Insinyur Barat telah menggabungkan fungsi dan kekuatan teknologi fotovoltaik (PV) dengan pompa panas dan baterai termal untuk menciptakan rumah baru yang sepenuhnya berlistrik dan hemat energi. Tujuan akhirnya adalah menghilangkan kebutuhan bahan bakar fosil, mencapai konsumsi energi nol bersih bagi para pembangun rumah dan pemilik rumah di seluruh dunia.
Profesor Western Engineering dan Ivey Business School Joshua Pearce dan kandidat PhD Shafquat Rana, bekerja sama dengan ketua teknik mesin dan material Anthony Straatman, profesor teknik Kamran Siddiqui dan presiden Magnus Homes Jaime Crncich, telah merancang dan mengembangkan sistem rumah hemat energi yang pertama ini. Rumah dua lantai di Komoka, Ontario. (di sebelah barat London, Ontario), berfungsi sebagai laboratorium hidup untuk eksperimen observasi dan pembuatan data.
Hasil awal menunjukkan bahwa pengaturan ini, yang unik di Kanada, mengurangi tagihan listrik sebesar 45 persen, dan emisi karbon di rumah sebesar 55 persen. Baterai termal, yang menggunakan bahan pengubah fasa seperti garam atau lilin, menyimpan energi secara efisien, sehingga meningkatkan konsumsi mandiri PV surya (menggunakan energi yang dihasilkan di lokasi, dibandingkan mengekspornya ke jaringan listrik) sebesar 60 persen. Bahan pengubah fasa adalah zat yang menyerap atau melepaskan sejumlah besar energi panas selama peleburan atau pembekuan untuk mempertahankan suhu stabil.
“Biaya tenaga surya kini telah mengurangi biaya listrik jaringan, menjadikan tenaga surya sebagai pilihan yang layak dan diinginkan bagi sebagian besar masyarakat Kanada,” kata Pearce, Ketua Inovasi John M. Thompson di Western. “Proyek ini mengintegrasikan panel surya, pompa panas, dan baterai termal untuk menyediakan energi panas untuk pemanasan dan memasok kebutuhan air panas domestik ke seluruh rumah.”
Para peneliti mengembangkan praktik terbaik untuk membuat rumah empat kali lebih hemat energi dibandingkan metode tradisional dengan menggunakan pompa panas, yang mengubah listrik yang dihasilkan sinar matahari yang ditangkap oleh panel surya di atas rumah menjadi panas. Panas ini disimpan dalam baterai termal untuk digunakan di masa mendatang. Para peneliti bertujuan untuk menunjukkan bahwa teknologi ini sepenuhnya terukur, aman, dan yang terpenting, dapat dipasang di rumah-rumah yang ada dengan sedikit modifikasi.
“Tujuannya adalah untuk membuktikan efektivitas sistem ini selama satu tahun, dengan tujuan akhir menghilangkan kebutuhan bahan bakar fosil untuk pemanas rumah,” kata Rana, seorang mahasiswa teknik elektro. “Setelah divalidasi, kami ingin memperluas sistem ini ke rumah-rumah lain di Kanada, dan pada akhirnya di seluruh dunia.”
Para peneliti menangkap listrik yang dihasilkan sinar matahari dengan panel surya di atas rumah, mengubahnya dengan pompa panas dan menyimpannya dalam baterai termal untuk digunakan di masa depan. (Steve Anderson)
Rana melengkapi rumah barunya dengan kabel dan sensor untuk melacak dan memprediksi penggunaan energi, efisiensi, dan penghematan biaya – data yang dia dan Crncich, pembangun rumah yang juga tinggal di rumah yang sedang diteliti, dapat dipantau secara real-time di perangkat seluler dan komputer pribadi mereka dengan aplikasi yang mudah digunakan.
“Kita mempunyai peluang unik untuk menciptakan dan mengonsumsi energi di rumah kita dan sangat menarik untuk melihat, baik sebagai pemilik maupun pembangun, bagaimana keduanya seimbang,” kata Crncich. “Saya pikir banyak pemilik rumah tidak menyadari konsumsi mereka dan hal ini sangat penting untuk keberlanjutan, karena mengetahui peran yang Anda mainkan dalam konsumsi dan produksi energi untuk rumah Anda.”
Untuk mendapatkan lebih banyak data, Rana memantau rumah kedua yang dibangun oleh Crncich (model serupa dan terletak di subdivisi Komoka yang sama) yang tidak dilengkapi dengan baterai termal terintegrasi dan sistem PV surya, untuk membandingkan rumah yang sepenuhnya dialiri listrik dengan rumah tradisional Kanada yang menggunakan jaringan listrik dan pasokan gas alam.
'Mengalirkan' rumah kita
Meskipun pompa panas dan baterai termal cukup umum di AS, persetujuan peraturan untuk kedua sistem tersebut relatif baru di Kanada. Hal ini memperburuk masalah energi, karena memanaskan rumah di utara perbatasan sangatlah mahal.
“Sayangnya, banyak rumah di Kanada yang tidak memenuhi standar terkini, apalagi dilengkapi dengan teknologi fotovoltaik tercanggih,” kata Pearce. “Kedua, kebanyakan orang memanaskan rumah mereka dengan gas alam atau pemanas ruangan listrik, yang sangat tidak efisien, dan merugikan secara finansial karena Ontario mengalami kenaikan harga listrik berulang kali. Demikian pula, harga gas alam berfluktuasi, namun tenaga surya memberikan perlindungan terhadap inflasi energi.”
Shafquat Rana (Steve Anderson)
Pearce mengatakan 'listriki' rumah adalah jalan utama menuju keberlanjutan jangka panjang di Kanada dan di seluruh dunia.
“Jika kita dapat menggunakan sumber energi terbarukan seperti tenaga surya untuk menyediakan listrik bagi rumah kita dan kemudian mentransfer energi tersebut ke pompa panas, untuk setiap satu unit energi listrik, kita mendapatkan tiga unit panas, sehingga efisiensinya 300 persen atau lebih,” kata Pearce. “Ini hanyalah cara yang jauh lebih efisien untuk memanaskan rumah Anda.”
Rana mengatakan pendekatan baru terhadap produksi dan konsumsi energi ini lebih dari sekadar memberikan kenyamanan – dan tagihan listrik yang lebih rendah – bagi pemilik rumah. Ini tentang menyelamatkan planet ini. Rana menunjukkan dalam penelitiannya baru-baru ini bahwa Kanada tidak mengembangkan energi terbarukan dengan cukup cepat untuk memenuhi komitmen iklim.
“Perubahan iklim adalah hal yang nyata, dan kita membutuhkan semua orang di planet ini untuk melakukan upaya kecil sekalipun untuk melawannya,” kata Rana. “Dekarbonisasi sektor perumahan merupakan hal yang mudah dicapai dan dapat dilihat oleh semua orang. Integrasi pengaturan berkelanjutan ini pada rumah-rumah di Kanada, terutama yang baru, dapat membantu kita mengurangi emisi karbon Kanada secara signifikan guna mengatasi dampak global perubahan iklim.”
