Disusun oleh: Fernanda Gusti Syahputra

PENDAHULUAN

Indonesia memiliki sumber daya alam yang kaya dan melimpah serta tersebar di berbagai wilayahnya. Jenis sumber daya yang tersedia di setiap daerah berbeda-beda tergantung pada geografi dan kondisi tanah setempat. Meskipun memiliki kekayaan alam yang melimpah, negara ini belum mencapai kemandirian energi bagi penduduknya. Sumber daya yang dimiliki Indonesia yang membentang dari Sabang hingga Merauke, mencakup di bidang pertanian, perikanan, dan energi. Sektor energi memiliki cadangan minyak bumi yang diperkirakan 4,17 miliar barel dan cadangan gas alam 62,4 triliun kaki kubik. Namun, sumber daya bahan bakar fosil ini terbatas, dengan proyeksi yang menunjukkan bahwa cadangan minyak bumi dapat habis dalam waktu 9,5 tahun dan cadangan gas alam dalam waktu 19,9 tahun (esdm.go.id, 2021).

PEMBAHASAN

Selain bahan bakar fosil, Indonesia juga memiliki sumber daya air yang besar, dengan ketersediaan tahunan mencapai 3,9 triliun meter kubik, menjadikannya salah satu dari 10 negara terkaya akan air. Sumber daya air ini tersebar di 5.590 sungai dan 1.035 danau (BPS, 2024). Sungai-sungai tersebut bervariasi dalam ukuran, dengan lebar antara 10 hingga 1.000 meter dan panjang berkisar dari 20 meter hingga 1.143 kilometer. Sungai terpanjang terletak di provinsi Kalimantan dan Sumatera, dengan lima sungai terpanjang di negara ini adalah Sungai Kapuas, Mahakam, Barito, Batanghari, dan Musi. Meskipun memiliki potensi besar, sungai-sungai ini saat ini sebagian besar digunakan untuk memenuhi kebutuhan air rumah tangga. Ada peluang untuk memanfaatkan sungai-sungai ini untuk aplikasi yang lebih bernilai, seperti pembangkit listrik tenaga air (PLTA). Selain itu, sebagai negara tropis yang terletak di sepanjang garis khatulistiwa, Indonesia menikmati sinar matahari sepanjang tahun, memberikan kondisi yang ideal untuk memanfaatkan energi terbarukan. Energi matahari, yang diubah menjadi listrik melalui teknologi fotovoltaik (PV), menawarkan alternatif ramah lingkungan yang menjanjikan. 

Teknologi fotovoltaik (PV) bergantung pada komponen semikonduktor, khususnya sel surya, untuk memanfaatkan energi matahari. Sel surya ini mengubah sinar matahari menjadi listrik. Saat ini, teknologi sel surya telah mencapai generasi ketiga, yang menggunakan bahan terbarukan seperti TiO2 atau ZnO. Beberapa contoh aplikasi sel surya generasi ketiga yang menggunakan TiO2 termasuk Sel Surya Sensitizer Pewarna (DSSC), Sel Surya Polimer (PSC), dan sel surya perovskite (Khan et al., 2023). Di Indonesia, ketersediaan energi matahari diperkirakan sekitar ±19 kWh/m2/hari, yang setara dengan 443.000 GWp (REI, 2024). Sebuah sel surya dengan kapasitas 100 Wp dan luas permukaan 1 m2 dapat menghasilkan 250 Watt/m2 listrik jika terpapar radiasi matahari sebesar 4,5 kWh/m2/hari, dengan asumsi tingkat efisiensi sebesar 25% (Huda, 2024). Sel surya terus menghasilkan listrik selama terpapar sinar matahari. Namun, ada tantangan dalam penerapan sel surya, seperti kebutuhan lahan yang luas untuk pembangkit listrik berskala besar dan ketidakefisienan dalam distribusi energi, yang sebagian besar disebabkan oleh sifat fluktuatif penyimpanan energi tergantung pada kondisi cuaca.

Untuk mengatasi tantangan ini, diperlukan pendekatan inovatif dalam pengembangan sel surya dan sistem distribusi energi solar yang efisien di Indonesia agar dapat memaksimalkan manfaatnya bagi masyarakat. Salah satu solusi potensial adalah pemasangan sel surya di sepanjang bantaran sungai, yang akan membantu mengatasi masalah keterbatasan lahan untuk proyek energi solar, sehingga menghilangkan kebutuhan untuk pembebasan lahan. Selain itu, sistem smart grid dapat diterapkan untuk mendistribusikan listrik secara efisien dari sumber ke rumah tangga, memenuhi kebutuhan energi domestik. Perkembangan teknologi energi solar dapat berfungsi sebagai katalisator baru untuk mempromosikan energi berkelanjutan dan mewujudkan program hilirisasi energi di Indonesia. Generasi sebelumnya dari sel surya mengalami keterbatasan dalam efisiensi dan sangat dipengaruhi oleh perubahan cuaca. Namun, penerapan teknologi sel surya di bantaran sungai dapat meningkatkan efisiensi, memanfaatkan sel surya generasi baru yang didukung oleh smart grid untuk penyimpanan dan distribusi energi selama musim hujan.

Inovasi Energi Cerdas SCOR (SOLAR CELL RIVER) bertujuan untuk mengubah bantaran sungai menjadi sistem energi sel surya terintegrasi yang terhubung dengan smart grid untuk menciptakan jembatan energi listrik yang ramah lingkungan bagi Indonesia. Inisiatif ini diharapkan dapat mengatasi tantangan lingkungan seperti penipisan cadangan energi fosil sekaligus memberikan peluang untuk menggunakan area sungai sebagai lokasi pengembangan sel surya di negara ini.

Metode pemanfaatan energi solar didasarkan pada konsep sambungan pn, yang melibatkan penghubungan bahan semikonduktor tipe p dan n untuk membentuk medan listrik yang dihasilkan dari aliran elektron ketika terkena sinar matahari (Rusda et al., 2023). Ketika sinar matahari mengenai sensor LDR (Light Dependent Resistor), resistansinya berubah, mempengaruhi nilai tegangan, yang kemudian dikirim ke input mikrokontroler. Mikrokontroler memproses data yang diterima dari sensor LDR dan menyesuaikan posisi modul sel surya dalam dua arah untuk mengikuti pergerakan tampak matahari. Di malam hari, modul sel surya kembali menghadap ke arah timur dan berhenti ketika saklar batas diaktifkan.

Gambar 1. Desain Konstruksi SCOR

Sumber: Dokumentasi Penulis (2024)

Desain SCOR yang terintegrasi Smart Grid mencakup baik konstruksi alat maupun desain komponen elektroniknya. Merujuk pada Gambar 1, desain mekanis alat dapat dijelaskan sebagai berikut: (a) Tiang penyangga besi diletakkan di tepi bantaran sungai. Tiang setinggi 14 kaki ini terbuat dari besi siku, dengan bagian atasnya terbuat dari besi berupa bentuk persegi; (b) Sel surya diposisikan sejajar dengan modul sel surya dan dilengkapi dengan sensor LDR untuk mendeteksi cahaya dari arah timur dan barat; (c) Sumber daya menyediakan energi untuk mikrokontroler Arduino dan sensor LDR pada tegangan 4V, 8V, dan 12V, serta memberi daya pada driver motor; (d) Sensor LDR mendeteksi cahaya yang berasal dari timur dan barat; (e) Mikrokontroler Arduino mengatur pergerakan aktuator linier berdasarkan data yang diperoleh dari sensor LDR; (f) Aktuator linier mengubah orientasi permukaan modul sel surya agar sejajar secara tegak lurus dengan cahaya yang masuk; (g) Driver motor mengendalikan rotasi aktuator linier sesuai dengan instruksi dari mikrokontroler; (h) Pengontrol pengisian adalah perangkat elektronik yang mengawasi pengisian arus searah dari sel surya ke baterai dan mengatur aliran arus dari baterai ke perangkat listrik.

 Gambar 2. Kondisi Teknologi SCOR (malam dan siang)

 (Sumber: Dokumentasi Penulis, 2024)

Dalam mendukung perancangan SCOR, dibutukan suatu smart grid untuk mendistribusikan listrik secara efisien. Smart grid adalah sistem jaringan listrik cerdas yang mengintegrasikan Information and Communication Technology (ICT) dengan infrastruktur fisik pembangkitan, transmisi, dan distribusi energi listrik dengan efisiensi yang lebih baik serta dapat merespons berbagai kondisi dan peristiwa (Santoso, 2020). Smart Grid dapat merespons peristiwa yang terjadi di mana saja dalam jaringan, seperti pembangkit listrik, transmisi, distribusi, dan konsumsi listrik oleh pengguna. Misalnya, setelah peristiwa kegagalan trafo tegangan menengah terjadi di jaringan distribusi, Smart Grid secara otomatis dapat mengubah aliran daya dan memulihkan layanan pengiriman daya. Menurut Duan et al., (2016) Smart Grid bertujuan sebagai sistem kelistrikan yang menggunakan informasi, teknologi komunikasi dua arah, cyber-secure, dan kecerdasan komputasi untuk mencapai sistem yang bersih, aman, terjamin, dapat diandalkan, tangguh, efisien, dan berkelanjutan. Smart Grid menjadi solusi yang menjanjikan untuk meningkatkan efisiensi dan keandalan sistem kelistrikan serta mempercepat adaptasi menuju sumber daya energi yang lebih bersih dan berkelanjutan.

Gambar 3. Sistem Smart Grid

(Sumber: Dokumentasi Penulis, 2024)

Sistem Smart Grid memiliki empat komponen penting dalam mendukung teknologi SCOR, antara lain:

A. Smart Infrastructure System

Smart Infrastructure System merupakan fondasi utama Smart Grid yang mengintegrasikan infrastruktur energi, informasi, dan komunikasi untuk mendukung aliran listrik dan informasi dua arah. Smart Grid memungkinkan aliran listrik dua arah dimana konsumen dapat mengalirkan kembali energi ke jaringan. Konstruksi dari Infrastructure System dapat di lihat pada gambar 3. Aliran balik ini sangat berguna ketika terjadi pemadaman listrik di desa terisolasi. Smart Infrastructure System dibagi menjadi tiga subsistem dalam konsep Smart Grid adalah sebagai berikut :  

1. Smart energy subsystem yakni bertanggung jawab atas segala proses terkait pembangkitan, pengiriman, dan konsumsi listrik yang telah ditingkatkan secara teknologi.

2. Smart information subsystem yakni bertanggung jawab atas pengukuran, pemantauan, dan manajemen informasi yang lebih canggih dalam konteks Smart Grid.

3. Smart communication subsystem yakni bertanggung jawab atas konektivitas komunikasi dan transmisi informasi antara sistem, perangkat, dan aplikasi yang ada dalam konteks Smart Grid

B. Green Power Generation

Green Power Generation merupakan sistem yang menggabungkan sumber energi terbarukan seperti matahari, angin, air, dan panas bumi untuk menghasilkan energi listrik yang bersih dan berkelanjutan (Aini et al., 2022). Berbeda dengan metode tradisional yang bergantung pada bahan bakar fosil, Green Power Generation memanfaatkan sumber daya alam yang terbarukan seperti air, angin, matahari dan sebagainya. Indonesia memiliki potensi sumber daya air yang sangat melimpah karena memiliki banyak sungai yang dapat dimanfaatkan sebagai teknologi SCOR yang terintegrasi Smart Grid.

C. Smart Mobility

Smart Mobility adalah paradigma baru dalam sistem transportasi yang memanfaatkan teknologi informasi dan komunikasi (TIK) untuk meningkatkan efisiensi, keberlanjutan, dan aksesibilitas. Metode pengumpulan data real-time menggunakan sensor dan kamera, analisis data, serta pengambilan keputusan yang tepat. Smart Mobility mampu mengoptimalkan rute perjalanan, mengurangi kemacetan, dan meningkatkan keselamatan pengguna jalan. Manfaat dari sistem tranfortasi ini mencakup pengurangan emisi gas CO₂, mempermudah aksesibilitas, serta mendorong penggunaan moda transportasi ramah lingkungan. Kalimantan Barat memiliki potensi pertumbuhan ekonomi dan perkotaan yang pesat dimana akan membutuhkan solusi transportasi yang efisien dan berkelanjutan untuk mengatasi kemacetan dan polusi udara. Penerapan Smart Mobility berpotensi meningkatkan kualitas hidup masyarakat dan kelestarian lingkungan melalui pengembangan sistem transportasi cerdas, transportasi publik terintegrasi, dan infrastruktur untuk kendaraan listrik.

D. Smart Home/ Internet Home Control

Internet of Things (IoT) memainkan peran penting terhadap sistem Smart Grid dalam menghubungkan berbagai sistem dan perangkat di Internet Home Control (IHC). IHC berperan dalam mengontrol dan memantau distribusi dari energi listrik dari pembangkit hingga ke konsumen. IHC merupakan sistem otomasi yang dapat mengontrol jaringan energi listrik dari jarak jauh melalui internet.

Evaluasi teknologi SCOR yang terintegrasi dengan Smart Grid untuk total energi didasarkan pada asumsi bahwa sinar matahari menyinari Bumi selama 9,5 jam, yaitu dari pukul 07:30 hingga 17:00. Dalam jendela waktu 10 jam ini, total energi yang dihasilkan adalah 853 Wh, yang menghasilkan output daya efektif dari sel surya 100 Wp yang dihitung sebagai berikut:

Listrik yang dihasilkan oleh teknologi SCOR, yang menggunakan sel surya dari pukul 07:30 hingga 17:00 selama 9,5 jam, memanfaatkan teknologi fotovoltaik dengan rating 100 Wp dan dimensi 1,04 m × 0,67 m. Hal ini menghasilkan total listrik harian yang dihasilkan per unit area sel surya (I), dihitung sebagai berikut:

Kapasitas produksi SCOR yang memanfaatkan sel surya 100 Wp menunjukkan jumlah maksimum listrik yang dapat dihasilkan. Berdasarkan kapasitas maksimum ini, total listrik yang dihasilkan setiap hari selama 9,5 jam operasi per unit area dihitung sebagai:

Dengan teknologi SCOR yang menggunakan sel fotovoltaik berkapasitas 100 Wp dan ukuran 1,04 × 0,67 m², output maksimum listrik mencapai 1,3634 kWh/m². Efisiensi produksi listrik dari sel surya 100 Wp ini dapat dinyatakan sebagai:

Rata-rata efisiensi konsumsi listrik adalah 89,78%, berdasarkan area fotovoltaik sel 1,04 × 0,67 m². Dengan menerapkan konsep SCOR di area seluas 30 m × 50 m, perhitungan listrik adalah sebagai berikut

Di daerah pedesaan, konsumsi listrik rata-rata per rumah tangga diperkirakan sekitar 64 kWh per tahun, yang setara dengan sekitar 175 Wh per hari. Dengan teknologi SCOR yang memiliki kapasitas fotovoltaik 100 Wp, teknologi ini dapat memberikan output listrik rata-rata sebesar 400 Wh per hari. Ketika diterapkan di sepanjang tepi sungai dengan area seluas 30 m × 50 m, teknologi ini memiliki potensi untuk menghasilkan sekitar 2.934.9885 kWh per m². Dengan demikian, teknologi SCOR dengan kapasitas 100 Wp diperkirakan dapat memenuhi bahkan melebihi kebutuhan listrik tahunan sebesar 64 kWh di daerah pedesaan. Mengingat sinar matahari mencapai permukaan Bumi dengan intensitas sekitar 1000 Watt, dan efisiensi konversi energi photovoltaic sekitar 25%, maka keluaran maksimum dari sel surya dapat mencapai 250 Watt per m². Jika teknologi SCOR diterapkan pada area seluas 1.500 m², estimasi daya listrik yang dapat dihasilkan adalah 375.000 Watt, atau 375 kW per m².

Tabel 1. Kebutuhan biaya pengembangan SCOR

Desain teknologi SCOR yang terintegrasi dengan Smart Grid selama periode 20 tahun menunjukkan bahwa estimasi biaya investasi adalah IDR 52.225.000. Biaya pemeliharaan bulanan mencapai IDR 260.250. Sebaliknya, memperoleh listrik dari Perusahaan Listrik Negara (PLN), yang menggunakan 132,3 kWh setiap bulan, mengakibatkan biaya sekitar IDR 250.000. Sebagai perbandingan, teknologi SCOR dapat menyediakan jumlah yang sama yaitu 132,3 kWh dengan biaya yang jauh lebih rendah, hanya IDR 375,64 per bulan. Mengingat setiap rumah tangga membutuhkan sekitar 132,33 kWh, teknologi SCOR mampu menghasilkan total 88.049,065 kWh setiap bulan, cukup untuk memenuhi kebutuhan energi 665 rumah tangga atau memasok energi ke 12 desa. Akibatnya, teknologi SCOR dapat mewujudkan pengurangan biaya listrik yang mengesankan sebesar 99,9%. Selain itu, Solar Cell River for Energy (SCOR) secara signifikan mengurangi jejak lingkungannya dengan memanfaatkan energi matahari secara langsung, sehingga menghindari pelepasan gas rumah kaca yang berkontribusi pada pemanasan global. Ketergantungan pada bahan bakar fosil untuk pembangkit listrik menghasilkan sekitar 80% emisi CO2 (Aji et al., 2024), sedangkan teknologi SCOR yang dikombinasikan dengan Smart Grid menghasilkan nol emisi CO2. Mengingat bahwa 70% dari luas permukaan Indonesia adalah perairan, terdapat peluang signifikan untuk memanfaatkan energi sel surya melalui SCOR yang terintegrasi dengan Smart Grid. Ketika diterapkan di sepanjang bantaran sungai, teknologi SCOR, yang didukung oleh sistem distribusi Smart Grid, dapat menghasilkan listrik ramah lingkungan dan memfasilitasi distribusi listrik yang efisien untuk kebutuhan sehari-hari masyarakat.

KESIMPULAN

Penyediaan sumber energi terbarukan berupa solar cell melalui SCOR terintegrasi Smart Grid merupakan solusi inovatif yang menjanjikan untuk di aplikasikan di beberapa sungai indonesia, mengingat masayarakat masih bergantung dengan pemakaian minyak bumi dan gas alam sebagai sumber energi utama dalam kebutuhan sehari-hari mereka. Selain ramah lingkungan, teknologi SCOR yang terintegrasi Smart Grid mampu mencipatkan energi listrik ramah lingkungan serta distribusi listrik secara efisien di rumah masyarakat. Sealin itu, Hadirnya inovasi solar cell di bantaran sungai yang didukung Smart Grid mampu membuktikan kepada dunia bahwa anak bangsa Indonesia mampu dalam memanfaatkan sumber daya alamnya.

DAFTAR PUSTAKA

Aini, A.S. 2022. Analisis Potensi dan Implementasi PLTMH Skala Mikro di Kabupaten Kapuas Hulu Kalimantan Barat. Jurnal Rekayasa Elektro dan Energi.13(2):117-124.

Aji, S.M.B., Adliawan, I., & Kawahyuning, D.I. (2024). Dampak Pemanfaatan Energi, Perkembangan Ekonomi, dan Wilayah Hutan terhadap emisi gas rumah kaca di AS, Rusia, Cina, dan Brasil. JEMeS-Jurnal Ekonomi Manajemen dan Sosial, 7(1), 11-25.

Badan Pusat Statistik. (2024). Statistik Lingkungan Hidup Indonesia 2024. Jakarta: Badan Pusat Statistik.

Duan, X., Fang, Z., & Chen, Y. (2016). Smart Grid: A Survey. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 12(4), 1805-1818.

ESDM.go.id. (2021). Menteri ESDM: Cadangan Minyak Indonesia Tersedia untuk 9,5 Tahun dan Cadangan Gas 19,9 Tahun. Diakses pada 12 Oktober 2024, dari https://www.esdm.go.id/id/media-center/arsipberita/menteriesdm-cadangan-minyak-indonesia-tersedia-untuk-95-tahundan-cadangangas-199-tahun.

Huda, A.K. (2024). Peningkatan Efisiensi Konversi Energi dalam Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Department of Electrical Engineering.

Khan, M.J., Ahirwar, A., Sirotiya, V., Rai, A., Varjani, S., & Vinayak, V. (2023). Nanoengineering TiO2 for evaluating performance in dye-sensitized solar cells with natural dyes. RSC Advances, 13(32), 22630-22638.

Renewable Energy Indonesia. (2024). Learning Hub: Potensi Energi Terbarukan di Indonesia. Diakses pada 12 Oktober 2024, dari https://renewableenergy.id/potensi-energi-terbarukan-di-indonesia/.

Rusda, R., Ridho, D.A.R., & Putra, M.A. (2023). Analisis Pengaruh Sudut Kemiringan Terhadap Penerimaan Iradiasi Matahari Dan Daya Keluaran Yang Dihasilkan Panel Surya. PoliGrid, 4(1).

Santoso, A. 2020. Pengertian Smart Grid dan Manfaatnya. Jurnal Ilmiah Teknik Elektro.13(2):133-140.