Ditulis oleh Zahdan Wahid Arohim.

Pendahuluan

Menurut Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) Indonesia, bangunan bertingkat tinggi seperti gedung pencakar langit dapat menyumbang sekitar 11% dari konsumsi energi global. Peningkatan konsumsi energi ini disebabkan oleh berbagai faktor, termasuk penggunaan listrik yang berlebihan dan pendingin ruangan (Widyanti, 2023). Penggunaan pendingin udara (AC) menyumbang sekitar 30-50% dari total konsumsi listrik gedung di Indonesia (Utama, et al., 2018).

Gambar 1.1 Grafik Konsumsi Listrik per Kapita Indonesia.

Konsumsi energi ini sangat bergantung pada sumber daya non-renewable seperti bahan bakar fosil, yang mana akan memberikan efek pada penipisan sumber daya dan kenaikan emisi gas rumah kaca yang signifikan. Emisi ini dapat memperburuk efek rumah kaca, yang menjebak panas di atmosfer dan membantu percepatan pemansan global (Partner Hub, 2020). Untuk mencegah hal tersebut dan mencapai tujuan Net Zero Emission pada tahun 2060, sumber energi terbaru diperlukan.

Salah satu solusi yang dapat diimplementasikan adalah menggunakan sistem fotovoltaik atau dapat disebut photovoltaic thermal (PVT). Energi matahari dapat diubah oleh PVT menjadi daya listrik yang dapat digunakan untuk penggunaan sehari-hari. Oleh karena itu, teknologi ini dapat menjadi salah satu solusi untuk mengurangi beban energi pada penyedia listrik dengan cara memasang panel di setiap bangunan atau gedung tinggi. Namun, Photovoltaic Thermal ini memiliki kekurangan, yaitu permukaan panel yang terkena radiasi dari matahari yang mengkonversikannya menjadi energi listrik dan menghasilkan energi kalor dari kenaikan suhu mengakibatkan turunnya efisiensi karena ada panas berlebih (Rahman, 2019). Panas berlebih tersebut dapat digunakan untuk pemanasan air dalam sistem pembangkit daya seperti Organic Rankine Cycle (ORC)..

Pembahasan

Prinsip Kerja Organic Rankine Cycle

  Energi matahari adalah salah satu sumber energi terbarukan yang memiliki potensi cukup besar untuk dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik. Pemanfaatan energi ini sudah lama dikenal sebagai salah satu solusi untuk mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil dan mengurangi emisi gas rumah kaca. Salah satu metode yang memanfaatkan energi panas matahari adalah melalui teknologi photovoltaic thermal. Selain itu, energi matahari dapat dimanfaatkan juga untuk menguapkan fluida yang dapat menggerakkan turbin. Penggunaan sistem ini dikenalk dengan sistem siklus rankine organik atau Organic Rankine Cycle (ORC). ORC adalah teknologi yang memungkinkan konversi energi panas dengan suhu rendah hingga menengah menjadi energi listrik. Sistem ini bekerja dengan prinsip yang mirip dengan siklus rankine konvensional, tetapi menggunakan fluida kerja organik dengan titik didih rendha yang lebih cocok untuk kondisi panas matahari.

Gambar 2.1 Organic Rankine Cycle

Komponen utama sistem ORC yang dibuat adalah turbin, kondensor, pompa, dan evaporator. Pada sistem ORC, fluida panas digunakan untuk memanaskan fluida kerja, yang biasanya berupa senyawa organik seperti minyak silikon, hidrokarbon, dan fluorokarbon, dengan refrigeran sebagai yang paling umum digunakan di dalam alat penukar panas. Fluida kerja kemudian memanas dan menghasilkan uap dalam bentuk flash. Berdasarkan gambar di atas, uap yang dihasilkan di alat penukar panas dialirkan untuk memutar turbin dan selanjutnya menggerakkan generator untuk menghasilkan sumber daya listrik. Uap panas yang dihasilkan dalam alat penukar panas disebut fluida sekunder. Organic Rankine Cycle merupakan sistem tertutup, sehingga tidak ada pelepasan energi ke luar. Salah satu keunggulan ORC adalah kemampuannya untuk beroperasi pada suhu rendah (Hakim, 2016). Dalam rangkaian ORC akan terjadi pemanasan pada evaporator, yang dimana fluida kerja organik dipanaskan oleh sumber panas eksternal hingga mencapai titik didihnya dan berubah menjadi uap bertekanan tinggi. Setelah terjadi pemanasan, selanjutnya turbin akan mengekspansi atau menurunkan tekanan dari fluida organik dan menghasilkan energi mekanik yang kemudian diubah menjadi listrik oleh generator. Uap yang keluar dari turbin dialirkan ke dalam kondensor, di mana pada proses ini akan didinginkan dan berubah kembali menjadi cairan, dan terakhir fluida kerja cair dipompa kembali ke dalam evaporator untuk memulai siklus kembali.

Pemanfaatan energi panas matahari oleh sistem siklus rankine organik dapat menjadi lebih efisien dengan dikombinasikan oleh suatu sistem yang dapat mengubah sinar matahari langsung menjadi energi listrik, yaitu sistem fotovoltaik. Bila teknologi siklus rankine organik dikombinasikan dengan sistem fotovoltaik akan memiliki potensi optimalisasi penggunaan energi menjadi semakin besar. Hal ini dikarenakan, teknologi sistem fotovoltaik menggunakan energi matahari untuk menghasilkan listrik tanpa menghasilkan emisi karbon. Dengan mengadopsi dan memperluas penggunaan sistem fotovoltaik, dapat mengurangi ketergantungan pada sumber energi fosil yang menghasilkan emisi karbon. Sebagai hasilnya, kontribusi terhadap emisi karbon dapat dikurangi secara signifikan, membantu pergeseran menuju kondisi net-zero emission.

Keterkaitan Teknologi PVT-ORC dengan Net Zero Emission

Net zero emission mengacu pada keseimbangan antara jumlah emisi gas rumah kaca yang dihasilkan dan jumlah yang dikeluarkan dari atmosfer. Mencapai emisi nol bersih berarti mengurangi total emisi hingga mendekati nol mungkin, dan emisi yang tersisa diimbangi melalui tindakan seperti penghapusan karbon atau upaya mitigasi, dalam mencapai emisi nol bersih sangat penting dalam memerangi perubahan iklim (Bagnall, et al., 2008). Sistem fotovoltaik yang diterapkan sebagai cara untuk mencapai kondisi net zero emission ini merupakan perakitan modul dan komponenlainnya yang terintegrasi, yang dirancang untuk mengubah energi matahari menjadi listrik untuk menyediakan layanan tertentu, baik sendiri atau dalam kombinasi dengan pasokan cadangan. Modul fotovoltaik merupakan blok bangunan dasar generator fotovoltaik yang didefinisikan sebagai rangkaian sel surya terhubung seri terkecil yang lengkap dan terlindung. Sel-sel dikemas antara jendela transparan dan dukungan tahan kelembaban untuk mengisolasi mereka secara elektrik, serta dari cuaca dan kerusakan yang tidak disengaja (Sharma, et al., 1995)..

Hubungan Organic Rankine Cycle dengan Photovoltaic Thermal

Hubungan antara fotovoltaik dengan siklus rankine organik adalah bahwa keduanya dapat digunakan bersama untuk meningkatkan efisiensi penggunaan energi dan mengurangi emisi karbon. Sistem fotovoltaik menghasilkan listrik dari energi matahari, sedangkan siklus rankine organik adalah proses termal yang menggunakan panas untuk menghasilkan energi mekanis. Kedua sistem ini dapat bekerja secara sinergis dalam aplikasi hibrida. Dalam kombinasi ini, energi listrik yang dihasilkan oleh sistem fotovoltaik dapat digunakan untuk menggerakkan pompa atau kompresor dalam siklus Rankine organik. Hal ini memungkinkan penggunaan energi matahari untuk memanaskan fluida kerja dalam siklus rankine organik, meningkatkan efisiensi keseluruhan sistem. Selain itu, energi panas yang dihasilkan oleh siklus rankine organik juga dapat dimanfaatkan secara efisien dalam sistem fotovoltaik termal.

Panas yang dihasilkan dapat digunakan untuk memanaskan air atau fluida lainnya untuk menghasilkan uap atau uap bertekanan tinggi, yang kemudian digunakan untuk menggerakkan turbin atau generator listrik tambahan. Dengan menggabungkan kedua teknologi ini, dapat menciptakan sistem yang lebih efisien dalam mengkonversi energi matahari menjadi listrik, sambil mengurangi ketergantungan pada sumber energi fosil dan mengurangi jejak karbon. Hal ini berkontribusi pada upaya global untuk mencapai tujuan net zero emission dan mempercepat transisi menuju masa depan energi yang bersih dan berkelanjutan..

Risiko dan Dampak Mengaplikasikan Kombinasi Teknologi PVT-ORC

Dalam mengaplikasikan PVT dan ORC untuk menghasilkan listrik, terdapat beberapa pertimbangan penting seperti biaya yang lebih terjangkau dalam penggunaan sehari-hari namun pengolahan limbah panasnya yang memerlukan biaya yang cukup besar di awal. Penggunaan teknologi PVT ini juga memerlukan ruang yang cukup besar untuk pemasangan panelnya. Sebaliknya penggunaan ORC membutuhkan ruang yang lebih kecil dan sering diintegrasikan dalam sistem yang sudah ada.

Penggunaan teknologi PVT ORC memiliki risiko seperti ketidaksesuaian cuaca yang dapat memengaruhi produksi listrik. Namun, risiko tersebut dapat diatasi dengan mengaplikasikannya pada daerah yang curah hujannya rendah dan disinari matahari sepanjang tahun. Hal tersebut berpotensi untuk memberi keuntungan karena dapat meningkatkan efisiensi dalam produksi energi secara keseluruhan dengan memanfaatkan limbah panas dan sumber energi terbarukan. Selain itu, misi Net Zero Emission dapat dijalankan dengan menggunakan teknologi PVT ORC karena mengurangi emisi gas rumah kaca saat memproduksi listrik.

Penutup

Penerapan teknologi Photovoltaic Thermal (PVT) dan Organic Rankine Cycle (ORC) dalam memproduksi listrik menjadi salah satu solusi yang potensial untuk meningkatkan efisiensi dalam produksi dan penggunaan listrik sekaligus mengurangi emisi gas rumah kaca. Hal tersebut mendukung target Net Zero Emission yang akan dicapai pada tahun 2060. Dengan demikian, penggunaan teknologi ini dapat membantu mengurangi jejak karbon sekaligus menawarkan solusi yang berkelanjutan..

Daftar Pustaka.

Widyanti F. R. (2023). Penerapan Konsep Hemat Energi Pada Bangunan Hijau Jakarta

International Stadium.

Utama, S.H. Gheewala. (2018). Life Cycle Energy of Single Landed Houses in Indonesia,

Energy and Buildings 40 (2008) 1911–1916.

Partner Hub. Reducing Energy Consumption and Using Green Energy (2020). Retrieved from Booking.com: https://partner.booking.com/en-gb/learnmore/reducing-energy-  consumption-and-using-green-energy

Rahman F. (2019). Analisa Teknis Dan Ekonomi Sistem Photovoltaic Thermal (PV/T) Untuk

Kebutuhan Listrik Dan Air Bersih Pada Bangunan Rumah Tangga Di Pekanbaru,

page 1-2. https://repository.uin-suska.ac.id/25427/1/full.pdf

Hakim, L. 2016. Rancang Bangun Turbin untuk Sistem Organic Rankine Cycle (ORC)

menggunakan Fluida Kerja R-141b dengan kapasitas 1 kilowatt.

https://repository.its.ac.id/76662/1/2114105039-Undergraduate_Thesis.pdf.

Bagnall, D & Boreland, M, 2008. Energy Policy. [online]

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301421508004552.

Sharma, V, Colangelo, A, Spagna, G, 1995. Photovoltaic Technology: Basic concepts, sizing

of a stand alone photovoltaic system for domestic applications and preliminary economic analysis. [online] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0196890494000658.

.