persektif arsitektur surya

DIMENSI TEKNIK ARSITEKTUR Vol. 28, No. 1, Juli 2000: 1 - 7

Jurusan Teknik Arsitektur, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan - Universitas Kristen Petrahttp://puslit.petra.ac.id/journals/architecture/

2

PERSPEKTIF ARSITEKTUR SURYA DI INDONESIA

Jimmy PriatmanStaf Pengajar Fakultas Teknik Jurusan Arsitektur − Universitas Kristen Petra

ABSTRAK

Energi surya merupakan sumberdaya alternatif yang prospektif karena energi surya merupakan sumberenergi yang dapat diperbarui dan tidak menimbulkan polusi. Potensi energi surya di Indonesia yang beradadijalur khatulistiwa memungkinkan penggunaan secara langsung dalam bangunan untuk memenuhi kebutuhanmanusia. Implementasi teknik pemanfaatan energi surya kedalam bangunan secara integratif menimbulkantantangan spesifik dalam perancangan arsitektur dan merupakan embrio pewujudan suatu tatanan arsitekturbaru yang dikenal sebagai “arsitektur surya”

Keywords : arsitektur surya, energi surya

ABSTRACT

Solar energy is a prospective alternative resource due to its existence as a non-polluting source ofrenewable energy. The potency of solar energy in Indonesia at the belt of equator enables its usage in buildingsdirectly to fulfill human needs. The integrative implementation of solar technology into building emergesspecific challenges in architectural design and evolves a new architectural approach which is called “solararchitecture”.

Keywords: solar architecture, solar energy



2

FILOSOFI ARSITEKTUR SURYA

Sejak lama arsitektur dinyatakan sebagaitatanan ruang tiga dimensi yang mempunyaikarakteristik bentuk dan material serta dibatasioleh dimensi tinggi, panjang dan lebar.Pemahaman artikulasi makna matahari dalamarsitektur menambahkan dimensi keempat, yakniwaktu. Dengan dimensi waktu sebagai elemendisain, arsitektur bukan hanya mengandalkandari estetika bentuk semata, tetapi bergerak darisuatu kreativitas statis menuju suatu inovasi yangdinamis. Bentuk di definisikan kembali, bukanhanya sebagai penampilan (appearance),melainkan sebagai kinerja (performance)dimana seni bangunan bukan hanya masalahpenampilan bangunan semata, tetapi juga mampumewujudkan kinerja bangunan yang maksimal.

Bangunan bangunan yang direncanakanmemanfaatkan matahari dan iklim sebagaisumber energi primer haruslah dirancang untukmeng akomodasi perubahan perubahan sebagaikonsekwensi siklus iklim secara harian, musimanmaupun tahunan dan mengalami versi cuacayang berbeda sesuai dengan keberadaannya padasuatu garis lintang geografis tertentu dibumi ini.Setiap bangunan berada disuatu daerah klimatikyang berbeda setiap menit setiap hari. Disiniperan arsitek adalah belajar untuk meng optimasihubungan bangunan dengan iklim spesifiknyadalam tahapan tahapan perancangan. Karenasetiap bangunan ber interaksi dengan lingkungansuryanya masing masing, permasalahan yangtimbul adalah bagaimana pengolahan hubunganini menguntungkan bagi manusia. Karena itubangunan bangunan yang memanfaatkan energisurya pada faktanya merupakan versi romantikdari pemahaman penggunaan sumber energi baruyang melahirkan kriteria perancangan arsitekturyang baru pula.

Bangunan sadar energi (termasuk arsitektursurya) mencari hubungan simbiotik denganlingkungannya dan menengahi kebutuhanpenghuni bangunan dengan kondisi iklimnya. Iamengandalkan pada sumber daya dan polamatahari untuk penerangan, pemanasan maupunpendinginan untuk waktu waktu tertentu, padasirkulasi angin untuk kenyamanan dan beralihpada sistim kenyamanan buatan hanya apabilaterjadi kondisi cuaca yang ekstrim pada saat saatyang tertentu saja. Pada waktu disain pasifmemerlukan suatu sistim aktif sebagaipenunjang, bangunan sadar energi mengambilkeuntungan teknologi teknologi baru yangmemungkinkannya mengandalkan sumberdaya

energi yang dapat diperbaharui (matahari danangin) dan menempatkan sistim yang bersumberenergi fosil (minyak bumi) sebagai sumbercadangan terakhir (the last resort resource).Arsitektur surya dapat di identifikasikan sebagaiarsitektur sadar energi yang merupakansintesis tempat dan waktu (time and place).

HUBUNGAN MATAHARI DENGAN BUMIDAN ENERGI SURYA

Matahari adalah satu satunya sumber energibagi bumi. Bumi mempunyai sistim selubungtersendiri (atmosfer) yang tebalnya ratusankilometer diatas permukaan bumi dan yangmenciptakan kondisi yang menunjang kehidupanhabitat bumi. Terdiri dari lima lapisan yaknitroposfer, stratosfer,mesofer, termosfer danexosfer, lapisan ini berperan sebagai filter radiasimatahari dengan pelbagai panjang gelombang.Mahluk hidup dilapisan troposfer (biosfer),dimana terjadi ekosistim yang terjalin erat satudengan yang lain dan merupakan siklusberkelanjutan yang membentuk basis untukkehidupan.

Kedudukan sumbu bumi yang mempunyaikemiringan sebesar 23,50 terhadap garis normalbidang orbit bumi dalam sistim tata surya kitamenimbulkan konsekwensi terjadinya pola iklimyang berbeda beda dibumi tergantung dari lokasigeografis suatu tempat pada bola bumi.

Energi surya merupakan sumber beberapaenergi primer yaitu energi hidro, energi angin,energi radiasi matahari, energi biomasa danmerupakan energi natural dengan konversibeberapa wujud antara lain air, awan, angin,gelombang laut (pasang surut), biomasa.

Gambar 1 : Diagram Lintasan bumi-matahariSumber: Solar Dwelling Design Concepts, hal. 44

PERSPEKTIF ARSITEKTUR SURYA DI INDONESIA (Jimmy Priatman)


3

Gambar 2. Skema Konversi Energi SuryaSumber: Sol Power –The Evolution of Solar Architecture, hal. 28

PEMANFAATAN ENERGI SURYAKEDALAM BANGUNAN

Penggunaan energi surya umumnyadibedakan antara pemanfaatan secara tidaklangsung, yaitu dengan mengolah pergerakanangin sebagai efek tidak langsung energi surya,maupun pemanfaatan secara langsung. Dalamsistim ini dibedakan antara sistim thermo-syphoning, yang memanfaatkan panas radiasimatahari melalui benda padat, cair, udara, dansistim foto-voltaik (PV system) yang mengkonversikan panas matahari langsung menjadiarus listrik dengan bantuan sel surya (PV cell).

ARSITEKTUR SURYA DENGAN SISTIMSURYA AKTIF DAN PASIF

Arsitektur surya dapat di definisikan sebagaitatanan arsitektur yang memanfaatkan teknologienergi surya baik secara langsung maupun secaratidak langsung kedalam bangunan secaramaksimal, dimana elemen elemen ruangarsitektur (lantai, dinding, atap, langit langit,aksesoris bangunan) berfungsi sebagai suatusistim surya aktif maupun sistim surya pasif.Pada umumnya arsitektur surya ini mempunyaiidentitas sebagai tipologi arsitektur untukkonservasi energi.

Sistim Surya Aktif (active solar system)merupakan suatu teknologi yang memanfaatkanenergi surya dalam bangunan melalui konversienergi cahaya menjadi energi panas denganbantuan peralatan peralatan mekanis untuktujuan pemanasan air domestik, pemanasan danpendinginan ruang atau melalui konversi energicahaya menjadi energi listrik untuk tujuanpenerangan/penggunaan alat alat elektroniklainnya.

Sistim Surya Pasif (passive solar system)merupakan suatu teknik pemanfaatan energisurya secara langsung dalam bangunan tanpaatau seminimal mungkin menggunakan peralatanmekanis, melalui perancangan elemen elemenarsitektur (lantai, dinding, atap, langit langit,aksesoris bangunan) untuk tujuan kenyamananmanusia (mengatur sirkulasi udara alamiah,pengaturan temperatur dan kelembaban, kontrolradiasi matahari, penggunaan insulasi termal).

Terdapat banyak teknik sistim suryaaktif/pasif yang bisa di implementasikan diIndonesia sehingga memerlukan analisis yangakurat untuk menentukan suatu pilihan yangtepat bagi suatu tempat tertentu disini.Karakteristik iklim panas lembab di Indonesia(temperatur 300 C-35 0C DBT-dry bulbtemperature dan kelembaban 80%-100% RH-relative humidity) menuntut sintesis antaraarsitektur tropis dengan arsitektur surya yangtentu saja membutuhkan ke piawaian untukmemadukannya. Kriteria teknis fisibilitas peng-gunaan energi surya disuatu lokasi sedikitnyaditentukan oleh intensitas radiasi matahari(kW/M2) yang diukur dengan pyranometer danjumlah hari cerah (hari/tahun atau jam/hari) yangdiukur dengan solarimeter.

Gambar 3. Skema Sistim Surya Aktif dan SistimSurya Pasif

Sumber: Pusat Riset Energi Surya Surabaya, hal, 37

PRINSIP KERJA DAN KLASIFIKASIKOLEKTOR SURYA

Pengumpulan sinar surya dalam sistim suryaaktif memerlukan peralatan yang disebut kolek-tor surya. Kolektor mengubah radiasi matahari(langsung maupun difus) menjadi panas yangterpakai ataupun energi listrik melalui absorpsipada suatu permukaan tertentu.



4

Pada sistim non elektrikal, energi termalyang terserap ditransmisikan melalui suatu mediapenghantar panas, biasanya gas atau cairandidalam kolektor dan dimanfaatkan. Padaumumnya kolektor menggunakan penutuptransparan (kaca/plastik) dengan transmitansitinggi untuk gelombang pendek dan absorptansitinggi untuk gelombang panjang sinar matahari.Pada dasar kolektor ditempatkan materialpenyerap efektif untuk radiasi matahari tetapibersifat emitansi rendah serta konduktivitastermal yang tinggi untuk menghasilkan panas kecairan atau gas dan diberi coating berwarnagelap. Dibedakan atas kolektor datar (non-focusing collector) dan kolektor fokus (focusingcollector). Kolektor datar pada dasarnya terdapatbeberapa tipe, antara lain Open Water Collector,Air-Cooled Collector dan Liquid-Cooled Collec-tor. Sedangkan kolektor fokus dibedakan antaraLinear Concentrating Collector dan CircularCocentrating Collector (gambar 4 dan 5).

Gambar 4. Diagram Potongan Kolektor DatarSumber: Solar Dwelling Design Concepts, hal. 20.

Gambar 5. Klasifikasi Kolektor Datar dan Kolek-tor Fokus

Sumber: Solar Dwelling Design Concepts, Hal. 21,23.

Pada sistim elektrikal, sebuah kristalsemikonduktor (silikon) yang bersifat konduktorbaik sekaligus isolator baik ditambahkansejumlah kecil unsur lain melalui proses doping– suntikan dengan unsur lain. Bila ditambahkansedikit fosfor, kristal silikon tadi akan menjadi

silikon tipe-N (negatif). Bila ditambahkan sedikitboron, kristal silikon tadi akan menjadi silikontipe–P (positif). Silikon tipe-P dan silikon tipe-Ndapat dipersatukan untuk membentuk suatujunction (batas lapisan) semikonduktor. Cahayamatahari gelombang pendek yang datang (terdiridari partikel partikel foton) menembussemikonduktor silikon sampai batas lapisan(junction) tadi akan memaksa elektron untukmeninggalkan kristal silikon dan meninggalkanlubang elektron. Terbentuk pasangan lubang-elektron, dimana elektronnya bermuatan negatif,dan lubang tempat asalnya bermuatan positif.Medan elektrik yang terdapat pada batas lapisanakan menghalangi lubang dan elektron untukbersatu kembali. Silikon tipe-N akan menjadikutub negatif, silikon tipe-P akan menjadi kutubpositif dan terjadilah alat pembangkit listrik kecilyang mendapatkan energinya dari cahayamatahari. Alat ini disebut sel surya atau selfotovoltaik.

Gambar 6. Diagram Sel Surya (Fotovoltaik)Sumber: Solarex-Penuntun ke Teknik Listrik Sinar Surya,hal. 23.

Gambar 7. Diagram Hubungan Sel Fotovoltaik-Modul-Panel-Array PV

Sumber: The Solar Electric House, hal. 54.

KRITERIA ARSITEKTUR SURYA

Implementasi teknologi surya kedalambangunan menimbulkan tantangan tantanganspesifik untuk memadukan aspek teknologi suryabeserta peralatannya dengan aspek arsitekturyang melibatkan fisik bangunan dengan programkebutuhan ruang bagi penghuninya. Perma-



5

salahan teknis yang timbul adalah bagaimanapanel kolektor itu mampu menangkap radiasipanas surya semaksimal mungkin dan sejauhmana posisi panel kolektor menjadi faktordominan yang menentukan orientasi, konfigurasiruang dan bentuk fasade bangunan. Denganadanya penempatan panel panel kolektor maupunmodul PV sebagai faktor dominan penentubentuk (form-giver) menyebabkan adanyaimplikasi implikasi disain arsitektur khusus yangsekaligus merupakan kriteria perancangan bagiarsitektur surya.

Beberapa kriteria perancangan arsitektursurya:

1. Integrasi Sistim Surya Pada Bangunan

Kolektor surya atau modul PV (fotovoltaik)sekaligus merupakan elemen bidang atap, bidangdinding, lantai, langit langit atau aksesorisbangunan (penangkal matahari, cantilever,canopy, kolam, aquarium, dsb). MisalnyaThrombe-Wall untuk pemanasan ruang, DindingEnergi untuk pendinginan ruang, AtapBerventilasi untuk mengurangi beban panasdalam ruang, dan sebagainya.

Gambar 8. Skema Integrasi Sistim Surya PadaBangunan

Sumber: Photovoltaics in Architecture, hal. 105.

2. Orientasi Bangunan.

Orientasi kolektor surya/modul fotovoltaik(PV) sangat kritis bagi arah hadap optimumkolektor terhadap radiasi matahari. Karenalintasan matahari terhadap bumi berbeda darisatu lokasi ke lokasi lainnya, sedangkanumumnya kolektor surya berkedudukan tetap(kecuali “tracking collector”), maka orientasikolektor yang terpasang pada bangunan (bidangatap atau dinding) harus tepat untuk mengusaha-kan radiasi matahari maksimum.- Bagi lokasi dibelahan bumi utara, orientasi

kolektor adalah arah selatan- Bagi lokasi dibelahan bumi selatan, orientasi

kolektor adalah arah utara.

- Bagi lokasi dikhatulistiwa (Indonesia), orien-tasi kolektor adalah arah barat-timur.

Gambar 9. Skematik Orientasi Kolektor MenurutLokasi Geografis

3. Sudut Kemiringan Kolektor.

Sudut kemiringan kolektor mempengaruhikinerja kolektor. Sudut kemiringan pada kolektortetap (pada bidang atap atau dinding) perluditentukan dengan tepat untuk me maksimalkanintensitas matahari yang jatuh pada bidangkolektor serta mempertimbangkan aliran airhujan/salju yang mencair.

Acuan sudut kemiringan kolektor bagibelahan bumi utara/selatan adalah LintangGeografis Lokasi +100 -150 (AIA ResearchCorporation, Solar Dwelling Concepts). Acuansudut kemiringan kolektor bagi jalur khatulistiwa(Indonesia) adalah + 300 (Priatman, Pusat RisetEnergi Surya).

Gambar 10. Skema Sudut Kemiringan Kolektor

4. Luas Bidang Kolektor.

Luas bidang kolektor (atap/dinding) ditentu-kan oleh kebutuhan pemanasan/pendinginan,sistim kolektor yang akan dipakai, kondisiintensitas matahari setempat, tingkat kebutuhanenergi yang dibutuhkan bagi sistim surya (100%sistim surya atau sebagai back-up system saja),voltage –ampere/jam, dsb.

Sebagai acuan pra rancang dapat digunakanrule of thumb + 50% dari luas ruang yangdilayani sistim kolektor surya (thermo-syphoning) sampai + 150% dari luas ruang yang



6

dilayani sistim modul PV (Wright, Natural SolarArchitecture).

5. Komponen Sistim Surya

Sistim surya non elektrikal (thermo-syphoning) terdiri dari komponen komponensistim yang harus di akomodasi dalam peran-cangan. Komponen komponen sistim itu meliputiKolektor Surya, Reservoir/Gudang PenyimpanPanas, Distribusi, Transportasi, Energi Cadang-an, Kontrok Elektronik. Arsitektur surya merupa-kan wadah dari sistim surya beserta denganseluruh komponen pendukungnya.

Gambar 11. Diagram Komponen Sistim SuryaThermosyphoning

Sumber: Solar Dwelling Design Concepts, hal. 18.

Sistim surya elektrikal, terdiri darikomponen komponen modul fotovoltaik (PV),kotak konektor (connector box), inverter untukmengubah arus searah (DC) menjadi arus bolakbalik (AC).

Gambar 12. Diagram Komponen Sistim ModulFotovoltaik (PV)

Sumber: Photovoltaics in Architecture, hal. 101.

6. Unsur Kekuatan, Kenyamanan dan Este-tika

Bangunan pada umumnya harus memenuhikebutuhan kekuatan struktur untuk menjaminkeamanan konstruksinya dan tingkat kenyaman-

an tertentu untuk menjamin kesehatan dankenyamanan penghuninya. Bangunan baru dapatdi klasifikasikan sebagai arsitektur apabiladipenuhi kebutuhan nilai estetikanya dalambentuk konfigurasi ruang yang kompak, nyaman,proporsionil maupun dalam bentuk fasadeeksteriornya yang menampilkan komposisibidang masif-transparan, tekstur lembut dankeras, warna pastel atau ekstrim, dan sebagainyadimana unsur seni artistik memainkan perannya.

Kolektor surya (dengan warna gelaptertutup kaca/plastik transparan) dapat meng-hasilkan penampilan yang baik apabiladipikirkan sebagai kombinasi dan komposisiantara bidang dinding dan atap yang melibatkansudut kemiringan dan luasan luasan yangdibutuhkan. Modul PV pun kini tersedia dalambelbagai pola dan tekstur yang atraktif baik masifmaupun transparan dalam pelbagai warna dan dilaminasi (laminated film) pada bidang bidangjendela maupun skylight.

Gambar 13. Tipologi Arsitektur Surya padaBangunan Rumah Tinggal danBangunan Umum

Sumber: Photovoltaics in Architecture, Passive Solar Commer-cial & Institutional Buildings, Sol Power

ARSITEKTUR SURYA DIMASA DEPAN

Berbeda dengan era arsitektur terdahuluyang ditandai dengan penampilan langgam danfashion arsitektur silih berganti, era energi suryaakan ditandai dengan perubahan makna yangsubstantif, yang membuka pintu lebar lebar bagiperubahan interpretasi interpretasi langgam.Energi surya kini dan dimasa mendatang sedangdalam tahap tahap improvisasi. Menarik untukdisadari, bahwa akan muncul gagasan gagasanbaru yang belum pernah terpikirkan sebelumnya,karena formula formula lama segera akandigantikan dengan paradigma paradigma baru.

Improvisasi adalah apa yang ahli dikerjakanoleh para arsitek dalam bidang seni. Para enjinerpun dituntut berbuat hal sama juga, tetapi mereka



7

cenderung terperangkap oleh paradigma paradig-ma sains dan melakukan experimen eksperimendalam perubahan gradual. Bila para perancangberani untuk ber inovasi, berani untuk mencipta,berani untuk menantang solusi solusi tradisional,tentu terjadi kesalahan, tetapi sekaligus diharapmenemukan solusi solusi baru untuk memecah-kan kesalahan kesalahan yang lalu. Dan sebenar-nya, risiko itulah yang dituntut dari paraperancang “avant garde”.

Definisi estetikanya Schleier-macher me-nyatakan “aesthetics was the proper relationshipof artistic activity to the scheme of ethics”.Definisi ini cukup memberikan alasan untukmemikirkan matahari kita sebagai suatu tantang-an estetik baru dalam arsitektur. Adalah indahuntuk bisa memadukan kemampuan teknis kita,pengetahuan sains kita, inovasi dan kreativitasartistik kita untuk mendayagunakan energi suryadalam bingkai konsep etika lingkungan danmenemukan suatu bentuk ekspresi baru yangmenyongsong kehadiran surya dalam arsitekturkita, arsitektur surya, seperti dinyatakan musisithe Beatles dalam lagunya :

“ Here comes the sun, here comes the sun,and I say it’s all right ….Little darling, it’s been a long , long lonelywinter……Little darling, it seems like years since itsbeen clear….Here comes the sun, here comes the sun,and I say it’s all right…”

DAFTAR PUSTAKA

Behling, Sophia and Stefan, Sol Power: TheEvolution of Solar Architecture, Prestel-Verlag, Munich 1996

Humm, Othmar et al, Photovoltaics in Architec-ture, Birkhauser Verlag,Berlin,1993

International Energy Agency, Passive SolarCommercial and Institutional Buildings,John Wiley & Sons, England, 1995

Pijawka, K. David and Shetter, Kim,The Envi-ronment Comes Home, The University ofArizona Press, 1995

Strong, Steven J. and Scheller, William G., TheSolar Electric House, Sustainability Press,1993

The AIA Research Corporation, Solar DwellingDesign Concepts, The US Dept. of Housing

and Urban Development, Office of PolicyDev. And Research, 1976

Winslow-Margaret Cottom, EnvironmentalDesign: The Best of Architecture &Technology, PBC International, Inc.,Ny1990