Final : Hasil Optimalisasi Energi Penerangan Rumah Berdasarkan Perilaku Kolektif Burung saat Mencari Makanan

Setelah algoritma Particle Swarm Optimization (PSO) dijalankan dengan berbagai parameter dan data karakteristik ruangan, kini kita sampai pada tahap yang paling dinantikan yaitu meninjau hasil dari proses optimasi tersebut. Artikel ini akan membahas secara detail bagaimana PSO menghasilkan optimalisasi berupa rekomendasi kombinasi daya lampu yang ideal untuk setiap ruangan dalam rumah dengan terpenuhinya standar pencahayaan tanpa pemborosan energi. Dengan meniru kecerdasan kolektif seperti kawanan burung dalam menentukan arah terbaik saat mencari makanan, algoritma ini berhasil mengidentifikasi solusi pencahayaan yang tidak hanya efisien tetapi juga realistis untuk diterapkan. Melalui analisis hasil optimasi, kita akan melihat bagaimana algoritma kode sebelumnya 'belajar' dari setiap iterasi dan pada akhirnya menemukan titik terbaik antara terang dan hemat daya.

A. Pemilihan Lampu Pengganti

Berdasarkan penelitian sebelumnya tentang pencahayaan hemat energi, transisi dari Lampu Fluoresen Kompak (CFL) ke Dioda Pemancar Cahaya (LED) telah dianalisis secara ekstensif untuk meningkatkan efisiensi dan keberlanjutan energi. CFL pada awalnya diperkenalkan sebagai alternatif yang lebih efisien untuk lampu pijar, yang secara signifikan mengurangi konsumsi energi dan biaya operasional. Namun sekarang kemajuan dalam teknologi LED telah menunjukkan kinerja yang jauh lebih unggul seperti umur yang panjang, dan manfaat lingkungan. Sehingga LED menjadi pilihan yang lebih disukai untuk solusi pencahayaan modern.

Perbandingan lampu LED dengan Lampu Fluoresen Kompak (CFL) dan lampu tabung fluoresen menyoroti perbedaan utama dalam hal efisiensi energi, dampak lingkungan, efektivitas biaya, dan performa. CFL pada awalnya dipromosikan sebagai alternatif hemat energi untuk lampu pijar, dengan menawarkan efektivitas sekitar 18% atau lebih [1]. Namun, lampu LED telah muncul sebagai pilihan pencahayaan yang paling efisien, hanya menggunakan seperlima energi dari lampu pijar dan bertahan lima kali lebih lama dari CFL [2]. LED juga menunjukkan efisiensi cahaya sekitar 23% lebih tinggi daripada lampu tubular neon [3]. Berdasarkan generasi photovoltaik daya aktif dari led, sebuah LED diamati menghasilkan daya 3,7 kali lipat dari CFL, dengan semua fator lainnya dijaga konstan. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa LED 3,7 kali lebih hemat daya daripada sumber cahaya berbasis CFL dengan watt yang sama. [1]. Selain itu, lampu berteknologi LED memberikan manfaat ekonomi jangka panjang yang lebih besar karena efisiensi cahaya yang lebih tinggi dan penyerapan harmonik yang lebih rendah [4]. 

Pada penelitian ini, dipilih beberapa opsi untuk lampu LED hemat energi yang tersedia di pasaran;

B. Hasil Optimalisasi

2025 - 03 - 31 05: 48: 24, 620 - pyswarms.single.global_best - INFO - Optimize for 3000 iters with { 'c1': 1.5, 'c2': 1.5, 'w': 0.5 }
pyswarms.single.global_best: 100 %|██████████| 3000 / 3000, best_cost = 3.13e+4
2025 - 03 - 31 05: 48: 42, 197 - pyswarms.single.global_best - INFO - Optimization finished | best cost: 31313.151858311325, best pos: [0.42387967 0.49995785 0.14419506 0.39158543 4.10916378 0.34271925
 2.59876917 4.09623224 2.11122266 1.163188   1.62708942 2.24782588
 4.29700711 6.43546488 3.79699337 2.03597881 0.46921681 1.09666132
 1.2660181  0.06947284]

  === Hasil Optimasi ===
    Teras 1: Gunakan Lampu 4.0W(800 Lm) - Lux: 182.23 lux
Teras 2: Gunakan Lampu 4.0W(800 Lm) - Lux: 110.50 lux
Kebun: Gunakan Lampu 4.0W(800 Lm) - Lux: 89.79 lux
Ruangan Jemur: Gunakan Lampu 4.0W(800 Lm) - Lux: 144.14 lux
Ruang Tamu: Gunakan Lampu 20.0W(2000 Lm) - Lux: 195.31 lux
Garasi: Gunakan Lampu 4.0W(800 Lm) - Lux: 95.01 lux
Ruang Tidur 1: Gunakan Lampu 15.0W(1700 Lm) - Lux: 178.01 lux
Ruang Tidur 2: Gunakan Lampu 20.0W(2000 Lm) - Lux: 178.25 lux
Ruang Tidur 3: Gunakan Lampu 7.5W(1500 Lm) - Lux: 190.60 lux
Ruang Tidur 4: Gunakan Lampu 5.0W(1000 Lm) - Lux: 149.25 lux
Ruang Tidur 5: Gunakan Lampu 7.5W(1500 Lm) - Lux: 190.60 lux
Ruang Tidur 6: Gunakan Lampu 7.5W(1500 Lm) - Lux: 200.80 lux
Ruang Keluarga 1: Gunakan Lampu 20.0W(2000 Lm) - Lux: 128.04 lux
Ruang Keluarga 2: Gunakan Lampu 30.0W(3700 Lm) - Lux: 132.95 lux
Ruang Kerja: Gunakan Lampu 20.0W(2000 Lm) - Lux: 254.13 lux
Ruang Dapur + Cuci: Gunakan Lampu 7.5W(1500 Lm) - Lux: 155.93 lux
Musholla: Gunakan Lampu 4.0W(800 Lm) - Lux: 252.37 lux
Kamar Mandi 1: Gunakan Lampu 5.0W(1000 Lm) - Lux: 314.47 lux
Kamar Mandi 2: Gunakan Lampu 5.0W(1000 Lm) - Lux: 229.89 lux
Gudang: Gunakan Lampu 4.0W(800 Lm) - Lux: 203.05 lux

Total Daya Optimal: 198.0 Watt

Optimalisasi penggunaan lampu menggunakan metode Particle Swarm Optimization (PSO) menghasilkan penurunan konsumsi daya yang signifikan dari total daya awal sebelum optimasi sebesar 540 Watt menjadi hanya 198 Watt. Pengurangan daya ini dicapai tanpa mengorbankan tingkat pencahayaan yang dibutuhkan untuk setiap ruangan, yang telah disesuaikan dengan standar lux yang direkomendasikan. Dengan pemilihan lampu yang lebih efisien, seperti Philips Led Ultra Efficient dan Philips RadiantLine Led Bulb, konsumsi energi dapat ditekan sambil tetap memberikan pencahayaan optimal sesuai dengan fungsi masing-masing ruangan.

Dari hasil optimasi, ruang tamu yang sebelumnya menggunakan lampu 25W kini hanya memerlukan lampu 20W dengan tingkat pencahayaan 195,31 lux. Ruang kerja yang sebelumnya mengandalkan lampu 35W kini cukup dengan lampu 20W tetapi tetap memberikan pencahayaan optimal sebesar 254,13 lux. Selain itu, kamar mandi yang biasanya memerlukan lampu 10W dapat dikurangi menjadi 5W tanpa mengurangi pencahayaan yang diperlukan. Penyesuaian ini membuktikan bahwa pemilihan daya lampu yang lebih rendah tidak selalu berarti pengurangan kualitas pencahayaan jika menggunakan lampu dengan lumen yang lebih tinggi dan lebih efisien.

Selain menurunkan konsumsi daya, optimasi ini memastikan bahwa setiap ruangan memperoleh pencahayaan yang sesuai dengan fungsinya. Misalnya, musholla mendapatkan pencahayaan sebesar 252,37 lux dengan hanya menggunakan lampu 4W, sementara kamar mandi 1 yang memerlukan pencahayaan lebih tinggi mencapai 314,47 lux dengan lampu 5W. Ruang tidur juga mengalami pengurangan daya yang signifikan, dari yang sebelumnya menggunakan lampu 20W per ruangan menjadi 7,5W atau 5W, dengan tetap memenuhi standar kenyamanan pencahayaan.

C. Penghematan Energi

Hasil optimasi penggunaan lampu dengan metode PSO menunjukkan penghematan energi yang signifikan dalam konsumsi daya listrik. Sebelum dilakukan optimasi, total konsumsi energi dalam satu bulan mencapai 84,75 kWh, dengan biaya yang harus dikeluarkan sebesar Rp112.293,75. Setelah penerapan optimasi, konsumsi energi berhasil ditekan menjadi 39,33 kWh per bulan, yang berarti terjadi pengurangan konsumsi sebesar 45,42 kWh atau sekitar 53,6%. Pengurangan ini berdampak langsung pada biaya listrik bulanan yang turun menjadi Rp52.112,25, menghasilkan penghematan sebesar Rp60.181,50 setiap bulan.

Optimasi ini dicapai dengan mengganti lampu yang sebelumnya memiliki daya lebih tinggi dengan lampu yang lebih efisien tanpa mengorbankan standar pencahayaan yang diperlukan di setiap ruangan. Contohnya, lampu pada ruang keluarga 2 yang sebelumnya menggunakan daya 55W berhasil diganti dengan lampu 30W tanpa mengalami penurunan pencahayaan yang signifikan. Selain itu, lampu di teras, kebun, dan ruangan jemur yang sebelumnya menggunakan daya 10W kini cukup menggunakan 4W dengan tetap memenuhi kebutuhan pencahayaan. Efisiensi ini membuktikan bahwa dengan pendekatan berbasis optimasi, penggunaan daya listrik dapat diminimalkan tanpa mengurangi kenyamanan dan fungsi pencahayaan di dalam rumah.

Setelah dilakukan simulasi pengurangan konsumsi energi sebesar 45,42 kWh dari total awal 195 kWh, diperoleh angka konsumsi energi bulanan baru sebesar 149,58 kWh. Dengan luas bangunan yang tetap yaitu 180,09 m², nilai IKE yang baru menjadi 0,83 kWh/m²/bulan atau sekitar 9,96 kWh/m²/tahun. Penurunan ini menunjukkan adanya potensi penghematan energi yang signifikan apabila langkah-langkah konservasi energi diterapkan secara konsisten. Bila dibandingkan dengan standar klasifikasi IKE menurut Permen ESDM No. 3 Tahun 2025, nilai ini tetap berada jauh di bawah ambang batas kategori “Sangat Efisien”, yakni 70 kWh/m²/tahun untuk bangunan berukuran di bawah 5000 m².

D. Perhitungan Payback Period

Sehingga total biaya investasi adalah Rp1.545.500,00, dengan penghematan bulanan sebesar Rp60.181,50. Waktu yang dibutuhkan untuk menutupi biaya investasi dapat dihitung dengan rumus;

Waktu pengembalian = Total Investasi ÷ Penghematan Bulanan

Waktu pengembalian = Rp1.545.500,00 ÷ Rp60.181,50 ≈ 25,68 bulan

Artinya, dalam waktu sekitar 26 bulan atau sedikit lebih dari dua tahun, biaya yang dikeluarkan untuk penggantian lampu akan kembali melalui penghematan biaya listrik bulanan. Setelah periode ini, rumah tangga akan terus menikmati penghematan biaya listrik secara langsung tanpa tambahan investasi. Dengan masa pakai lampu LED yang jauh lebih lama dibandingkan CFL atau lampu pijar, penghematan ini akan semakin besar dalam jangka panjang.

Penurunan konsumsi daya yang berhasil dicapai dari 540 Watt menjadi hanya 198 Watt menunjukkan betapa kuatnya potensi penghematan energi dalam sistem pencahayaan rumah tangga. Dengan menerapkan algoritma Particle Swarm Optimization (PSO), setiap ruangan kini tidak hanya mendapatkan pencahayaan yang sesuai standar namun juga memperhatikan efisiensi energi secara keseluruhan.

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa PSO memungkinkan kita untuk menyelesaikan masalah pencarian solusi terbaik di antara banyak kemungkinan. Dalam konteks penghematan energi penerangan, PSO dapat digunakan untuk menentukan jenis lampu yang paling efisien untuk tiap ruangan berdasarkan luas dan standar intensitas cahaya (lux). Dengan kata lain, algoritma ini dapat "belajar" dari percobaan-percobaan sebelumnya seperti burung yang belajar dari rekan-rekannya untuk secara kolektif menemukan kombinasi lampu yang memenuhi standar pencahayaan namun dengan konsumsi daya serendah mungkin.

Dengan meniru cara burung berinteraksi dalam kelompok untuk menemukan sumber makanan terbaik, kita dapat menerapkan strategi serupa dalam menyusun sistem penerangan yang lebih efisien dan hemat energi. Melalui metode Particle Swarm Optimization (PSO), setiap kombinasi atau pilihan lampu dianalisis secara kolektif untuk memenuhi kebutuhan pencahayaan tanpa membuang energi secara berlebihan.

Literatur Pendukung

[1] H. Mubarak and S. B. A. Kashem, “Comparison of different energy saving lights using solar panel,” Frontiers in Energy, vol. 10, no. 4, pp. 466–472, Nov. 2016, doi: 10.1007/s11708-016-0417-7.

[2] K. Mohd. M. Hasan, M. S. Rahman, and Md. A. Rafiq, “Experimental analysis of harmonic and power factor for various lighting loads,” in 2017 3rd International Conference on Electrical Information and Communication Technology (EICT), IEEE, Dec. 2017, pp. 1–5. Accessed: Apr. 02, 2025. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/eict.2017.8275229

[3] R. V. A. Monteiro, B. C. Carvalho, A. B. de Vasconcelos, F. N. de Lima, A. L. A. da Fonseca, and T. I. R. de Carvalho Malheiro, “LED tubular lamps and tubular fluorescent: Power quality,” in 2014 16th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), IEEE, May 2014, pp. 400–404. Accessed: Apr. 02, 2025. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/ichqp.2014.6842778

[4] M. Usman, M. M. Rahman, and F. Shahnia, “Impact of Supply Voltage Variation on the Power Quality and Consumption of CFL and LED Lamps,” in 2018 Australasian Universities Power Engineering Conference (AUPEC), IEEE, Nov. 2018, pp. 1–6. Accessed: Apr. 02, 2025. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/aupec.2018.8757899