potensi green living di indonesia

MS5041 ENERGI BARU TERBARUKAN

STUDI LITERATUR:

POTENSI GREEN LIVING DI INDONESIA

Oleh:

BEYRRA TRIASDIAN (23115015)

CHANDRA SALIM (23114304)

FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA

PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK MESIN

DESEMBER 2015

i

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ........................................................................................................................................... 1

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................................................. 2

DAFTAR TABEL ................................................................................................................................... 4

EXECUTIVE SUMMARY ........................................................................................................................ 1

I. KAJIAN PUSTAKA ...................................................................................................................... 3

I.1 Energi Matahari Untuk Listrik & Air Panas ........................................................................... 3

I.1.1 Evacuted Tube Solar Collector (ETSC) .................................................................................. 5

I.1.2 Hybrid Photovoltaic Thermal (PV/T) ................................................................................ 13

I.2 Kebutuhan Pendingin Rumah Tangga .................................................................................. 19

I.2.1 Sistem Pendingin Bawah Tanah ........................................................................................... 20

I.3 Pemanfaatan Limbah Rumah Tangga ................................................................................... 23

I.3.1 Aplikasi Biodigester .............................................................................................................. 23

I.3.2 Perlakuan Greywater ............................................................................................................ 25

I.3.3 Pemanfaatan Teknologi Biodigester dan Greywater Treatment ........................................... 27

II. INTEGRASI SYSTEM GREEN LIVING ..................................................................................... 29

III. KESIMPULAN ............................................................................................................................. 31

IV. REFERENSI ................................................................................................................................. 33

ii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Kurva populasi dunia dulu, sekarang dan masa depan [1] ....................................... 1

Gambar 2. Konsumsi energi sektor rumah tangga menurut jenis [2]. ....................................... 2

Gambar 3. Jenis solar kolektor [12] ........................................................................................... 5

Gambar 4. Efisiensi (ordinat) vs. temperatur (absis), berbagai jenis collector [13] .................. 6

Gambar 5. Berbagai contoh bentuk ETSC (penampang melintang) [13]. ................................. 7

Gambar 6. Skematik komponen ETSC dengan heat pipe [17]. ................................................. 7

Gambar 7. Skematik cara kerja heat pipe [17][20]. ................................................................... 8

Gambar 8. Ilustrasi cara kerja heat pipe [21]. ............................................................................ 9

Gambar 9. Komponen utama ETSC [20] ................................................................................. 10

Gambar 10. Aluminium manifold [20] ..................................................................................... 10

Gambar 11. Contoh ETSC yang ada di pasaran [20] ............................................................... 11

Gambar 12. Kurva efisiensi hasil percobaan ETSC [22]. ........................................................ 12

Gambar 13. Ilustrasi aplikasi ETSC pada perumahan [13]. ..................................................... 12

Gambar 14. Skematik berbagai jenis PV/T kolektor air [4]..................................................... 14

Gambar 15. Klasifikasi berbagai solar collector [4] ................................................................ 14

Gambar 16. Struktur sistem hybrid PV/T [26] ......................................................................... 15

Gambar 17. Absorber berbentuk (a) web (b) direct (c) spiral [27] .......................................... 15

Gambar 18. Potongan melintang desain PV/T kolektor air oleh J. Yazdanpanahi, dkk [28] .. 17

Gambar 19. Ilustrasi penerapan PV/T [29] .............................................................................. 19

Gambar 20. Prinsip kerja sistem AC terbuka [32] ................................................................... 21

Gambar 21. Pendinginan sistem tertutup [32] ......................................................................... 22

Gambar 22. Grafik perbedaan suhu pada perbedaan kedalaman [34] ..................................... 22

Gambar 23. Proses pemisahan greywater & blackwater dengan urine separating toilet [36] 24

Gambar 24. Pemisahan sampah cair & proses recycle menggunakan disinfektan [38] ........... 24

Gambar 25. Reed bed yang dikembangkan di Perancis pada tahun 1997 [36] ........................ 27

Gambar 26. Ilustrasi pemanfaatan greywater, blackwater, dan sampah dapur [41] ................ 28

iii

Gambar 27. Sistem biogass perumahan [42] ........................................................................... 28

Gambar 28. Ilustrasi integrasi sistem secara keseluruhan [43] ................................................ 29

iv

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Radiasi matahari (kWh/m2) bulanan di kota-kota Indonesia [9] .................................. 4

Tabel 2. Pengaruh temperatur terhadap efisiensi berbagai jenis PV [10] .................................. 4

Tabel 3. Temperatur air dan efisiensi listrik dari PV/T dengan absorber web [27] ................. 16

Tabel 4. Temperatur air dan efisiensi listrik dari PV/T dengan absorber direct [27] .............. 16

Tabel 5. Temperatur air dan efisiensi listrik dari PV/T dengan absorber spiral [27] .............. 16

Tabel 6. Beberapa proses penyerapan penting dalam sistem reed bed [36] ............................ 26

Halaman 1 dari 35

EXECUTIVE SUMMARY

Kebutuhan energi di dunia akan terus menerus meningkat karena jumlah penduduk di dunia

yang terus bertambah. Dalam hal teknis pemenuhan kebutuhan energi tersebut, semua negara

bertanggung jawab terhadap penduduknya masing-masing sehingga nantinya dapat diperhitungkan

secara global bertanggung jawab dalam pemenuhan kebutuhan energi.

Gambar 1. Kurva populasi dunia dulu, sekarang dan masa depan [1]

Pada tahun 2013, jumlah penduduk di Indonesia adalah 245,4 juta jiwa dengan tingkat

kebutuhan total konsumsi energi rumah tangga sebesar 47,11 juta TOE (tonne of oil equivalent) atau

setara 547.889,3 juta kWh [2], dengan kata lain untuk pemenuhan total kebutuhan energi rumah

tangganya penduduk Indonesia mengkonsumsi energi sebesar 2.153,65 kWh per tahun per kapita. Jika

asumsi dalam satu rumah terdiri dari 4 jiwa, maka total kebutuhan energi satu rumah dalam sehari

adalah sebesar 23,6 kWh per hari. Perlu diperhatikan bahwa dalam hal ini total kebutuhan energi adalah

pemenuhan kebutuhan di seluruh aspek rumah tangga.

Halaman 2 dari 35

Gambar 2. Konsumsi energi sektor rumah tangga menurut jenis [2].

Pemenuhan kebutuhan energi rumah tangga ini dapat dilakukan dengan memanfaatkan

diversifikasi yang sumbernya dari energi terbarukan, sehingga integrasi dari berbagai sumber energi

terbarukan tersebut menghasilkan optimalisasi manajemen energi. Selain dapat menghemat biaya

pemenuhan energi, aspek berkelanjutan pemenuhan energi serta aspek ramah terhadap lingkungan pun

didapatkan.

Paper ini menitikberatkan pada pengkajian potensi-potensi yang telah diteliti oleh berbagai ahli

untuk dapat diterapkan menjadi satu sistem yang saling berkesinambungan. Batasan pembahasan paper

ini adalah pada rumah tinggal dengan pemanfaatan sistem energi matahari untuk menghasilkan listrik

dan air panas, sistem pendinginan pasif untuk kebutuhan temperatur ruang, serta sistem pemanfaatan

energi dari limbah rumah tangga. Paper ini tidak membahas control integrasi dan efisiensi pemakaian

berbagai sumber energi itu sendiri.

Halaman 3 dari 35

I. KAJIAN PUSTAKA

I.1 Energi Matahari Untuk Listrik & Air Panas

Matahari menjadi sumber energi utama bagi setiap makhluk hidup di bumi. Potensi

pemanfaatan energi matahari untuk kebutuhan hidup manusia telah banyak diteliti [3], penelitian yang

lebih mendalam terhadap suatu topik khusus terkait pemanfaatannya pun telah banyak dilakukan.

Beberapa di antara penelitian tentang pemanfaatan energi matahari yang berpotensi besar dan dapat

diterapkan pada rumah tinggal Indonesia di adalah terkait hybrid photovoltaic thermal, dan solar

energy collector. Penilitian-penelitian dinilai pantas untuk diterapkan di Indonesia mengingat besarnya

potensi radiasi matahari di Indonesia seperti ditunjukkan oleh Tabel 1. Dengan mengambil nilai rata-

rata iradiasi matahari penyinaran matahari sebesar 1.000 W/m2, maka Indonesia mendapatkan

penyinaran matahari rata-rata sebesar 5,12 jam per hari sepanjang tahunnya.

Energi matahari yang sampai di bumi adalah sebesar 3 x 1024 J per tahun, atau sekitar 10.000

kali lipat dari kebutuhan energi total seluruh populasi di dunia. Jika kita dapat memanfaatkan 0,1% dari

luas permukaan bumi untuk mendapatkan energi matahari, misalnya dengan modul photovolataic (PV)

yang memiliki efisiensi cukup 10% saja, maka kita dapat memenuhi semua kebutuhan energi seluruh

populasi dunia tersebut [4].

Modul PV merupakan salah satu teknologi yang paling efektif, berkelanjutan dan ramah

terhadap lingkungan dalam hal memanfaatkan energi matahari menjadi listrik. Namun memanfaatkan

modul PV masih menghadapi permasalahan, yakni semakin lama sel PV terpapar matahari maka

temperaturnya dapat mencapai 40C di atas temperatur ambien [5]. Hanya sebagian kecil dari iradiasi

langsung yang datang yang diubah menjadi listrik dan selebihnya akan menjadi energi panas, nilai

bervariasi tergantung jenis PV yang dipakai. Kenaikan temperatur ini menyebabkan penurunan efisiensi

modul PV dalam mengubah energi matahari menjadi energi listrik [6]. Pada level iradiasi matahari

sebesar 1.000 W/m2 tanpa sistem pendingin, efisiensi modul PV dapat turun ke 3,13% [7].

Dengan kata lain, jika kita dapat menjaga temperatur dari modul PV tetap rendah, maka nilai

efisiensi dapat dijaga. Untuk menjaga temperatur tetap rendah, penelitian mengenai penggunaan

material pendingin pada modul PV telah banyak dilakukan untuk mendapatkan efisiensi yang baik

sekaligus mendapatkan manfaat dari panas yang terkumpulkan [4]. Dengan menggunakan material PV

berupa thin film Copper Indium Selenium (CuInSe2) yang dipadukan dengan sistem pendingin, maka

kita bisa mendapatkan efisiensi termal sebesar 85,68% dan efisiensi listrik sebesar 19,22% [8]. Sistem

PV yang memadukan sistem pendingin ini disebut dengan hybrid photovoltaic thermal (PV/T)

Halaman 4 dari 35

Tabel 1. Radiasi matahari (kWh/m2) bulanan di kota-kota Indonesia [9]

City Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sept Oct Nov Dec Avr

Aceh 4.76 4.91 4.94 4.88 4.84 4.68 4.58 4.62 4.56 4.32 4.19 4.74 4.67

Medan 4.65 4.77 4.83 4.6 4.42 4.34 4.22 4.38 4.38 4.23 4.09 4.37 4.44

Padang 4.89 4.82 4.82 4.93 4.94 4.87 4.94 4.78 4.69 4.57 4.54 4.34 4.76

Riau 5.41 5.85 6.06 5.54 4.87 5.02 5.21 5.15 4.75 4.39 3.99 4.63 5.07

Jambi 4.85 4.86 4.88 4.69 4.69 4.61 4.71 4.88 4.85 4.59 4.18 4.64 4.70

Palembang 4.57 4.57 4.78 4.66 4.73 4.49 4.79 4.8 4.6 4.46 4.39 4.47 4.61

Bengkulu* 4.54 4.69 4.69 4.71 4.7 4.73 4.83 5.24 5.13 4.8 4.47 4.52 4.75

Lampung 4.64 4.77 4.94 4.85 4.92 4.87 5.06 5.12 5 4.67 4.48 4.43 4.81

Belitung 4.74 4.79 4.69 4.42 4.37 4.75 5.18 5.14 4.84 4.54 4.46 4.44 4.70

Jakarta* 4.57 4.65 4.85 4.95 4.96 5 5.07 5.21 5.42 5.4 4.84 4.74 4.97

Bandung 4.57 4.75 4.87 4.95 5.02 4.97 5.17 5.35 5.11 4.77 4.7 4.96 4.93

Semarang 4.85 5.04 5.14 5.15 5.21 5.59 6.1 6.64 6.21 5.05 4.9 5.15 5.42

Yogyakarta 4.37 4.72 4.8 4.65 4.52 4.56 4.93 5.4 5.61 5.13 4.98 4.52 4.85

Surabaya 4.64 4.84 4.9 4.81 4.64 4.71 5.24 5.81 5.83 5.03 4.85 4.79 5.01

Banten 4.74 4.96 4.94 4.77 4.88 4.98 5.43 5.77 5.52 4.88 4.8 4.95 5.05

Bali 5.21 5.5 5.64 5.14 5 5.29 5.84 6.11 6.1 5.55 5.29 4.9 5.46

Lombok 4.99 5.29 5.46 5.04 5.05 5.33 5.82 6.16 6.19 5.66 5.4 4.67 5.42

Kupang 5.56 5.96 6.37 5.78 5.96 5.88 6.7 7.16 7.54 7.41 6.68 4.6 6.30

Pontianak 5.17 5.17 5.11 5.08 5.03 4.98 5.31 5.3 5.2 4.99 4.85 5.27 5.12

Palangkaraya 4.97 4.92 4.86 4.81 4.8 4.77 5.01 4.96 4.95 4.7 4.64 5.01 4.87

Banjarmasin 5.04 5.05 5.03 4.92 4.84 4.88 5.29 5.51 5.27 4.66 4.75 4.77 5.00

Samarinda* 4.66 4.88 4.99 4.98 4.89 4.76 4.76 4.87 4.92 5.04 4.8 4.42 4.83

Manado* 5.61 5.77 6.04 6.24 6 5.65 5.87 6.53 6.61 6.19 5.69 5.59 5.98

Palu 5.24 5.34 5.43 5.28 5.46 5.2 5.7 5.84 5.6 5.22 4.98 5.67 5.41

Makasar 5.3 5.47 5.74 5.99 5.96 5.92 6.41 6.74 6.65 5.51 4.92 5.36 5.83

Kendari 4.64 4.8 4.66 4.63 4.44 4.27 4.69 6.05 6.3 5.46 4.8 5.61 5.03

Gorontalo 5.26 5.38 5.43 5.31 5.1 5.15 5.48 5.6 5.42 5.13 5 4.7 5.25

Ambon* 5.52 5.57 5.49 5.37 5.17 5.16 5.3 6 6.02 6.25 6.2 6.04 5.67

Ternate 5.73 6 6.08 5.73 5.36 5.4 6.04 6.32 6.23 6 5.75 5.14 5.82

Jayapura 4.95 5 4.97 4.9 4.8 4.76 4.89 4.99 5 4.93 4.87 4.57 4.89

Average of all area 5.12

*prediksi menggunakan model Artificial Neural Networks (ANNs)

Tabel 2. Pengaruh temperatur terhadap efisiensi berbagai jenis PV [10]

Time Tc (C) (%)

(c-Si) (p-Si) (a-Si) (CdTe) (CIGS) (c-Si) (p-Si) (a-Si) (CdTe) (CIGS)

8 39.01 39.31 39.99 39.82 39.65 14.51 12.68 5.62 7.62 8.93

9 45.93 46.52 47.84 47.51 47.18 14.08 12.29 5.5 7.49 8.59

10 52.21 53.06 54.99 54.51 54.02 13.68 11.92 5.39 7.38 8.28

11 55.24 56.22 58.43 57.88 57.32 13.48 11.74 5.34 7.33 8.13

12 57.35 58.39 60.76 60.17 59.57 13.39 11.66 5.31 7.3 8.07

13 61.05 62.17 64.68 64.05 63.42 13.37 11.63 5.3 7.29 8.04

14 60.39 61.4 63.67 63.1 62.53 13.59 11.84 5.36 7.36 8.21

15 58.1 58.92 60.78 60.31 59.85 13.96 12.17 5.46 7.45 8.49

16 51.98 52.52 53.75 53.45 53.14 14.4 12.57 5.58 7.58 8.82

17 47.02 47.31 47.95 47.79 47.63 14.84 12.97 5.7 7.7 9.16

Halaman 5 dari 35

PV/T dapat menggunakan fluida berupa air sebagai pendinginnya, sehingga air hangat yang

didapatkan dari pendinginan PV/T tersebut kemudian dapat dimanfaatkan lebih lanjut sebagai feeder

ke sistem lanjutan yakni pemanas air tenaga matahari. Pemanas air yang memanfaatkan konsep

pemusatan/pengkonsentrasian energi matahari (solar energy collector) salah satunya adalah evacuated

tube solar collector (ETSC). ETSC adalah alat sederhana di mana energi matahari dapat ditangkap oleh

absorbing tube dan dimanfaatkan untuk memanaskan fluida [11].

I.1.1 Evacuted Tube Solar Collector (ETSC)

Pada dasarnya terdapat 2 macam solar collector, yakni stasioner dan tracking. Pembagian

kelompok ini dijelaskan oleh Gambar 3 [12].

Gambar 3. Jenis solar kolektor [12]

Berbagai macam konfigurasi kolektor dapat memberikan rentang temperatur pemanasan yang

besar, contohnya rentang operating temperature di 20-80 C untuk flat plate collector (FPC) dan 50-

200 C untuk ETSC. Kolektor yang paling banyak dipakai adalah FPC mengingat kesederhanaan

desainnya serta biaya perawatan yang rendah, namun FPC memiliki efisiensi yang lebih rendah karena

gejala konveksi, serta menghasilkan panas yang lebih rendah pula [13].

Solar Collector

Stationary

Flat Plate

Glazed

Unglazed

Evacuated TubeCompound Parabolic

Concentrating

Tracking

Parabolic trough collector

Linear fresnel reflector

Parabolic dish

Central receiver

Halaman 6 dari 35

Gambar 4. Efisiensi (ordinat) vs. temperatur (absis), berbagai jenis collector [13]

I.1.1.1 Tipe ETSC

ETSC sendiri dapat dikelompokkan menjadi 2 kategori, yakni single walled evacuated tube dan

yang kedua adalah Dewar tube [14]. Single walled evacuated tube memiliki efisiensi yang lebih rendah

dibandingkan dengan Dewar tube, hal ini dikarenakan efek rumah kaca pada Dewar tube yang memiliki

kaca lapis dua sehingga meminimalisir gejala konveksi secara maksimal. Untuk absorbing tube-nya

sendiri, yang dipakai di dalam ETSC terdapat beberapa macam bentuk: direct liquid contact, tabung U

dan heat pipe [13].

ETSC memiliki cara kerja yang sama dengan kolektor matahari plat datar yakni mengumpulan

radiasi langsung maupun radiasi difus [15], namun ETSC memiliki performansi yang lebih baik pada

temperatur yang tinggi [16]. Gambar skematik dari komponen ETSC ditunjukkan oleh Gambar 6.

Halaman 7 dari 35

Gambar 5. Berbagai contoh bentuk ETSC (penampang melintang) [13].

Gambar 6. Skematik komponen ETSC dengan heat pipe [17].

Halaman 8 dari 35

Untuk lebih memperjelas komponen - komponen utama yang dipakai pada ETSC, ambil contoh

adalah Dewar tube dengan heat pipe, maka berikut ini adalah penjelasan terhadap komponennya:

1. Heat Pipe, merupakan tabung tembaga peng-evaporasi-kondensasi yang berfungsi sebagai super

konduktor kalor. Konduktivitas termal dari heat pipe tergantung dari panjangnya, namun dapat

mencapai 4,8 13 kW/m.K, sebagai perbandingannya, konduktivitas termal dari tembaga adalah

0.4 kW/m.K [18]. Heat pipe berupa tabung dengan ruang vacuum udara di dalamnya dan berisi

sejumlah fluida kerja khusus. Fluida kerja khusus ini dipilih berdasarkan kebutuhan pemakaian

dari heat pipe itu sendiri. Fluida dipilih berdasarkan sifatnya yang mudah terevaporasi jika berada

di kondisi di atas operating temperatur, dan mudah terkondensasi jika berada di rentang operating

temperatur [19].

Gambar 7. Skematik cara kerja heat pipe [17][20].

Halaman 9 dari 35

Gambar 8. Ilustrasi cara kerja heat pipe [21].

2. Double-Walled Vacuum Insulation Tube, merupakan tabung kaca yang dindingnya dibuat dua lapis

di mana ruang antar kacanya berupa ruang vakum. Tujuan ruang antar kacanya dibuat vakum

adalah untuk meminimalisir gejala konveksi menuju ke lingkungan luar oleh udara di dalam ruang

kaca tersebut. Kaca tabung sisi dalam biasanya dibuat berwarna hitam untuk memperbesar

penyerapan cahaya matahari yang datang.

3. Rubber Seal / Sealing Plug / Centering Tube Stopper, merupakan tutup karet yang berfungsi

menjaga ruang udara di tengah tabung kaca supaya panas yang dihasilkan tidak bocor melalui

pangkal tabung. Alasan pemilihan bahan karet adalah untuk fleksibilitas pemasangan /

pembongkaran tabung kaca vakum.

4. Aluminium Fin, merupakan plat yang berfungsi untuk menangkap panas yang terjadi di dalam

tabung kaca. Dengan menangkap panas melalui konveksi udara di dalam tabung kaca ke

permukaan aluminium fin, maka panas dalam ruang tabung kaca akan lebih efektif dikonduksikan

ke heat pipe.

Halaman 10 dari 35

Gambar 9. Komponen utama ETSC [20]

5. Header Pipe, merupakan pipa utama untuk mengalirkan fluida yang diinginkan untuk dipanaskan.

Fluida yang dialirkan di dalam Header Pipe akan melewati ujung gas reservoir dari Heat Pipe,

sehingga panas yang telah terkonsentrasi di Heat Pipe diserap oleh fluida di dalam Header Pipe.

Dengan demikian proses kondensasi fluida kerja di dalam Heat Pipe akan terus terjadi selama

fluida di dalam Header Pipe masih lebih dingin.

6. Insulation Layer, merupakan bagian insulasi yang berfungsi untuk mencegah panas yang

didapatkan di dalam Header Pipe terbuang ke lingkungan. Material yang biasa dipakai adalah rock

wool.

7. Aluminium Manifold, merupakan bagian terluar yang menyelubungi Header Pipe. Berfungsi untuk

menjaga supaya Insulation Layer tetap terjaga dari kondisi lingkungan yang berubah-ubah.

Gambar 10. Aluminium manifold [20]

I.1.1.2 Keunggulan ETSC

Berdasarkan berbagai penelitian, ETSC memiliki efisiensi yang jauh lebih tinggi dibandingkan

dengan FPC, ETSC dapat mengumpulkan radiasi langsung maupun radiasi difus. Selain memiliki

performansi termal yang sangat baik, ETSC mudah dalam pemasangan dan mobilisasi. ETSC juga

mampu untuk dioperasikan pada aplikasi yang membutuhkan temperatur tinggi seperti instantaneous

gas heater, boost element integrated single solar tank system, dan boost tank incorporated solar pre-

heater [13].

Halaman 11 dari 35

Gambar 11. Contoh ETSC yang ada di pasaran [20]

Perawatan ETSC sangat mudah dan murah. Jika tabung rusak, maka keseluruhan tidak serta

merta menjadi tidak berfungsi, namun hanya akan menurunkan efisiensi. Tabung yang rusak dapat

diganti secara individual per tabungnya. Hanya dalam hal jika kolektor panasnya yang rusak, maka

sistem harus dimatikan terlebih dahulu untuk penggantiannya, namun tetap sifatnya individual per

kolektor saja yang diganti [13].

I.1.1.3 Efisiensi ETSC

Hasil penelitian yang dilakukan oleh Teknikum Rapperswill of Switzerland (Test Report No.

264, August 1997) menunjukkan bahwa efisiensi yang dihasilkan oleh ETSC dapat dimodelkan dengan

pendekatan rumus berikut: [22]

= 0.84 2.02( )

0.0046 [

]2

Sementara hasil penelitian yang dilakukan oleh Florida Solar Energy Center of USA (FSEC

Solar Collector Test Report No. 97005, May 1998) menunjukkan hasil yang konsisten dengan

percobaan oleh Teknikum Rapperswill, yakni: [22]

Linear:

= 0.82 2.19( )

Second Order:

= 0.81 1.23( )

0.0122 [

]2

Di mana:

Tm = Temperatur rata-rata dari collector; (Toutlet + Tinlet)/2 [C]

Ta = Temperatur ambient dari udara; [C]

Halaman 12 dari 35

G = Iradiasi matahari [Wh/m2]

Hasil penelitian dari kedua lembaga tersebut jika diilustrasikan di dalam bentuk kurva efisiensi,

maka hasilnya adalah seperti pada Gambar 12.

Gambar 12. Kurva efisiensi hasil percobaan ETSC [22].

I.1.1.4 Skematik penerapan ETSC

Penerapan ETSC untuk mendapatkan air panas dari energi matahari dapat dilakukan dengan

menggunakan controller untuk mengatur aliran suplai air serta menggunakan penampungan untuk air

panas hasil dari ETSC itu sendiri. Gambar 13 menunjukkan ilustrasi skematik penerapan pemanfaatan

ETSC untuk pemanas air panas di perumahan.

Gambar 13. Ilustrasi aplikasi ETSC pada perumahan [13].

Halaman 13 dari 35

I.1.1.5 Feasibilitas ETSC di Indonesia

Mengingat besarnya nilai lama penyinaran matahari rata-rata di Indonesia, maka ETSC sangat

layak untuk diterapkan di Indonesia. Dari sisi harga produk yang ditawarkan [23], rentangnya adalah di

kisaran USD 200-600 (belum termasuk biaya pengiriman) tergantung merk dagang. Sementara dari sisi

umur pakai, beberapa merk dagang memberikan keterangan umur tabung vacuum pada rentang 15-20

tahun [24].

Dengan menimbang faktor-faktor kelayakannya, yakni ketersediaan sumber matahari,

kemudahan dalam perawatan, biaya investasi yang relatif terjangkau, biaya perawatan yang rendah serta

umur pakai yang relatif panjang, maka ETSC sangat layak untuk diterapkan di Indonesia.

Dengan melakukan perhitungan sederhana menggunakan rumus efisiensi second order yang

diterapkan pada kondisi Indonesia, mengasumsikan efisiensi yang dimiliki oleh ETSC berpenampang

luas total 1 m2 adalah sebesar 79%, T ambient 28 C, T air masuk 25 C dan G optimis hanya di

4800Wh/m2, maka akan didapatkan temperatur air keluaran di 100 C sejumlah ~43 kg (~43 liter) per

hari rata-rata. Potensi jumlah air panas yang bisa didapatkan ini cukup untuk kebutuhan air panas sehari-

hari sebagai campuran air mandi dan kebutuhan lainnya dalam rumah tinggal. Berdasarkan data dari

WHO [25], total kebutuhan air manusia adalah berkisar 7,5-15 liter per hari, dengan asumsi 30% dari

kebutuhan tersebut memakai air panas yang dihasilkan oleh ETSC, maka perhitungan simulasi instalasi

ETSC pada paragraf ini cukup untuk memenuhi kebutuhan rumah tinggal yang berjumlah 9-10 orang.

I.1.2 Hybrid Photovoltaic Thermal (PV/T)

PV/T yang merupakan modul PV dengan memperpadukan sistem pendinginan untuk

meningkatkan efisiensi penghasilan listrik ketika intensitas irasiadi matahari yang sedang tinggi, dapat

dikelompokkan seperti pada Gambar 15. Sama halnya dengan FPC untuk memanaskan air, PV/T dapat

digunakan untuk memanaskan air sekaligus menghasilkan listrik dengan penerapan di berbagai aplikasi.

Skematik berbagai konfigurasi PV/T dapat dilihat dari Gambar 14 [4].

Halaman 14 dari 35

Gambar 14. Skematik berbagai jenis PV/T kolektor air [4]

Gambar 15. Klasifikasi berbagai solar collector [4]

Penelitian dilakukan oleh E. Erdil [26] terhadap PV/T hybrid system yang mengkombinasikan

modul PV dengan koletor panas matahari seperti pada Gambar 16, membandingkan PV modul

konvensional tanpa sistem pendinginan dengan sistem PV/T yang sekaligus untuk menghasilkan air

panas. Pada PV konvensional, untuk menghasilkan energi listrik untuk konsumsi perumahan sehari

Halaman 15 dari 35

adalah sebesar 7 kWh/day membutuhkan instalasi PV seluas 10 m2. Pengujian yang dilakukan oleh

Erdil adalah untuk menghasilkan 2,8 kWh/day (40% kebutuhan energi perumahan), dengan

menggunakan sistem PV/T hybrid hanya membutuhkan instalasi seluas 1,2 m2 (12% kebutuhan lahan

modul PV konvensional). Dengan kata lain, menggunakan PV/T hybrid system hanya membutuhkan

30% luasan lahan modul PV konvensional untuk menghasilkan jumlah energi yang sama.

Gambar 16. Struktur sistem hybrid PV/T [26]

Cara kerja PV/T hybrid system ini adalah dengan memanfaatkan suplai air temperatur yang

lebih rendah untuk dipakai sebagai pendingin modul PV. Caranya adalah dengan mengalirkan air

tersebut melalui pipa-pipa pendingin yang terintgrasi dengan modul PV, sehingga selain menghasilkan

listrik PV/T hybrid system juga menghasilkan air hangat dari hasil pendinginan modul PV tersebut..

Fudholi [27] melakukan penelitian terhadap sistem PV/T hybrid dengan 3 macam bentukan

pipa absorber berbahan stainless steel yakni berbentuk web, direct dan spiral seperti pada Gambar 17

dengan konfigurasi susunan modul PV/T hybrid yang sama namun divariasikan bentukan pipa

absorbernya. Hasil penelitiannya memberikan hasil efisiensi seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 17. Absorber berbentuk (a) web (b) direct (c) spiral [27]

Halaman 16 dari 35

Tabel 3. Temperatur air dan efisiensi listrik dari PV/T dengan absorber web [27]

(kg/s)

500 (W/m2) 600 (W/m2) 700 (W/m2) 800 (W/m2)

TPV (C) (%) TPV (C) (%) TPV (C) (%) TPV (C) (%) 0.011 50.24 11.07 51.65 11.55 52.85 11.71 53.54 11.91

0.013 49.93 11.12 51.04 11.62 52.33 11.78 53.03 12

0.016 49.65 11.18 50.63 11.69 51.95 11.82 52.65 12.07

0.02 49.26 11.22 50.26 11.75 51.37 11.93 52.06 12.15

0.024 48.83 11.27 49.76 11.8 50.89 11.98 51.69 12.2

0.027 48.58 11.3 49.59 11.84 50.69 12.01 51.17 12.22

0.029 48.46 11.32 49.27 11.87 50.45 12.02 51.05 12.26

0.032 48.27 11.35 49.09 11.9 50.22 12.04 50.84 12.28

0.035 48.09 11.38 48.87 11.92 50.01 12.07 50.55 12.32

0.038 47.9 11.4 48.76 11.93 49.82 12.1 50.14 12.35

0.041 47.88 11.42 48.57 11.94 49.65 12.13 50.03 12.37

Tabel 4. Temperatur air dan efisiensi listrik dari PV/T dengan absorber direct [27]

(kg/s)

500 (W/m2) 600 (W/m2) 700 (W/m2) 800 (W/m2)


0.013 50.04 11.45 51.34 11.84 52.54 11.99 53.25 12.24

0.016 49.56 11.5 50.86 11.9 51.93 12.04 52.86 12.3

0.02 48.84 11.56 50.47 11.96 51.36 12.13 52.13 12.41

0.024 48.53 11.6 49.95 12.01 50.74 12.18 51.56 12.49

0.027 48.17 11.62 49.63 12.05 50.57 12.23 51.04 12.52

0.029 48.35 11.65 49.46 12.09 50.15 12.25 51.03 12.55

0.032 48.06 11.68 49.38 12.12 49.94 12.26 50.66 12.59

0.035 47.85 11.7 48.99 12.14 49.63 12.31 50.23 12.62

0.038 47.67 11.74 48.76 12.15 49.47 12.35 50.06 12.66

0.041 47.28 11.78 48.5 12.18 49.22 12.38 49.89 12.69

Tabel 5. Temperatur air dan efisiensi listrik dari PV/T dengan absorber spiral [27]

(kg/s)

500 (W/m2) 600 (W/m2) 700 (W/m2) 800 (W/m2)


0.013 49.94 12.06 51.13 12.53 52.15 12.9 52.73 13.2

0.016 49.33 12.15 50.44 12.66 51.23 13 52.05 13.33

0.02 48.72 12.22 49.53 12.75 50.26 13.14 50.83 13.44

0.024 48.05 12.27 48.76 12.84 49.73 13.22 50.25 13.56

0.027 47.82 12.32 48.43 12.9 49.21 13.29 49.73 13.63

0.029 47.4 12.36 48.06 12.92 48.86 13.31 49.26 13.66

0.032 47.07 12.4 47.82 12.94 48.48 13.36 48.97 13.71

0.035 46.74 12.44 47.58 13 48.28 13.42 48.68 13.75

0.038 46.43 12.49 47.15 13.05 47.86 13.44 48.34 13.79

0.041 46.24 12.52 46.84 13.07 47.64 13.47 48.03 13.81

Halaman 17 dari 35

I.1.2.1 Efisiensi PV/T Hybrid

Gambar 18. Potongan melintang desain PV/T kolektor air oleh J. Yazdanpanahi, dkk [28]

Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Javad Yazdanpanahi, dkk [28] dengan desain PV/T

hybrid system dengan skematik seperti ditunjukkan pada Gambar 18, maka efisiensi termal yang

didapatkan oleh sistem PV/T hybrid dapat dikalkulasi dengan menggunakan rumus berikut:

=

= [()

(, )

]

Di mana,

= (, ,) = [() (, )]

Dengan:

= Thermal efficiency (%)

= Heat transfer rate (W)

= Solar radiation intensity (W/m2)

= Area of PVT water collector (m2)

= Heat removal factor

() = Product of effective absorptivity and transmissivity

= Overall heat loss coefficient from PVT collector to the environment (W/m2.K)

, = Temperature of fluid, inlet (K)

, = Temperature of fluid, outlet (K)

= Temperature of ambient (K)

= Mass flow rate of water (kg/s)

= Specific heat capacity of water (J/kg.K)

Halaman 18 dari 35

= Width of PVT water collector (m)

= Length of PVT water collector (m)

Sementara itu, masih pada penelitian yang sama, efisiensi listrik yang dihasilkan oleh PV/T

hybrid system dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

=

Di mana,

=

Dengan:

= Electrical efficiency (%)

= Maximum power point circuit voltage (V)

= Maximum power point circuit current (A)

= Pump power (W)

= Pressure difference (Pa)

= Fluid density (kg/m3)

= Pump efficiency (%)

I.1.2.2 Feasibility PV/T hybrid

Dari sisi efisiensi pemakaian lahan, PV/T hibryd water collector yang hanya membutuhkan

lahan 30% dari modul PV konvensional untuk mendapatkan jumlah energi yang setara. Sementara dari

sisi ketersediaan sumber matahari sebagai sumber energi, Indonesia sangat mumpuni.

Dari sisi harga, PV/T hybrid masih tergolong mahal untuk produk komersial yang beredar di

pasaran dan baru sedikit yang memproduksinya. Di Indonesia sendiri produsen yang berfokus pada

sistm PV/T hybrid masih belum ada, untuk itu peluang Indonesia mengembangkan produk pembuatan

perakitan modul PV/T memiliki potensi yang sangat besar mengingat manfaat yang didapatkan sangat

bagus.

Halaman 19 dari 35

Gambar 19. Ilustrasi penerapan PV/T [29]

Dengan hasil air keluaran di temperatur sekitar 49 C, output air yang keluar dari PV/T hybrid

ini dapat menjadi feeder ke ETSC sehingga jumlah air panas yang dapat dihasilkan oleh ETSC

berpotensi ditingkatkan sampai dengan ~64 liter air panas 100 C per hari rata-rata dengan ukuran yang

tetap. Sementara, kita tetap mendapatkan energi listrik sejumlah ~1,2 kWh per hari rata-rata jika

menggunakan 1 buah modul PV kapasitas 260Wp dengan luas penampang sekitar 1,6 m2 [30].

I.2 Kebutuhan Pendingin Rumah Tangga

Indonesia dengan suhu berkisar antara 2035 C memiliki ketergantungan yang kuat terhadap

tersedianya alat pendingin ruangan. Di kota-kota besar yang memiliki kepadatan penduduk lebih

banyak, air conditioning (AC) menjadi kebutuhan wajib setiap rumah terlebih di gedung perkantoran

dan industri. Hal ini sangat wajar mengingat suhu ambien ideal yang diterima manusia adalah 23-27 C

di musim panas dan 20-25 C. Isu global warming dan climate change yang berkembang di masyarakat

dunia dewasa ini menuntut manusia untuk memanfaatkan segala cara yang lebih ramah lingkungan.

Dengan penggunaan AC yang menghasilkan beberapa refrigerant yang dapat merusak lapisan ozon dan

membutuhkan aliran listrik yang tidak sedikit, diperlukan alternatif lain untuk dapat tetap mendinginkan

ruangan dalam suhu yang dapat ditoleran oleh manusia dan lingkungan.

Tanah memiliki variasi temperatur yang menarik dan berbeda dengan suhu ambien yang kita

rasakan. Penelitian yang dilakukan di Santorini dan Israel [31] yang dikemukakan oleh menemukan

bahwa suhu tanah pada kedalaman 60 cm memiliki suhu yang relatif stabil yakni 22 C. Pada penelitian

tersebut terdapat suhu yang sangat ekstrem mencapai 40 C, dan dinyatakan bahwa suhu pada

kedalaman tersebut tidak terpengaruh banyak. Sedangkan pada penelitian lain yang dilakukan di

Nicosia, Republik Siprus [32], suhu tanah pada kedalaman di bawah 5 meter memiliki suhu yang

Halaman 20 dari 35

konstan di sekitar 22 C, ketika suhu udara di luar sedang sangat panas di atas 30 C ataupun sedang

bersalju di bawah 0 C.

Distribusi suhu yang dideskripsikan [33] memisahkan tiga zona suhu kedalaman tanah yaitu:

1. Zona permukaan: hingga kedalaman 1 meter suhu tanah ditentukan dan sangat terpengaruh

dengan perubahan suhu yang terjadi di permukaan akibar perubahan cuaca yang bisa berubah

sangat cepat.

2. Zona landai: kedalaman berkisar 1-8 meter (untuk tanah kering) atau 20 meter (untuk tanah

berat dan lembab) memiliki suhu yang sangat stabil dan mendekati suhu rata-rata tahunan udara

di bumi.

3. Zona dalam: yakni kedalaman antara 8-20 meter, di keadaan ini suhu tanah tidak berubah dan

hanya akan mengalami perubahan kecil terhadap gradien geothermal.

Beberapa penelitian yang telah dijabarkan memberikan pengetahuan yang konkret bahwa

perbedaan suhu di dalam tanah dapat dimanfaatkan dan digunakan untuk memberikan suhu ideal

manusia. Tidak hanya dapat mendinginkan ruangan, suhu tersebut dapat juga dimanfaatkan untuk

menghangatkan di negara-negara bermusim dingin untuk mengurangi pemakaian mesin pemanas.

I.2.1 Sistem Pendingin Bawah Tanah

Sistem pendingin bawah tanah memanfaatkan perpindahan panas dari udara yang sengaja

dimasukkan ke dalam pipa yang dikuburkan pada kedalaman tertentu. Udara akan didinginkan oleh

tanah yang memiliki suhu di bawah suhu permukaan yang masuk ke dalam pipa yang ditarik kipas

sehingga menghasilkan udara paksa ke dalam pipa pendingin yang menghasilkan udara dingin untuk

disalurkan ke dalam ruangan yang ingin didinginkan.

Pemanfaatan sistem ini juga memberikan keuntungan lebih yaitu udara yang dihasilkan akan

terproteksi dari debu, radiasi, badai, maupun suara bising dari luar ruangan. Tanah memiliki suhu

konstan yang dapat dimanfaatkan baik untuk pemanasan ketika musim dingin atau penghangat ruangan

ketika musim dingin. Studi mengenai suhu konstan dalam tanah sudah dibuktikan oleh banyak peneliti

Teknik pendinginan dengan memanfaatkan pendinginan bawah tanah ini sangat popular di Amerika

dan Eropa karena dapat mengurangi penggunaan energi listrik dan kerusakan lain yang disebabkan AC

dan alat pendingin buatan lainnya.

Pendingin bawah tanah dibagi atas dua sistem, yakni sistem terbuka dan sistem tertutup. Dalam

sistem terbuka, udara masuk ke dalam pipa yang terbenam di dalam tanah dan bergerak ke dalam rumah

melewati sistem ventilasi. Pada aplikasi tersebut tetap dibutuhkan sistem ventilasi yang baik ketika

pendinginan sedang berlangsung. Sedangkan pada sistem tertutup, udara bergerak berputar dalam

sistem tersebut. Keadaan ini jauh lebih baik karena pendinginan berlangsung efektif karena udara

Halaman 21 dari 35

bergerak ke dalam pipa yang dikubur dalam tanah terus-menerus sehingga pendinginan tidak

terpengaruh oleh udara luar.

Pada sistem terbuka, udara di luar bergerak melalui pipa yang terkubur di dalam tanah untuk

didinginkan sebelum masuk ke dalam AC konvensional.

Gambar 20. Prinsip kerja sistem AC terbuka [32]

Proses pendinginan dengan sistem tertutup memindahkan udara dengan cara yang sedikit

berbeda. Pipa-pipa pendingin di bawah tanah dapat diletakkan secara vertikal maupun horizontal yang

terhubung secara seri maupun paralel. Cara ini dianggap sebagai sistem yang lebih mudah dalam

pembangunannya dan lebih efisien. Tipe pipa horizontal pada sistem tertutup, setiap 35 meter pipa

memiliki kapasitas pendinginan hingga 1 kW. Cara penanaman pipa horizontal terbaru memiliki sistem

yang lebih baik karena dianggap tidak akan mempengaruhi kualitas tanah bagian akibat transfer panas

yang dihasilkan oleh proses pendinginan.

Percobaan yang dilakukan di Australia menyatakan bahwa pendingin bawah tanah dengan

sistem tertutup menghasilkan temperature berbeda di kedalaman berbeda [34]. Penelitian tersebut

bertujuan melihat perbedaan lima kedalaman (0,61 m, 0,73 m, 0,85 m, 0,97 m and 1,10 m) dan

menemukan perbandingan suhu yang signifikan terhadap suhu permukaan. Waktu pengambilan data

merupakan musim panas di Australia (data diambil pada bulan April 2013). Suhu rata-rata yang diambil

antara jam 10 pagi hingga jam 5 sore, hal ini menimbang suhu tertinggi diperkirakan terjadi pada

rentang waktu tersebut. Gambar 22 di bawah ini memberikan gambaran jelas bahwa suhu turun seiring

bertambahnya kedalaman.

Halaman 22 dari 35

Gambar 21. Pendinginan sistem tertutup [32]

Gambar 22. Grafik perbedaan suhu pada perbedaan kedalaman [34]

Gambar 22 menunjukkan perbedaan suhu yang signifikan, yaitu suhu terdingin terdapat pada

daerah terdalam yakni pada 1,1 meter dengan suhu konstan di 22 C. Apabila udara di dalam ruangan

atau yang ingin disalurkan ke dalam ruangan tertentu dimasukkan ke dalam pipa di kedalaman tersebut,

suhu ruangan yang dihasilkan akan berkurang beberapa derajat akibat perpindahan panas yang terjadi

di dalam tanah.

Halaman 23 dari 35

Penelitian lain yang dilakukan di Malaysia juga memberikan kesimpulan yang sama pada

model numeric yang mereka lakukan di daerah tropis. Sistem pendingin bawah tanah di daerah kajian

dapat menurunkan temperatur hingga 2,8 C atau setara dengan 5 F [35]. Pada model tersebut

digambarkan bahwa pipa yang paling baik diaplikasikan pada sistem pendingin tertutup ini adalah pipa

berbentuk persegi yang terbuat dari bahan aluminium.

Pada penelitian yang dilakukan di Republik Siprus memberikan rincian lain bahwa kedalaman

ideal yang diperlukan untuk mendinginkan udara sebaiknya berada di kedalaman antara 1 hingga 2 m

dengan jarak minimal antara pipa ganda setidaknya 30 cm. Kapasitas pendinginan dapat dihitung sesuai

kebutuhan yakni panjang pipa diantara 3560 meter per kW.

I.3 Pemanfaatan Limbah Rumah Tangga

Konsep green building tidak hanya menciptakan energi baru,tetapi juga melakukan optimalisasi

terhadap semua hal yang digunakan untuk mengurangi beban kebutuhan manusia. Terdapat beberapa

hal yang dapat dimanfaatkan ke dalam bentuk energi yang lain yang dihasilkan dari sisa atau

pembuangan limbah domestik, diantaranya sampah organik, blackwater dan greywater.

I.3.1 Aplikasi Biodigester

Teknologi biodigester sudah cukup umum digunakan oleh masyarakat Indonesia. Beberapa

daerah telah lama memanfaatkan kotoran sapi untuk diolah kembali sehingga dapat menghasilkan gas

metan yang dapat digunakan untuk menggantikan gas (LPG). Dengan menggunakan teknologi yang

sama, sumber lain dapat digunakan untuk menghasilkan manfaat yang tidak berbeda dalam skala

perumahan yang terencana. Blackwater dan sampah dapur dapat diolah dengan cara tersebut. Hal ini

tidak hanya akan mengurangi beban penggunanya karena jumlah sampah yang dibuang akan berkurang

secara kuantitas, tetapi juga membantu pemilahan sampah sehingga lebih ramah lingkungan dan

mendukung program green energy.

Proses pemisahan akan mempermudah proses selanjutnya yakni fermentasi di dalam tabung

digester dengan bahan-bahan tertentu. Dalam kasus ini yang digunakan adalah kotoran manusia dan

sampah dapur. Pada Gambar 23 diilustrasikan jenis toilet yang dikembangkan di Britania Raya yakni

urine separating toilet. Jenis ini sangat memudahkan proses pembuatan biogas, sedangkan urin akan

disalurkan ke proses pengolahan greywater terpisah.

Halaman 24 dari 35

Gambar 23. Proses pemisahan greywater & blackwater dengan urine separating toilet [36]

Berdasarkan penelitian yang dilakukan Marsono dan Wardhani (2006), pemanfaatan kotoran

manusia dan urin harus dilakukan secara terpisah karena akan memberikan manfaat yang berbeda pula

pada lingkungan [37]. Kotoran manusia yang masuk dalam kategori blackwater akan dikumpulkan pada

suatu tabung besar yang diperuntukkan untuk pembuatan biogas. Proses ini tidak hanya mengurangi

limbah, tetapi juga memberi manfaat lainnya dengan energi yang dihasilkan. Di beberapa negara seperti

Cina dan India, biogas seperti ini digunakan untuk membangkitkan listrik. Sedangkan penelitian

Marsono dan Wardani memberikan contoh nyata pemanfaatan blackwater untuk memenuhi kebutuhan

masak yang biasanya dipenuhi LPG.

Gambar 24. Pemisahan sampah cair & proses recycle menggunakan disinfektan [38]

Urin yang disalurkan pada saluran greywater bisa dimanfaatkan kembali menjadi air pembasuh

toilet (flush) dan keperluar penyiraman tanaman. Hal ini tidak saja mengurangi jumlah konsumsi air,

tetapi juga memberikan nutrient penting yang dibutuhkan oleh tanaman untuk tumbuh subur.

Pemanfaatan biodigester terbilang cukup sederhana. Hal ini mengingat sampah organik apapun

dapat digunakan untuk menghasilkan energi asalkan memenuhi beberapa kriteria tertentu. Syarat yang

Halaman 25 dari 35

dibutuhkan diantaranya memiliki pH antara 6-7 dan memiliki kandungan Karbon, Hidrogen, maupun

Nitrogen dalam tingkatan tertentu sehingga dapat menghasilkan gas metan di suhu tertentu. Suhu yang

paling ideal dalam proses fermentasi gas metan dalam proses biodigester adalah 35 C, dengan hasil

akhir biogas memiliki suhu berkisar 25-30 C [38]

I.3.2 Perlakuan Greywater

Greywater merupakan bagian dari limbah cair domestik yang proses pengalirannya tidak

melalui toilet. Hal ini dapat ditemukan dari air yang biasanya dipakai dari air bekas mandi maupun

cucian. Dikutip dari Dini Widianti dan Marisa Handajani [39], sekitar 60-85% dari total volume

kebutuhan air bersih akan menjadi limbah cair domestik dengan 75% dari total volume tersebut adalah

yang kita sebut sebagai greywater [39].

Pengolahan greywater di Indonesia dapat dikatakan sangat tidak umum. Biasanya penanganan

yang dilakukan adalah langsung dibuang ke saluran drainase tanpa pengolahan sebelumnya. Greywater

dapat dimanfaatkan untuk mengurangi penggunaan air di beberapa sektor, seperti subtitudi kebutuhan

air rumah tangga maupun pertanian. Pemenuhan air yang dapat dilakukan di rumah tangga misalnya

mengganti air yang digunakan untuk cuci atau flush pada toilet. Sebuah studi menunjukkan bahwa pada

sistem pengolahan air perumahan, unsur-unsur seperti karbon, nitrogen, fosfat dan potassium akan

disaring dan menghasilkan air yang layak untuk dipakai lagi untuk keperluan tertentu. Pemanfaatan air

pada sistem penyaringan seperti itu dapat menghemat penggunaan air hingga 72% [40].

Unsur nitrogen, fosfat, dan potasium merupakan nutrien bagi tumbuhan, sehingga jika

greywater dialirkan begitu saja ke badan air permukaan maka akan menyebabkan eutrofikasi pada

badan air tersebut. Hal ini dapat menjadi masalah baru karena eutrofikasi akan menyulut pertumbuhan

ganggang sehingga menurunkan kadar oksigen terlarut di dalam badan air tersebut. Hal ini sangat tidak

diinginkan karna dampaknya dapat merusak keberlangsungan hidup makhluk hidup tertentu atau

bahkan kematian di alam. Pengolahan greywater sangat dibutuhkan mengingat persediaan air sangatlah

terbatas. Keperluan perkebunan dan pertanian yang membutuhkan jumlah air yang sangat besar

sehingga pemanfaatan greywater adalah solusi yang sangat menguntungkan karena akan memberikan

nutrisi yang baik di saat yang bersamaan.

Reed bed adalah suatu sistem pemurnian air yang dilakukan dengan cara membuat lahan basah

khusus sebagai penyaring alami. Beberapa bahan yang umum digunakan adalah tumbuhan dengan

beberapa lapisan tanah dan bebatuan. Pembangunan filter air dengan cara ini sudah dikembangkan di

beberapa negara besar seperti Amerika, Kanada, beberapa negara di Eropa bagian utara dan timur.

Dengan lahan basah tersebut beberapa nutrien penting yang terkandung dalam limbah air perumahan

dan membersihkan sebagian besar bakteri koliform. Pelakuan yang diberikan pada sistem ini

melibatkan banyak reaksi kimia dan biologi. Tabel 6 di bawah ini adalah proses dan tempat di mana

Halaman 26 dari 35

proses tersebut berlangsung pada sistem reed bed yang melibatkan tiga contaminant penting yaitu BOD5

(sebagai penentu karbon), Nitrogen (NH4 atau NO3), dan Fosfor.

Tabel 6. Beberapa proses penyerapan penting dalam sistem reed bed [36]

Tanaman, tanah, bebatuan dan alga mampu menyerap beberapa senyawa tertentu. Pada Tabel

6 di atas tiga contaminant yang umum ditemukan pada greywater dapat dibersihkan pada bagian-bagian

tertentu tanaman, beberapa jenis pasir, ataupun tanah. Sistem reed bed dikembangkan besar-besaran di

Perancis dengan beberapa tipe sesuai kebutuhan. Tipe ini yang paling biasa digunakan di dunia saat ini.

Pada dasarnya ini adalah jebis reed bed horizontal dengan memberikan lapisan-lapisan tertentu untuk

memaksimalkan proses pemurnian air untuk layak digunakan kembali untuk beberapa kegiatan tertentu

yang menggunakan air (paling umum untuk air bilas dan tanaman).

Tiga tipe penyaringan pada sistem reed bed digambarkan pada gambar di bawah merupahan

cara yang paling umum digunakan hingga saat ini. Dengan cara yang paling sederhana yakni

menggelontorkan greywater pada tanaman seperti pada tipe A, pemurnian air yang didapat bisa

dikatakan sudah sangat baik. Penelitian Fujita [36] menyebutkan bahwa dengan tipe tersebut bahwa air

dapat dibersihkan dari 87,5% pengotor. Pemurnian memerlukan waktu 3-4 hari dan didiamkan selama

6-8 hari setelahnya. Hal tersebut dimaksudkan untuk menghilangkan beberapa material padat

tersuspensi dan menjadikannya dalam kondisi aerob sehingga bakteri-bakteri jahat dapat hilang dan

akan menaikan kualitas air yang dibersihkan

Halaman 27 dari 35

Gambar 25. Reed bed yang dikembangkan di Perancis pada tahun 1997 [36]

Tipe A, tipe B, maupun tipe C menyiratkan beberapa alternatif yang digunakan sesuai dengan

kebutuhan penyaringan air. Tipe-tipe tersebut membedakan jumlah air yang dapat dibersikan sekaligus

dalam suatu penyaringan. Tipe A dapat menerima limbah cair hingga menutupi 2 cm di atas permukaan

tanah sekali proses, sedangkan tipe lainnya memiliki kapasitas yang lebih kecil. Penanganan di Swiss

dengan metode yang sama menghasilkan kualitas yang jauh lebih baik. Perlakuan berbeda dilakukan

sebelum sampai reed bed yaitu dengan menampung greywater pada suatu wadah besar sehingga air

yang mengalir ke permukaan penyaring tersebut menjadi lebih tenang. Hal ini mempengaruhi jumlah

endapan yang mungkin terbawa oleh arus air sehingga menjadi pengotor baru. Pemurnian dengan cara

ini dianggap sangat berhasil dan terbukti dapat membersihkan air hingga 91,4%.

I.3.3 Pemanfaatan Teknologi Biodigester dan Greywater Treatment

Baik biodigester maupun perlakuan greywater dapat dilakukan bersamaan pada perumahan

berbasis eco-living. Hal ini juga mendukung program green-energy yang akan mengurangi konsumsi

air dan energi panas yang biasa digunakan sehari-hari. Sistem ini mengadaptasi pemilahan sampah

organik dengan menggunakan urine separating toilet dan biodigester dari sampah organik maupun

blackwater.

Halaman 28 dari 35

Gambar 26. Ilustrasi pemanfaatan greywater, blackwater, dan sampah dapur [41]

Gambar 27. Sistem biogass perumahan [42]

Teknologi ini lebih mudah digunakan dalam suatu kelompok rumah (komunal). Hal ini menimbang

energi yang dihasilkan setiap rumah membutuhkan waktu dan biaya yang tidak jauh berbeda dengan

pemanfaatan air dan pengolahan biodigester secara massal. Kedua sistem ini dapat diintegrasikan

sehingga memberikan keuntungan ganda yakni tersedianya kelebihan air dan energi untuk pemanas

maupun listrik.

Halaman 29 dari 35

II. INTEGRASI SYSTEM GREEN LIVING

Pengembangan rumah tinggal bertema green-living mungkin sudah familiar di dunia, sekalipun belum

terlalu banyak di Indonesia. Dengan beberapa aplikasi energi baru terbarukan, rumah tinggal eco-

friendly tidak hanya akan mengurangi jumlah karbon dioksida, tetapi juga optimalisasi jumlah

pemakaian energi komersial yang juga ramah lingkungan.

Gambar 28. Ilustrasi integrasi sistem secara keseluruhan [43]

Pemanfaatan energi matahari dapat mengurangi emisi dan konsumsi energi listrik. Dengan penggunaan

solar PV/T, kebutuhan listrik akan berkurang karena sebagian dipenuhi oleh listrik dari PV/T yang akan

selalu memberikan asupan listrik selama matahari bersinar. Pemenuhan kebutuhan listrik dalam

keadaan normal dapat dupenuhi oleh PV/T hingga 50% - 60%. Kebutuhan pemanas air dapat terpenuhi

tanpa gas maupun listrik dengan solar thermal water heater yakni menggunakan ETSC. Kebutuhan

listrik yang biasanya memerlukan energi cukup besar, dapat dipenuhi separuhnya dari aplikasi 1-2 m2

untuk memenuhi kebutuhan 4 - 5 anggota keluarga dalam satu rumah.

Sistem pendingin udara yang biasanya dipenuhi dengan mesin air conditioning (AC) juga dapat

digantikan dengan aplikasi pendingin bawah tanah yang lebih rendah pemakaian energinya, alami, dan

ramah lingkungan. Pendinginan suatu ruangan tidak akan mencapai suhu sedingin AC, tetapi dengan

Halaman 30 dari 35

penyesuaian tertentu suhu udara kamar ideal manusia pasti bisa terpenuhi. Aplikasi ini dapat

menghemat listrik hingga 1 kW untuk setiap rumah.

Selain itu, hal lain yang dapat dilakukan untuk mencapai green-energy adalah melakukan pengolahan

limbah domestik secara mandiri. Hal ini tidak hanya bermanfaat untuk mengurangi jumlah sampah,

tetapi juga dapat mengurangi jumlah pemakaian air bersih dan gas / listrik yang digunakan untuk

memasak. Pengolahan mandiri greywater akan mensubtitusi pemakaian bilas kamar mandi maupun

penyiraman tanaman. Sedangkan pada pengolahan sampah dapur dan blackwater akan meghasilkan

biogas yang dapat dimanfaatkan untuk keperluan dapur.

Baik pemanfaatan sel surya PV/T, solar thermal water heater, pendingin udara bawah tanah, greywater

treatment, dan biodigester memberikan keuntungan masing-masing yang sangat menguntungkan tidak

hanya untuk pemilik rumah, tetapi juga peduli pada keseimbangan alam. Di bawah ini merupakan

ilustrasi rumah yang memanfaatkan semua aplikasi energi baru-terbarukan yang telah disebutkan di atas

Halaman 31 dari 35

III. KESIMPULAN

1. Pemenuhan kebutuhan energi rumah tangga di Indonesia dapat dimaksimalkan dengan

diversifikasi sumber energinya mengingat potensi yang dimiliki secara geografis.

2. Pemenuhan kebutuhan air panas rumah tangga dengan jumlah anggota keluarga 4-5

orang dengan potensi iradiasi matahari di Indonesia yang berjumlah 5,2 kWh/m2 rata-

rata per hari.

3. Dengan ETSC berpenampang total 1 m2, jika diterapkan dengan potensi yang ada di

Indonesia maka dapat menghasilkan air bertemperatur sampai dengan 100 oC sampai

dengan 43 liter per hari, cukup untuk memenuhi kebutuhan air panas sampai dengan 9

anggota keluarga dalam 1 rumah.

4. ETSC dapat memberikan efisiensi sampai dengan 80%, hal ini dikarenakan ETSC

sangat meminimalkan efek konveksi terhadap udara lingkungan.

5. ETSC sangat tepat untuk diterapkan karena perawatannya yang murah dan jika butuh

perbaikan pada tabung dapat diperbaiki secara parsial. Kecuali jika yang rusak adalah

pipa manifold, biaya perbaikan terbesar ada pada komponen pipa manifold.

6. Untuk perumahan yang memiliki keterbatasan lahan penempatan ETSC dan PV

sekaligus, maka dapat menerapkan PV/T kolektor air.

7. Dengan kebutuhan luasan lahan sekitar 1,6 m2, PV/T dengan modul PV kapasitas

260Wp dapat memenuhi kebutuhan sampai dengan ~1,2 kWh (50-60%) kebutuhan

energi listrik per hari sekaligus menghasilkan air bertemparatur sampai dengan 50 oC

sebanyak ~58 liter.

8. PV/T kolektor air merupakan sistem yang sangat baik karena menggunakan air sebagai

pendingin sistem modul PV sehingga menghasilkan efisiensi listrik yang relatif stabil,

sementara air yang telah menjadi panas dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan sehari-

hari.

9. PV/T koletktor air belum banyak diproduksi secara masal dan dipasarkan, baru ada

beberapa merk non Indonesia. Peluang untuk mengembangkan produk ini di Indonesia

sangat baik mengingat potensi Indonesia yang sangat baik untuk ketersediaan energi

matahari.

10. Pendingin udara bawah tanah dapat menurunkan suhu ambien hingga 2,7 oC dengan

memanfaatkan suhu konstan di kedalaman minimal 60 cm.

11. Saluran pipa pendingin bawah tanah terbaik adalah pipa dengan bentuk persegi dan

berasal dari aluminium yang setara dengan 1kW setiap 35 meter bentangan.

Halaman 32 dari 35

12. Pemanfaatan biodigester digunakan untuk dekomposisi blackwater dan sampah dapur

untuk dijadikan biogas.

13. Perlakuan khusus pada greywater dimaksudkan untuk mengurangi jumlah konsumsi air

bersih dan dapat menghemat air hingga 72%.

14. Penggunaan urine separating toilet akan memberikan manfaat lebih, sehingga unsur-

unsur baik dalam limbah (Natrium, Potasium, Fosfor) tersebut dapat memberikan

manfaat lebih untuk tanaman sekitar.

Halaman 33 dari 35

IV. REFERENSI

[1] Worldometers, World Population. 2014.

[2] Badan Pusat Statistik, Proyeksi Penduduk Indonesia Indonesia Population Projection 2010-

2035, no. 6. 2013.

[3] M. Jefferson, There s nothing much new under the Sun: The challenges of exploiting and using energy and other resources through history, Energy Policy, vol. 86, pp. 804811, 2015.

[4] V. V Tyagi, S. C. Kaushik, and S. K. Tyagi, Advancement in solar photovoltaic / thermal ( PV / T ) hybrid collector technology, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 16, no. 3, pp. 13831398, 2012.

[5] A. Luque and S. Hegedus, Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, 2nd ed. 2011.

[6] J. a Cueto, Comparison of Energy Production and Performance From Flat-Plate Photovoltaic Module Technologies Deployed At Fixed Tilt, no. May, pp. 15231526, 2002.

[7] M. M. Rahman, M. Hasanuzzaman, and N. A. Rahim, Effects of various parameters on PV-module power and efficiency, Energy Convers. Manag., vol. 103, pp. 348358, 2015.

[8] H. Haloui, K. Touafek, M. Zaabat, H. Ben, and A. Khelifa, The Copper Indium Selenium ( CuInSe 2 ) thin films solar cells for Hybrid Photovoltaic Thermal Collectors ( PVT ), Energy Procedia, vol. 74, pp. 12131219, 2015.

[9] M. Rumbayan, A. Abudureyimu, and K. Nagasaka, Mapping of solar energy potential in Indonesia using artificial neural network and geographical information system, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 16, no. 3, pp. 14371449, 2012.

[10] R. K. Mishra and G. N. Tiwari, Energy matrices analyses of hybrid photovoltaic thermal (HPVT) water collector with different PV technology, Sol. Energy, vol. 91, pp. 161173, 2013.

[11] S. Ataee and M. Ameri, ScienceDirect Energy and exergy analysis of all-glass evacuated solar collector tubes with coaxial fluid conduit, Sol. Energy, vol. 118, pp. 575591, 2015.

[12] S. Kalogirou, Solar Energy Engineering: Processes and Systems, 1st ed. Elsevier Inc., 2009.

[13] M. A. Sabiha, R. Saidur, S. Mekhilef, and O. Mahian, Progress and latest developments of evacuated tube solar collectors, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 51, pp. 10381054, 2015.

[14] Y. Gao, Q. Zhang, R. Fan, X. Lin, and Y. Yu, ScienceDirect Effects of thermal mass and flow rate on forced-circulation solar hot-water system: Comparison of water-in-glass and U-pipe evacuated-tube solar collectors, Sol. Energy, vol. 98, pp. 290301, 2013.

[15] J. A. D. Deceased and W. A. Beckman, of Thermal Processes Solar Engineering. .

[16] P. Selvakumar, P. Somasundaram, and P. Thangavel, Performance study on evacuated tube solar collector using therminol D-12 as heat transfer fluid coupled with parabolic trough, Energy Convers. Manag., vol. 85, pp. 505510, 2014.

Halaman 34 dari 35

[17] Heat Pipe Manifold. [Online]. Available: http://www.sltenergy.com/heat-pipe-manifold/. [Accessed: 27-Nov-2015].

[18] D. Xu, L. Li, and H. Liu, Experimental investigation on the thermal performance of helium based cryogenic pulsating heat pipe, Exp. Therm. Fluid Sci., vol. 70, pp. 6168, 2016.

[19] I. Sauciuc, A. Akbarzadeh, and P. Johnson, Temperature Control Using Variable Conductance Closed Two-Phase Heat Pipe, vol. 23, no. 3, pp. 427433, 1996.

[20] Solar Panels Plus. [Online]. Available: http://www.solarpanelsplus.com/. [Accessed: 27-Nov-2015].

[21] Shuttle. [Online]. Available: http://www.shuttle.eu/_archive/old/en/www.shuttle.eu/index-3002.html. [Accessed: 27-Nov-2015].

[22] F. Mahjouri, Vacuum Tube Liquid-Vapor (Heat-Pipe) Collectors.

[23] No Title. [Online]. Available: www.aliexpress.com. [Accessed: 27-Nov-2015].

[24] No Title. [Online]. Available: www.apricus.com. [Accessed: 27-Nov-2015].

[25] World Health Organization and Wedc, How much water is needed in emergencies, Tech. Notes Drink. Sanit. Hyg. Emergencies., no. 9, pp. 14, 2013.

[26] E. Erdil, M. Ilkan, and F. Egelioglu, An experimental study on energy generation with a photovoltaic ( PV ) solar thermal hybrid system, vol. 33, pp. 12411245, 2008.

[27] A. Fudholi, K. Sopian, M. H. Yazdi, M. Hafidz, A. Ibrahim, and H. A. Kazem, Performance analysis of photovoltaic thermal ( PVT ) water collectors, Energy Convers. Manag., vol. 78, pp. 641651, 2014.

[28] J. Yazdanpanahi, F. Sarhaddi, and M. M. Adeli, ScienceDirect Experimental investigation of exergy efficiency of a solar photovoltaic thermal ( PVT ) water collector based on exergy

losses, Sol. Energy, vol. 118, pp. 197208, 2015.

[29] No Title. [Online]. Available: http://www.bosssolar.com/combination-hot-water-pv/. [Accessed: 09-Dec-2015].

[30] No Title. [Online]. Available: http://www.len.co.id/len-260-wp-monocrystalline/. [Accessed: 27-Nov-2015].

[31] B. Givoni, Cooled soil as a cooling source for buildings, Sol. Energy, vol. 81, no. 3, pp. 316328, 2007.

[32] G. Florides and S. Kalogirou, Ground heat exchangersA review of systems, models and applications, Renew. Energy, vol. 32, no. 15, pp. 24612478, 2007.

[33] C. O. Popiel, Measurements of temperature distribution in ground, vol. 25, pp. 301309, 2001.

Halaman 35 dari 35

[34] S. F. Ahmed, M. M. K. Khan, M. T. O. Amanullah, M. G. Rasul, and N. M. S. Hassan,

Performance assessment of earth pipe cooling system for low energy buildings in a subtropical climate, Energy Convers. Manag., vol. 106, pp. 815825, 2015.

[35] M. R. Alam, Energy Efficient Green Building Based on Geo Cooling System in Sustainable Construction of, Int. J. Sustain. Constr. Eng. Technol., vol. 3, no. 2, pp. 96105, 2012.

[36] No Title. [Online]. Available: http://www.fujitaresearch.com/reports/wastewater.html. [Accessed: 27-Nov-2015].

[37] S. Kecamatan, N. Open, D. Free, and H. Departement, Perencanaan biodigester tinja manusia dan kotoran ternak skala komunal rumah tangga di kecamatan ngancar, kabupaten kediri, pp. 113.

[38] No Title. [Online]. Available: http://abettertoilet.org/tag/liquid-waste-processing/. [Accessed: 27-Nov-2015].

[39] D. Widianti and M. Handajani, Greywater Characterisation to Know the Potential Utilization of Greywater Reuse in Bandung City.

[40] C. Makropoulos, S. Liu, D. Butler, W. Han, L. M. Avery, F. a. Memon, and M. Pidou,

Economic assessment tool for greywater recycling systems, Proc. ICE - Eng. Sustain., vol. 158, no. 3, pp. 155161, 2005.

[41] No Title. [Online]. Available: http://www.kellyplumbing.com.au/septic-treatment-plants.html. [Accessed: 27-Nov-2015].

[42] No Title. [Online]. Available: http://greennewworld.org/Waste.html. [Accessed: 27-Nov-2015].

[43] No Title. [Online]. Available: http://www.ecofriendlyhouses.net/. [Accessed: 27-Nov-2015].

potensi green living di indonesia

Documents