta hubungan antara tegangan listrik terhadap daya listrik yang dihasilkan. Pembangkit listrik tenaga surya menghasilkan arus searah dengan menggunakan sel surya. Tegangan listrik yang dihasilkan oleh sel surya bernilai sangat kecil. Pemakaiannya memerluka peningkatan nilai tegangan yang menggunakan perangkat elektronika daya penaik tegangan arus searah. Sementara untuk pemakaiannya, arus searah diubah lagi menggunakan peralatan elektronika daya menjadi arus bolak-balik.

Keunggulan teknologi

Pembangkit listrik tenaga surya dapat dimanfaatkan untuk penyediaan akses listrik di kawasan perdesaan. Proses pembangkitan energi listrik menggunakan energi surya bersifat melimpah di daerah yang disinari matahari sepanjang tahun. Selain itu, pembangkit listrik tenaga surya juga tidak memerlukan bahan bakar. Di daerah pedesaan, bahan bakar umumnya dijual dengan harga yang mahal karena sulit untuk diperoleh dalam jumlah banyak. Keunggulan teknologi fotovoltaik untuk pembangkitan listrik adalah tidak memerlukan proses penyaluran energi dan energi listrik yang dihasilkan dapat digunakan langsung di tempat transformasi energi. Pembangkit listrik tenaga surya tidak memerlukan pemeliharaan skala besar sehingga menghemat biaya perawatan. Pengoperasian pembangkit listrik tenaga surya skala kecil juga tidak memerlukan tenaga kerja yang ahli. Dari segi lingkungan, pembangkit listrik tenaga surya tidak menghasilkan gas rumah kaca dan limbah yang berbahaya sehingga bersifat `.

Penerapan

Indonesia

Di Indonesia, PLTS terbesar pertama dengan kapasitas 2×1 MW terletak di Pulau Bali, tepatnya di dearah Karangasem dan Bangli. Pemerintah mempersilakan siapa saja untuk meniru dan membuatnya di daerah lain karena PLTS ini bersifat opensource atau tidak didaftarkan dalam hak cipta.[

Wilayah

• Bali
• Nusa Tenggara Barat
• Alor, Nusa Tenggara Timur
• Sulawesi Selatan
• Sulawesi Utara.

 

Sumber Artikel: id.wikipedia.org