Tenaga Surya untuk AI di Kota: Pendekatan Seorang Insinyur dalam Mengatasi Beban Penggunaan Energi

Gambaran permintaan energi, dengan angka yang konkret

Laporan IEA (International Energy Agency) “Electricity 2024” memperkirakan bahwa pada tahun 2022, pusat data, sistem AI, dan aktivitas penambangan mata uang kripto mengonsumsi sekitar 460 TWh energi, yang merupakan sekitar 2% dari total konsumsi energi global. Laporan tersebut memproyeksikan bahwa jumlah tersebut dapat melebihi 1.000 TWh pada tahun 2026, angka yang setara dengan konsumsi energi tahunan Jepang. Kami mengutip laporan ini daripada angka pertumbuhan yang tidak memiliki sumber yang jelas, karena asal-usul data tersebut sangat penting dalam menentukan keakuratan informasi.

Kelas 1: Pusat data – di mana sistem PV+penyimpanan bermanfaat, dan di mana tidak

Untuk pusat data, sistem PV (solar photovoltaic) plus penyimpanan energi berperan dalam tiga hal utama:

1. Pengurangan puncak beban listrik (Peak shaving) : Mengosongkan baterai selama periode permintaan dan pengisian daya listrik untuk mengurangi biaya tagihan yang terkait dengan puncak beban listrik.
2. Pengisian daya pada saat beban rendah (Valley filling) : Mengisi ulang baterai menggunakan energi dari panel surya pada siang hari, ketika produksi listrik melimpah dan harganya murah.
3. Pemeliharaan pasokan listrik selama gangguan jaringan (Ride-through) : Memastikan bahwa beban penting tetap mendapatkan pasokan listrik selama terjadi gangguan pada jaringan listrik.

Namun, sistem ini tidak dapat menggantikan kapasitas listrik yang diperlukan untuk beban yang berlangsung secara terus-menerus (continuous load). Untuk memenuhi kebutuhan kapasitas listrik sebesar 1 MW, diperlukan array panel surya dengan kapasitas besar serta sistem penyimpanan energi yang mampu menyimpan energi dalam jumlah besar (dalam satuan MWh). Dalam praktiknya, jaringan listrik atau perjanjian pembelian listrik tetap menjadi sumber pasokan utama. Jika ada proposal proyek yang menyatakan “sistem surya menggerakkan pusat data”, mintalah penjelasan matematis terkait faktor kapasitas (capacity factor) sebelum menandatangani dokumen proyek tersebut.

Kelas 2: Wilayah perkotaan – di mana sistem surya mandiri merupakan solusi yang tepat

Di wilayah perkotaan, penggunaan sistem surya mandiri merupakan solusi yang alami dan efektif.

Beban listrik yang terjadi pada perangkat keras tersebut sangat kecil. Sebuah kamera lalu lintas hanya mengonsumsi daya sekitar beberapa watt, tiang lampu jalan pintar mengonsumsi daya 10–60 watt selama malam hari, dan node sensor hanya mengonsumsi daya di bawah satu watt. Beban listrik ini tergolong rendah, dan perangkat-perangkat tersebut umumnya ditempatkan di lokasi-lokasi di mana pembuatan saluran listrik (trenching) sangat mahal, serta proses perizinan untuk koneksi ke jaringan listrik memakan waktu berbulan-bulan. Untuk perangkat-perangkat ini, sumber daya listrik berbentuk arus searah (DC) yang disimpan dalam baterai sudah lebih dari cukup. Penggunaan sistem tenaga surya (PV) yang dikombinasikan dengan sistem penyimpanan daya bukanlah sebuah kompromi; justru itu merupakan solusi yang tepat.

Metode penentuan ukuran perangkat yang kami terapkan adalah sebagai berikut:

1. Perbaiki terlebih dahulu beban yang digunakan. Total daya panel surya × jam operasi per malam, ditambah dengan tambahan sebesar 10–20% untuk biaya kontrol dan komunikasi, karena angka yang tercantum pada label panel seringkali kurang akurat.
2. Pilih ukuran panel surya berdasarkan bulan dengan kondisi terburuk, bukan rata-rata tahunan. Gunakan bulan dengan jumlah jam sinar matahari paling sedikit, dan hitung daya panel dengan faktor pengurangan (derate) sebesar 0,75–0,85 untuk memperhitungkan faktor-faktor seperti kotoran pada panel, suhu, kabel, dan kerugian akibat penggunaan kontroler. Jika ukuran panel dihitung berdasarkan rata-rata tahunan, sistem akan sering mengalami masalah pada bulan Desember.
3. Pilih ukuran baterai sesuai dengan target waktu operasi tanpa listrik dari sumber lain. Rentang waktu operasi yang diinginkan (3–5 hari) perlu dipertimbangkan saat memilih kapasitas baterai. Untuk iklim dengan musim dingin yang panjang atau musim hujan, kapasitas baterai perlu lebih besar. Rumus untuk menghitung kapasitas baterai: Kapasitas baterai = Jumlah hari operasi tanpa listrik × Daya yang dibutuhkan per malam (dalam Wh) ÷ Tingkat pengosongan baterai yang diperbolehkan (0,8–0,9 untuk baterai jenis LiFePO4).
4. Pilih kontroler yang sesuai dengan panel surya yang digunakan. Panel surya modern dengan daya tinggi (high-Wp) yang terhubung ke sistem baterai bertegangan 12/24 V memerlukan kontroler tipe MPPT (Maximum Power Point Tracking). Aturan pemilihan kontroler dapat dilihat di panduan kami MPPT vs PWM, dan kalkulator untuk menentukan ukuran kontroler dapat digunakan di /app-a7-controller-sizing.

Generasi listrik terdistribusi pada bangunan perkotaan

Panel surya (PV) yang dipasang di atap dan dinding gedung perkantoran serta pusat perbelanjaan terlebih dahulu digunakan untuk memasok energi ke sistem kecerdasan buatan (AI) yang ada di dalam gedung tersebut. Klaim mengenai efisiensi penggunaan energi tersebut tetap valid setelah asumsi-asumsi yang mendasarinya diperhitungkan dengan cermat. Sebuah gedung komersial berukuran sedang yang seluruh atapnya digunakan untuk pemasangan panel surya (misalnya, dengan luas area yang dapat digunakan sekitar 1.000 meter persegi dan kekuatan panel surya sekitar 150 watt per meter persegi) dapat menghasilkan sekitar 150 kilowatt-pikowatt (kWp) energi listrik. Dengan tingkat efisiensi penghasilan energi sekitar 1.200–1.500 kilowatt-jam per kilowatt-pikowatt per tahun (tergantung lokasi), gedung tersebut dapat menghasilkan total energi sekitar 180.000–225.000 kilowatt-jam per tahun. Manfaat sebenarnya tidak hanya terletak pada aspek energi, tetapi juga pada aspek struktural: karena pembangkit listrik berada tepat di dekat tempat penggunaan energi, maka kerugian selama proses transmisi energi berkurang, dan gedung tersebut dapat mengatur penggunaan energinya sesuai dengan pola produksi energi dari panel surya.

Pembangkit listrik terpusat dan jaringan listrik

(Please note: The last sentence seems to be a continuation of the discussion about the benefits of PV systems, but it’s not directly translated as it’s more of a general statement about centralized power plants and grids.)

Pembangkit listrik berskala besar yang terletak di pinggiran kota langsung menyuplai listrik ke jaringan listrik perkotaan, dengan sistem penyimpanan energi yang berada di sisi jaringan tersebut yang berfungsi untuk menyalurkan energi surya ke saat-saat puncak permintaan listrik yang dihasilkan oleh teknologi kecerdasan buatan (AI). Pihak yang bertanggung jawab atas koordinasi proses ini adalah operator jaringan listrik, bukan pemilik bangunan, dan pertanyaan-pertanyaan teknis terkait interkoneksi, laju pengaliran energi, serta pengurangan produksi listrik (curtailment) menjadi bagian dari pembicaraan tersebut. Kami menyebutkan hal ini karena dokumen proyek seringkali mencampuradukkan kedua skala tersebut menjadi satu narasi yang menyatakan bahwa proyek tersebut merupakan proyek “penggunaan energi surya untuk keperluan AI”. Padahal, keduanya merupakan proyek yang berbeda.

Apa yang tidak dibahas di halaman ini:

Halaman ini membahas konsep-konsep dan arsitektur perangkat tepi (edge devices) yang terkait dengan penggunaan energi surya bersama sistem penyimpanan energi untuk beban listrik perkotaan yang terkait dengan teknologi AI. Halaman ini tidak membahas desain fasilitas pusat data (data center EPC), studi mengenai interkoneksi dengan jaringan listrik, atau optimisasi tarif listrik; hal-hal tersebut merupakan aspek khusus dari masing-masing proyek. Untuk penerapan lampu jalan yang menggunakan teknologi ini, produk kami yang berupa lampu jalan surya all-in-one jalan surya all-in-one merupakan perangkat keras yang digunakan. Selain itu, aspek ekonomi dari penggunaan energi surya, terutama dalam mengurangi beban puncak permintaan listrik, tergantung pada tarif listrik yang berlaku, bukan pada teknologinya sendiri. Oleh karena itu, sebaiknya Anda merancang jadwal tarif listrik terlebih dahulu sebelum merancang sistem penyimpanan energi (baterai).