A. LANDASAN TEORI
Konstruksi hijau atau green construction merupakan konsep proses konstruksi yang ramah terhadap lingkungan dan efisiensi terhadap penggunaan energy serta rendah biaya atau low cost construction. Hal ini di dukung sesuai dengan kesepakatan yang tercantum pada FESA – Förderverein Energie- und Solaragentur Regio Freiburg (Asosiasi pengembangan energy dan sel surya di Freiburg). Konsep konstruksi hijau yang dimansudkan yaitu konsep Plus Energy dimana mengedepankan keseimbangan energi positif. Konsep Plus Energy merupakan gagasan yang dicanangkan oleh seorang arsitek asal Jerman yaitu Rolf Disch, yang mengembangankan bangunan Heliotrope di Freiburg, Jerman.
Untuk mencapai keseimbangan energi positif (PlusEnergy) dapat memanfaatkan berbagai teknik dalam meminimalkan penggunaan energi dan memaksimalkan pembangkit energi terbarukan. Konsep PlusEnergy bertujuan untuk pasif dalam memancarkan CO2. Sebagai contoh dalam konsep energy positif, yaitu jendela yang menghadap arah utara dan selatan. Dimana jumlah sinaran matahari yang memungkinkan untuk menyinari bangunan / menembus struktur bangunan dapat menghilangkan kebutuhan untuk penggunaan energi dari bola lampu di siang hari dan secara bersamaan menangkap kehangatan. Tiga lapisan jendela dengan spesifikasi (U-value = 0,7) dapat menangkap panas di dalam, sehingga yang lebih banyak panas yang masuk daripada yang keluar. Dengan penambahan isolasi yang sangat efisien, kondisi struktur dimalam hari menjadi lebih hangat tanpa perlu pemanasan. Sebuah perbedaan penting antara pasif energi dan PlusEnergy adalah memungkinkan PlusEnergy untuk mengkonsumsi energy sehari-hari tanpa pengorbanan pembebanan biaya penggunaan energy yang dibutuhkan. PlusEnergy dibangun secara eksklusif dengan berkelanjutan bahan bangunan alam yang sesuai dengan standar pasif energi dengan mengutamakan keseimbangan energi positif.

B. PEMBAHASAN
a. Definisi Heliotrope
Heliotrope merupakan konsep bangunan PlusEnergy pertama di dunia yang berbentuk prisma segi-n(*6≤n≥18) dengan berkolom pusat serta atap panel surya yang mempunyai mekanisme gerak putar sesuai letak sumber surya. Dalam bahasa Yunani, heliotrope mempunyai arti yaitu berbalik kearah matahari (1913 – Webster). Selain istilah heliotrope juga merupakan nama sebuah bunga dan instrument survei tanah serta nama lain dari mineral yaitu bloodstone. Heliotrop ini mempunyai dua buah bangunan yaitu heliotrope dan bangunan penyokong dibawahnya yang berfungsi sebagai kapasitor, pengaturan sensor dalam melacak sinar matahari dan menggerakan layar kearah matahari serta mengatur distribusi sistem diatur oleh komputer. Bangunan penyokong ini biasanya dibuat seperti tertutup atau terkubur di bawah permukaan tanah. Sehingga sedikit tidak terlihat dan mempunyai bentuk menyerupai sebuah bukit.

Gambar 1 Heliotrope di Freiburg, Jerman

b.Desain struktur dan aplikasi Heliotrope

Bangunan heliotrope pertama kali di bangun di Freiburg, Jerman pada tahun 1994 oleh arsitek jerman bernama Rolf Disch. Struktur kolom utama heliotrope mempunyai fungsi sebagai penyalur beban terhadap struktur keseluruhan dan fungsi mekanisme rotasi. Heliotrope ini mempunyai tinggi kolom 14 m dan diameter 2,9m yang berisi instalasi listrik dan tangga spiral. Serta struktur kerangka mempunyai bahan dasar dari kayu cemara. Dengan desain spiral 18-persegi circumferentially kerangka diatur dengan menyusun kerangka secara bertingkat dari kecil ke besar sehingga semua kerangka beserta kolom saling berhubungan. Semua tingkat utama dicapai melalui tangga spiral, sehingga efisiensi tata ruang efektif dan meniadakan bagian ruang koridor yang tidak perlu.

Gambar 2 Kerangka kolom utama pada Heliotrope di Freiburg, Jerman dan Konstruksi kerangka dan kolom utama pada Heliotrope

Eksterior pada ke-18 sisi – sisiny  sebagian besar terdiri dari jendela triple-slide, seluruh rumah dirancang untuk memutar sehingga jendela terbuka sepenuhnya pada “depan” rumah yang diposisikan untuk mendapatkan keuntungan matahari maksimum selama musim dingin, sedangkan selama musim panas yang “belakang” dari silinder, yang dilengkapi dengan balkon yang juga berfungsi sebagai darurat dan nuansa matahari, diputar ke arah matahari untuk meminimalkan mendapatkan solar. Dan dalam kondisi normal bangunan berputar 15 derajat tiap satu jam untuk mengikuti matahari.

 Gambar 3 Efisiensi pencahayaan jendela pada Heliotrope

Kolom utama pendukung dipasang pada gigi cincin/gir penggerak dan dijalankan oleh motor listrik tegangan rendah yang memungkinkan bangunan untuk memutar terbaik untuk mengorientasikan dirinya untuk matahari. Matahari menghadap sisi bangunan hampir sepenuhnya dihadapi dalam tiga lapis kaca 0,5 U. Bagian lainnya sangat terisolasi dari cahaya sehingga digunakan bahan opak (U 0,12) untuk mencegah hilangnya panas melalui non matahari menghadap samping bangunan. Konfigurasi ini menjamin bahwa jumlah maksimum keuntungan matahari yang diserap melalui fasad di sisi cerah dan bahwa kerugian minimal terjadi melalui fasad kembali.

Gambar 4 Kolom utama dan gir rotasi pada Heliotrope

Solar panel atau disebut juga panel surya merupakan sumber utama pemanfaatan energy pada bangunan heliotrope ini. Sebuah panel surya terpasang pada atap bangunan heliotrope sebesar 54 m2, yang terdiri dari 60 modul silikon monocrystalline (Siemens M 110 L) – berdaya 6.6 kW (1000 W / m², 25 ° C). Kolektor tabung vakum seluas 34,5 m2, berfungsi untuk air-panas dan pemanas.

Gambar 5 Panel surya pada Heliotrope di Freiburg, Jerman

Panel surya dikendalikan komputer secara otomatis untuk melacak matahari dan memiliki factor keamanan untuk angin sebesar 5. Prinsip kerja sel surya yaitu berdasarkan konsep semikonduktor p-n junction, dimana setiap sel mempunyai lapisan semikonduktor tipe-n dan tipe-p yang membentuk p-n juction, lapisan antirefleksi, substrat logam pengalir arus dari lapisan tipe-n dan tipe-p. Semikonduktor tipe-n didapat dengan mendoping silikon (gol.v sehingga kelebihan elektron valensi dibanting atom sekitar). Dan semikonduktor tipe-p  didoping dengan golongan iii sehingga jumlah elektron valensi defisit satu dibanding atom sekitar. Apabila terjadi kontak dengan berlebih atau defisitnya muatan maka akan membentuk p-n junction dan disalurkan melalui kontak logam maka terbentuklah dioda. Muatan-muatan tersebut menyebabkan beda potensial maka arus akan mengalir.

Gambar 6 Dapur Heliotrope di Freiburg, Jerman

Selain menggunakan sel surya sebagai sumber energy utama, heliotrope ini juga mengadopsi system pemanfaatan air limbah alam/hujan untuk mencuci dan pengolahan sampah serta kotoran kering dengan menggunakan metode pengomposan. Konsep air limbah alam ini dimurnikan dalam kolam penampung bertingkat di luar bangunan. Air yang sudah murni lalu di salurkan untuk kebutuhan mencuci.

Gambar 7 Heliotrope di Freiburg, Jerman

Pengolahan sampah dengan pengomposan merupakan metode alami mengurai kotoran kering dan sampah-sampah organic menjadi kompos yang bisa dimanfaatkan kembali. Yaitu sebagai pendukung tambahan bagi pertumbuhan tanaman serta resapan air.

c. Kelebihan Heliotrope dibandingkan rumah panel surya biasa

       Gambar 8 Heliotrope di Freiburg, Jerman

Berdasarkan sumber dari penggagas sekaligus arsitek Heliotrope Rolf Disch, konsep panel surya berputar merupakan efisiensi dari radiasi penyerapan energy elektromagnetik matahari terhadap rentang penyinaran matahari. Efisiensi yang dihasilkan dari penggunaan konsep layar berputar sebesar 6X lebih banyak dari 5 rumah solar panel biasa yang hanya menghasilkan penghematan 36kWh dari total 115kWh per tahunnya (30-40%). Hal ini dikarenakan fungsi panel surya yang dapat bergerak menyesuaian arah dan daya radiasi maksimum  matahari.

by Muhammad Rizal Arsyad (my sweet heart)