Kaji Eksperimental Pengaruh Pemasangan Photovoltaic Pada Dinding Bangunan Terhadap Temperatur Ruangan
M. Dyan Susila 1 , A. Yudi Eka Risano 1 , Mei Hartanto 1
1) Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Lampung Jl. Soemantri Brojonegoro No. 1 Bandar Lampung 35145
Email : meyhartanto@yahoo.com

## Abstrak
Daerah  perkotaan  banyak  sekali  gedung  bertingkat  baik  untuk  perkantoran  maupun  pusat bisnis,  dengan  model  dinding  beton  maupun    kaca.  Bagian  bangunan  secara  umum  mendapat  sinar matahari  baik  secara  bergiliran  maupun  terus  menerus  sepanjang  siang  hari.  Penyinaran  tanpa hambatan ini akan meningkatkan kalor yang masuk ke dalam ruangan dan beban pendingin ruangan akan  meningkat,  sehingga  konsumsi  energi  listrik  juga  akan  bertambah.  Salah  satu  upaya mengatasinya  dengan  pemasangan  photovoltaic.  Untuk  mengetahui  pengaruh  pemasangan  PV terhadap  temperatur  ruangan  dilakukan  kajian  eksperimental  dengan  mensimulasikan  intensitas berasal  dari  cahaya  lampu  ultrasonik.  Penelitian  ini  dilakukan  pada  model  bangunan,  dimana  PV dipasang pada dinding dengan sudut pemasangan 15 0 dan posisi lampu penyinaran dengan sudut 0 0 , 30 0 , dan  60 0 .  Parameter  yang  diuji  adalah  temperatur  PV,  temperatur  luar  dan  dalam dinding  serta temperatur ruangan. Hasil pengujian ini akan dibandingkan dengan  variasi intensitas cahaya lampu yakni 500 watt dan 1000 Watt. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa pemasangan PV pada dinding bangunan dapat memperlambat kenaikan temperatur ruangan. Pemasangan PV dengan posisi miring, memberikan pengaruh positif terhadap pengurangan laju pemanasan ruangan.
Kata Kunci : photovoltaic, temperatur, intensitas cahaya

## PENDAHULUAN
Energi surya merupakan salah satu energi baru  dan  terbarukan  yang  masih  sedikit dimanfaatkan.
Berdasarkan
blueprint pengelolaan  energi  nasional  2006  -  2025,  pada tahun  2025  produksi  energi  dari  energi  surya, biomassa,  air  dan  nuklir  baru  mencapai  angka 5%  [1].  Direncanakan  tahun  2014  kapasitas terpasang  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya (PLTS) sudah mencapai 2 GWatt [2]. Sementara itu  berdasarkan  letak  geografis  Indonesia  yang berada  pada  daerah  katulistiwa,  maka  potensi energi  surya  yang  dimiiki  sangat  besar. Intensitas radiasi matahari di Indonesia mencapai 4,8 kWh/m2/hari dengan waktu efektif penyinaran 8 – 10 jam/hari [3].
Indonesia  yang  merupakan  daerah  tropis selain  menguntungkan  dalam  potensi  sumber energi  surya,  juga  menjadi  persoalan  dalam mendapatkan  kenyamanan  termal  ruangan. Radiasi  matahari  yang  masuk ke dalam ruangan melalui  dinding  dan  kaca  jendela  menambah energi termal dalam ruangan. Untuk mendapatkan  kenyamanan  termal  ruangan, penggunaan  sistem  pengondisian  udara  (air conditioning/AC)  menjadi kebutuhan  yang tidak dapat  terelakkan.  Peningkatan  penggunaan.  AC
terutama pada sektor publik seperti; perkantoran, rumah  sakit,  hotel,  dan  pusat  perbelanjaan mengakibatkan terjadinya peningkatan kebutuhan  energi  listrik.  Penggunaan  energi listrik  untuk  sektor  AC  pada  gedung  menurut penelitian Puslitbang Permukiman SDA Kementerian PU tahun 2010 mencapai 65% [4]. Penelitian  JICA  2008,  memperlihatkan  bahwa penggunaan energi listrik untuk AC cukup besar yakni,  38,99%  untuk  R1-  1300VA,  36,84% untuk  R1-2200VA,  dan  47,66%  untuk  R2- 4400VA.  Sedangkan  untuk  bangunan  komersil persentase  energi  listrik  yang  digunakan  adalah sebagai  berikut;  hotel  65%,  rumah  sakit  57%, Mall/pusat perbelanjaan 57%, kantor pemerintah 55%, dan bangunan  kantor 47% [5].Untuk tidak terjadi pemborosan listrik, pemerintah mengeluarkan
kebijakan penghematan pemakaian  listrik  yang  tertuang  dalam  Instruksi Presiden No.13 tahun 2011 tentang penghematan energi dan air [6].
Dinding  bangunan  bertingkat  biasanya mendapat  penyinaran  langsung  dari  matahari. Lamanya mendapatkan penyinaran sesuai dengan  posisi  geografis  bangunan.  Energi matahari  yang  menyinari  bangunan  dapat dijadikan  sumber  energi  bagi  bangunan  dengan memasang photovoltaic (PV)  pada  dinding
bangunan  tersebut.  Disisi  lain  pennyinaran langsung  dari  matahari  akan  mengakibatkan panas  radiasi  masuk  ke  dalam  bangunan sehingga  beban  pendinginan  akan  meningkat. Radiasi  matahari  yang  diterima  permukaan dinding  bagian  luar  ada  yang  diserap  menjadi panas  dan  ada  juga  yang  dipantulkan  kembali, seperti terlihat pada gambar 1. Besar energi yang diserap  dan  dipantulkan  tergantung  pada  sudut datang  radiasi matahari terhadap dinding. Selain itu  besar  energi  panas  yang  dihasilkan  dari radiasi  matahari  dipengaruhi  oleh  derajat kehitaman permukaan. Energi yang diserap oleh dinding  dalam  bentuk  energi  panas  ada  yang diteruskan secara konduksi ke permukaan dalam dinding dan ada juga  yang diambil  udara secara konveksi  Laju  perpindahan  panas  pada  dinding dipengaruhi  oleh  konduktivitas  termal  bahan. Panas  yang  sampai  pada  permukaan  dinding bagian  dalam  akan  berpindah  secara  konveksi dan  radiasi.  Semakin  besar  energi  panas  yang masuk  ke  dalam  ruangan  maka  semakin  tinggi temperatur  ruangan  tersebut.  Pemasangan  PV pada dinding vertikal selain menghasilkan energi listrik  diharapkan  dapat  mengurangi  rambatan panas ke dalam ruangan. Penelitian ini bertujuan melihat  pengaruh  posisi  pemasangan  PV  pada dinding bangunan terhadap temperatur ruangan..
Gambar 1. Perpindahan panas dari radiasi matahari ke dalam ruangan melewati dinding [7]

## METODOLOGI
Penelitian ini
dilakukan secara eksperimental  pada  model  bangunan  dengan dinding  yang  dikenakan  cahaya  yang  berasal dari    lampu  halogen  500  Watt  dan  1000  Watt sebagai  pemodelan  cahaya  matahari.  Pengujian dilakukan  dengan  memvariasikan  intensitas cahaya, hal ini diperoleh dengan  cara mengubah sudut penyinaran yaitu dengan sudut 0 0 , 30 0 , 60 0 . Dinding  dibuat  dari  bata  merah  yang  sudah  di
plester  dan  diaci  sisi  luar  dan  dalam  serta  dicat dengan  cat  tembok  warna  putih.  Ukuran bangunan  adalah  41  cm  x  43  cm  x  43  cm. dinding  selain  dinding  uji  diberi  isolasi. Pemodelan photovoltaic yang  diuji  dengan ukuran  43  cm  x  41  cm,  dengan  daya  output  20 Watt.  Alat  ukur  temperatur  menggunakan termometer  Luthron  dengan  sensor  termokopel tipe  K.  Toleransi  alat  ukur  0.01 0 C.  Termokopel ditempatkan pada permukaan luar PV, permukaan  luar  dan  dalam  dinding,  serta ditengah-tengah  ruangan.  Skema  alat  uji  terlihat pada  gambar  2.  Pengujian  dilakukan  dengan memvariasikan  sudut  lampu  (β)  yakni;  0 o ,  30 o , dan  60 o ,  serta  sudut  PV  (α)  yakni  15 0 .  Pada masing-masing posisi tersebut dilakukan pengujian  selama  5  jam.  Dari  data  ini  akan dianalisa pengaruh pemasangan PV pada dinding terhadap laju perubahan temperatur ruangan.
Gambar 2. Skema alat uji penggunaan PV pada dinding bangunan

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Perbedaan  intensitas  dilihat  dari  lampu yang  digunakan  dalam  pengujian  yaitu  lampu 500  Watt  dan  1000  Watt.  Intensitas  maksimal diperoleh  jika  sudut  penyinaran  antara  lampu terhadap  PV  adalah  tegak  lurus.  Semakin  besar intensitas  cahaya  lampu  maka  semakin  besar temperatur  yang  masuk  ke  ruangan.  Data perubahan temperatur digunakan untuk menghitung  laju  perpindahan  panas.  Pada  PV diberikan  kemiringan  atau  ruang  udara  sebesar 15 0 yang dilambangkan dengan simbol α.  Ruang ini dihitung dari jarak PV ke tembok. Kemudian pada  lampu  pengganti  intensitas  matahari diberikan  variasi  sudut  sebesar  0 0 ,  30 0 ,  dan  60 0 yang  disimbolkan  dengan  simbol  β.  Sudut  ini diambil  dari  sinar  datang  yang  tegak  lurus

## dengan tanah secara horizontal.
Hubungan  Intensitas  Cahaya  Lampu  (I r ) dengan Temperatur Ruangan (T 4 ) (a)
(b)
Gambar  3 (a). Diagram Hubungan Sudut Lampu dengan Intensitas Cahaya, (b) Diagram Hubungan Sudut Lampu dengan Temperatur Ruangan
Berdasarkan gambar 3(a) intensitas cahaya  dengan  daya  lampu  1000  Watt  lebih besar  dibandingkan  dengan  daya  lampu  500 Watt. Hasil pengukuran intensitas cahaya lampu dengan daya 1000 watt pada sudut lampu 0 0 I r = 600 W/m 2 , sedangkan pada lampu 500 Watt I r = 311,2 W/m 2 . Dapat disimpulkan bahwa semakin kecil sudut lampu maka semakin besar intensitas cahaya lampu yang dihasilkan.
Berdasarkan  gambar  3(b)  temperatur ruangan  pada  lampu  500  Watt  dan  1000  Watt dengan sudut lampu 0 0 lebih besar  dibandingkan sudut  lampu  30 0 dan  60 0 .  Hai  ini  menunjukkan bahwa hubungan antara intensitas cahaya lampu dengan  temperatur  ruangan  adalah  berbanding
lurus.
Hubungan  Intensitas  Cahaya  Lampu  (I r ) dengan Laju Perpindahan Panas (q)
Gambar  4. Diagram Hubungan antara Intensitas Cahaya Lampu dengan Laju Perpindahan Panas
Pada  lampu  1000  Watt  sudut  lampu  0 0 dengan  I r =  600  W/m 2 laju  perpindahan  panas yang terjadi sebesar 0.0341 W/m 2 . Hasil ini lebih besar dibandingkan dengan sudut lampu 30 0 dan 60 0 ,  karena  intensitas  terbesar  dihasilkan  pada sudut  lampu  0 0 .  Hal  ini  juga  terjadi  pada  lampu 500  Watt  sudut  lampu  0 0 dengan  I r =  311.2 W/m 2 yang  menghasilkan laju perpidahan panas sebesar 0.0132 W/m 2 . Dapat disimpulkan bahwa semakin  besar  intensitas  cahaya  lampu  maka semakin besar pula laju perpindahan panasnya.
0 100 200 300 400 500 600 700 0° 30° 60° Inten sita s ca ha ya (W/ m 2 ) Sudut Lampu 500 Watt 1000 Watt 26,5 27 27,5 28 28,5 29 29,5 0° 30° 60° Te mpe ra tur R ua nga n ( 0 C) Sudut Lampu ( 0 )
Lampu 1000 Watt
Lampu 1000 Watt + PCM 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0° 30°60° La ju P erpi nda ha n P ana s (W /m 2 ) Sudut Lampu ( 0 ) Lampu 500 Watt Lampu 1000 Watt
Pengaruh Penggunaan PCM Terhadap
Temperatur Ruangan
(a)
(b)
Gambar 5. (a) Diagram Hubungan antara Penggunaan PCM dengan Temperatur Ruangan Lampu 500 Watt,
(b) Diagram Hubungan antara Penggunaan PCM dengan Temperatur Ruangan Lampu 500 Watt
Berdasarkan  gambar  5(a)  penggunaan PCM  terbukti  dapat  menghambat  panas  yang masuk  ke  ruangan.  Pada    sudut  lampu  0 0 lampu 500  Watt  panas  yang  masuk  lebih  besar  yaitu sebesar 27,9 0 C dibandingkan dengan lampu 500 Watt  +  PCM  yaitu  sebesar  27,8 0 C  ,  sedangkan pada sudut lampu 30 0 dan 60 0 panas yang masuk sama  besar  yaitu  masing-masing  sebesar  27,5 W/m 2 dan  27,2  W/m 2 .  Walaupun  terjadi perbedaan  temperatur    ruangan    pada  sudut lampu  0 0 ,  namun  perbedaan  itu  tidak  terlalu
besar.  Hal  ini  dikarenakan  lampu  500  Watt intensitas cahayanya rendah sehingga perubahan temperatur ruangan tidak terlalu signifikan.
Berdasarkan  gambar  5(b)  juga  terbukti bahwa  penggunaan  PCM  dapat  menghambat panas  yang  masuk  ke  ruangan.  Pada  diagram terlihat jelas pengaruhnya pada ketiga parameter sudut  lampu  yaitu  0 0 ,  30 0 ,  60 0 .  Hal  ini dikarenakan  intensitas  cahaya  lampu  1000  watt relatif  besar  sehingga  panas  yang  merambat masuk juga besar. Jika tidak menggunakan PCM temperatur  ruangan  pada  sudut  lampu  0 0 mencapai 29,2 0 C, sedangkan jika menggunakan
PCM  temperatur    ruangan  sebesar  28.4 0 C. Perbedaan  temperatur  ruangan  pada  keduanya tidak  terlalu  signifikan,  hal  ini  dikarenakan material  yang  digunakan  untuk  wadah  PCM terbuat  dari  seng  yang  mempunyai  nilai konduktivitas  termal  116  W/m 2 sehinnga  panas yang masuk ke ruangan juga relatif besar.

## SIMPULAN
Berdasarkan  hasil  pengujian  dan  analisis pembahasan,  maka  dapat  diambil  kesimpulan sebagai berikut :
1. Perubahan  temperatur  ruangan  dipengaruhi oleh intensitas cahaya lampu. Semakin besar intensitasnya  maka  semakin  besar  pula panas yang masuk ke ruangan.
2. Intensitas  cahaya  lampu  terbesar  dihasilkan pada  sudut  lampu  0 0 .  Pada  lampu  500  Watt I r =  311.2  W/m 2 dan  lampu  1000  Watt  I r = 600 W/m 2 . Hal ini disebabkan karena posisi penyinaran  lampu  ke  PV  mendekati  tegak lurus,  dimana  intensitas  cahaya  maksimal dihasilkan  apabila  posisi  penyinaran  lampu tegak lurus terhadap PV.
3. Laju  perpindahan  panas  juga  dipengaruhi oleh intensitas cahaya lampu. Semakin besar intensitasnya  maka  semakin  besar  pula  laju perpindahan panas yang terjadi. Pada lampu 500 watt dengan I r = 311.2 W/m 2 dihasilkan q  =  0.0132  W/m 2 ,  sedangkan  pada  lampu 1000  watt  dengan  I  =  600  W/m 2 dihasilkan q  =  0.0341  W/m 2 .  Hasil  ini  lebih  besar dibandingkan  dengan  sudut  lampu  30 0 dan 60 0 . 26,5 27 27,5 28 28,5 29 29,5 0° 30° 60° Te m pe ra tu r R ua nga n ( 0 C) Sudut Lampu ( 0 )
Lampu 500 Watt Lampu 500 Watt + PCM
26,5 27 27,5 28 28,5 29 29,5 0° 30° 60° Te m pe ra tu r R ua nga n ( 0 C) Sudut Lampu ( 0 )
Lampu 1000 Watt Lampu 1000 Watt + PCM

## DAFTAR PUSTAKA
[1] http://www.esdm.go.id/.../714-blue-print- pengelolaan-energi-nasional-pen.htm , diakses tanggal 18 November 2013.
[2] http://solarenergyindonesia.com/index.php/ tahun-2014-kapasitas-terpasang-plts-2-gw- dengan-menggunakan-solar-sell/ , diakses tanggal 18 November 2013.
[3]Directorate or Electricity and Energy Development,  (DESDM),  1997. Master  plan for  development  of  new  and  renewable energy,
[4]Tim  Balai  Sains  Bangunan.  2010, Laporan
Audit  Energi  Gedung  Sumberdaya  Air  dan Penataan  Ruang  Kementerian  Pekerjaan
Umum. Bandung: Puslitbang Permukiman
[5] JICA  Study  on  Energy  Efficiency  and Concervation  Improvement  in  Indonesia
20072008 , http://eneken.ieej.or.jp/en/data/pdf/ 491.pdf , diakses tanggal 18 November 2013
[6]Intruksi Presiden Republik Indonesia Nomor 13 tahun 2011, tentang penghematan energi danair, http://www.kemendagri.go.id/produk- hukum/2011/09/19/penghematan-energi-dan- air
[7]Kreider, J.F., and Rabl. A. 1994. Heating and
Cooling  of  Building. New  York:  Mc.Grau- Hill