prototype pembangkit listrik tenaga matahari untuk

Prosiding SENATEK 2015 Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Purwokerto
Purwokerto, 28 November 2015, ISBN 978-602-14355-0 -2
PROTOTYPE PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MATAHARI UNTUK
LAMPU PENERANGAN UMKM YANG SERING TERGANGGU KONDISI
LISTRIK TIDAK STABIL DARI PLN DI MAGELANG
Wijaya Widjanarka Natasaputra*, Sukris Sutiyatno
Manajemen Informatika STMIK Bina Patria Magelang
Jl. Raden Saleh No.2 Magelang
*email: [email protected]
ABSTRAK
Penelitian ini membuat prototipe pembangkit listrik energi matahari, yang dapat
bermanfaat untuk penduduk yang belum menikmati listrik. Permasalahan adalah
naiknya harga bbm dan gas, menjadikan terpuruknya industri atau umkm. Kelangkaan
pasokan juga menjadi penyebabnya masyarakat tertinggal (miskin). Beberapa daerah
yang sudah dipasang jaringan listrik PLN, tetapi pasokan listrik tersendat. Di daerah
kota Magelang memiliki potensi kekayaan alam yang melimpah, dalam hal ini sinar
matahari yang cukup kuat dan terus-menerus sepanjang hari. Metode penelitiannya
eksperimental. Prototipe ini, bersifat mandiri (stand alone). Panel solar sel, jenis
polycrystalin. Batere penyimpan accu Pb 12 Volt / 60 Ah. Dilengkapi dengan rectifier,
inverter, sistem pengaturan dan protector. Listrik yang dihasilkan pembangkit ini
sebesar 220 Volt AC/60Hz. Tidak pernah terputus, meskipun panel solar tidak diterpa
sinar matahari karena langit mendung atau malam hari. Berdasarkan hasil penelitian
intensitas kuat cahaya sinar matahari pada siang hari sebesar rata-rata 66.324 lux
selama 6 jam (jam 10.00 WIB – 15.00 WIB) menghasilkan daya 20 watt. Pada sore
hari 30.000 lux selama 2 jam (jam 10.00 WIB – 15.00 WIB) menghasilkan daya yang
dihasilkan 14,256 Watt. Jadi perbandingannya siang dengan sore adalah 20 Watt :
14,256 Watt = 0,7128. Lampu yang digunakan berdaya 5-10 watt,
digunakansetidaknya selama 6 jam (jam 17,00 WIB – 23.00 WIB).
Keywords: listrik tersendat, photovoltaic cell, polycrystalin, stand alone, umkm-pkl,
20 Watt : 14,256 Watt = 0,7128.
PENDAHULUAN
Sinar matahari adalah sumber daya alam yang selalu tersedia setiap musim secara melimpah dan ada
disetiap tempat di daerah Jawa Tengah, seperti pantai, dataran rendah, dataran tinggi, bukit dan pegunungan.
Energi matahari adalah energi yang terbarui (renewable) artinya selalu ada, tidak pernah habis, dan tersedia
secara cuma-cuma seperti halnya matahari. Berbeda dengan energi yang berasal dari bahan bakar minyak
atau bbm, yang persediannya pada suatu saat nanti diramalkan akan habis. Menurut Solarex (1985), dalam
setahun rata-rata 4,26 jam sehari. Dalam 1 meter persegi energi matahari yang ada di permukaan bumi
bagian katulistiwa besarnya 1000 watt. Kelebihan lain dari energi terbarui seperti energi matahari adalah
ramah lingkungan karena tidak menghasilkan limbah, polusi, atau sampah.
Ironisnya, kehidupan penduduk yang tinggal di daerah yang berlimpah sumber daya alamnya tersebut
kondisinya memprihatinkan, usahanya banyak yang terpuruk. Pelaku usaha mikro, kecil dan menengah
(umkm) dan pedagang kaki lima (pkl) yang mereka tekuni, banyak yang juga terpuruk bahkan gulung tikar
atau bangkrut. Sebab naiknya harga dan kelangkaan bahan bakar minyak (bbm) dan gas atau pasokannya
tidak stabil karena mengganggu distribusi ke beberapa tempat. Hal ini memicu terjadi kenaikan harga.
Banyak penduduk yang belum menikmati listrik karena letaknya yang terpencil jauh dari fasilitas jaringan
listrik PLN. Beberapa daerah yang sudah dipasang jaringan listrik PLN, tetapi pasokan listrik dari PLN
tersendat. Peristiwa ini diumpamakan “seperti ayam mati diatas lumbung padi “. Pemanfaatan sumber daya
alam, dengan cara mengubah energi matahari menjadi energi listrik, dapat menjadi salah satu penyelesaian
permasalahan tersebut diatas. Beberapa penelitian dan studi pendahulu yang sudah dilakukan adalah
memanfaatan solar sel untuk menggerakan pompa air, sehingga dapat mengatasi krisis air bersih di
perkotaan.
Air
yang
telah
dipompa,
digunakan
untuk
berbagai
macam
keperluan
[http://www.youtube.com/watch?v=SRHE1-dyiZs, diunduh 5 April 2014]. Tidak hanya itu saja, tenaga sinar
matahari dapat digunakan untuk berbagai macam keperluan, seperti penerangan, pertanian dan lain-lainnya.
163
Prosiding SENATEK 2015 Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Purwokerto
Purwokerto, 28 November 2015, ISBN 978-602-14355-0 -2
Dimanfaatkan bagi masyarakat yang masih sangat tertinggal yang berada di pelosok di seluruh dunia
[http://www.youtube.com/watch?v=nJxZZOjuQWo, diunduh 5 April 2014].
Dalam penelitian digunakan solar sel (photovoltaic cell). Prinsip dasarnya alat ini bekerja berdasarkan
efek fotovoltaik, artinya solar sel ini yang akan berfungsi mengubah cahaya matahari, menjadi energi listrik
(Solarex, 1985; www.pveducation.org, 2014). Listrik yang dihasilkan pembangkit ini adalah sebesar 220
Volt AC/60Hz (sama dengan PLN). Panel listrik solar sel, yang diuji atau diukur adalah jenis polycrystalin,
dengan efiensi daya 10% . Kapasitas dayanya 20 watt VA / 12 Volt DC. Batere penyimpan adalah accu
basah timbal Pb 45 Ah-60 Ah/12 VDC. Pembangkit ini dilengkapi dengan penyearah (rectifier), pembalik
(inverter), sistem pengaturan PWM dan unit pengaman. Listrik yang dihasilkan pembangkit ini adalah
sebesar 220 Volt AC/60Hz (sama dengan PLN). Listrik yang dihasilkan digunakan untuk penerangan lampu
pijar dan lampu neon dimalam hari. Lampu penerangan yang tidak terganggu kondisi listrik byar-pet dari
PLN.
Proyek percontohan terpasang di instansi Balitbang dan Statistik Kota Magelang. Uji coba pada
warung soto, penjual nasi kucing, mie ayam, dan Pedagang Kaki Lima (PKL) yang lainnya, sehingga meraka
tidak lagi tergantung atau terganggu oleh kelangkaan maupun kenaikan bbm dan gas. Disamping itu dapat
ikut memecahkan masalah pembangunan nasional dalam hal pasokan dan distribusi energi listrik yang tidak
tentu atau stabil aliran listrik dari PLN (kondisi byar-pet), dengan cara mengembangkan teknologi
pembangkit listrik yang tidak menggunakan BBM migas dan non-migas, dalam hal ini mengubah energi
matahari menjadi energi listrik, sebagai metode baru dan alternatif pembangkit energi listrik. Mempersiapkan
pembangkit energi listrik tenaga matahari sebagai energi masa depan dalam rangka pelaksanaan
pembangunan yang berkelanjutan (sustainable development).
METODE PENELITIAN
Jenis Penelitian
Jenis metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimen atau percobaan.
Diagram Alur (Flowchart) Prosedur Penelitian
Bagan alir penelitian ini, adalah sebagai berikut:
MENEMUKAN MASALAH
YANG TERJADI DI MASYARAKAT
SURVEI
PERUMUSAN MASALAH
TUJUAN
PENERAPAN IPTEK
STUDI KASUS
STUDI PUSTAKA
PERCOBAAN
PERANCANGAN DAN
PEMBUATAN ALAT
Bahan dan
materi
PENGUJIAN
Yang ada
pasaran
EVALUASI
SUDAH BERHASIL
TIDAK / BELUM
?
YA / SUDAH
PROYEK PERCONTOHAN
PENERAPAN IPTEKS
Gambar 1: Diagram alur penelitian.
164
Prosiding SENATEK 2015 Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Purwokerto
Purwokerto, 28 November 2015, ISBN 978-602-14355-0 -2
Data dan Variabel Penelitian
Variabel yang diukur adalah; intensitas kuat cahaya (lux) sinar matahari, arus listrik (amper) yang
dihasilkan dan tegangan (volt) dihasilkan.
Bahan dan Alat Penelitian
Pembuatan sistem pembangkit listrik tenaga matahari ini, dengan konstruksi sistem convertible,
sehingga dapat dengan mudah dibawa ke daerah-daerah yang terpencil (terpelosok). Artinya dapat
dibongkar-pasang, dirakit dan dijinjing (dibawa atau dipindah tempat). Dengan demikian daerah yang
terpasang teknologi tepat guna ini, dapat tumbuh dan berkembang baik perekonomiannya, kesejahteraannya
dan kehidupannya. Sistem energi terbaharui ini bersifat mandiri atau berdiri sendiri (stand alone).
Material bahannya terbuat dari besi dan aluminium. Beban listrik adalah lampu penerangan berupa lampu
neon
atau
lampu
TL
(Tube
Lamp/fluorescent
lamp)
dengan
daya
10
watt
[http://en.wikipedia.org/wiki/Fluorescent_lamp, 2014]. Batere penyimpan adalah accu basah timbal Pb 12
Volt /60 Ah. Bahan tiang penyangga terbuat dari bahan besi, tinggi 2 hingga 3 m. Pembangkit ini dilengkapi
dengan penyearah (rectifier), pembalik (inverter), sistem pengaturan PWM dan unit pengaman. Listrik yang
dihasilkan pembangkit ini adalah sebesar 220 Volt AC/60Hz (sama dengan PLN).
Dalam pengujian menggunakan lampu pijar 8 Watt, 16 Watt dan lampu neon.
Gambar 2: Prototype pembangkit listrik tenaga matahari sebagai percontohan,
dengan konstruksi convertible. Beban listriknya lampu neon. Batere accu
Pb 12 Volt/60 Ah. Dilengkapi dengan penyearah (rectifier), pembalik
(inverter), controller PWM dan protector. Listrik yang dihasilkan 220
Volt AC/60Hz (sama dengan PLN).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pewujudan hasilnya berupa prototype sistem pembangkit listrik tenaga matahari, sistem convertible,
sehingga dapat dengan mudah dibawa ke daerah-daerah yang terpencil (terpelosok). Artinya dapat
dibongkar-pasang, dirakit dan dijinjing (dibawa atau dipindah tempat). Dengan demikian dapat dipasang di
daerah yang belum terpasang. Konstruksi pembangkit listrik ini bersifat mandiri atau berdiri sendiri (stand
alone). Solar sel yang diuji dan diukur 1 unit solar sel 20 Watt 12 Volt 1 Amper.
Hasil Pengujian
Pengukuran dilakukan dengan alat ukur kuat cahaya Fluxmeter (Lightmeter) Lutron 1130 LX dan
Multimeter Digital. Variabel yang diukur adalah kuat cahaya (lux), tegangan (volt) dan arus (amper).
165
Prosiding SENATEK 2015 Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Purwokerto
Purwokerto, 28 November 2015, ISBN 978-602-14355-0 -2
Gambar 3: Pengujian dilakukan dengan alat ukur kuat cahaya Fluxmeter
(Lightmeter) Lutron LX-1108 dan Multimeter Digital. Variabel yang
diukur adalah kuat cahaya (lux), tegangan (volt) dan arus (amper).
Berikut ini hasil pengukuran yang dilakukan dengan alat ukur kuat cahaya Fluxmeter (Lightmeter) Lutron
LX-1108 dan Multimeter Digital. Variabel yang diukur adalah kuat cahaya (lux) terhadap arus (amper).
1200
1000
800
600
400
200
0
Series1
0
10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000
Gambar 4: Grafik hasil pengukuran besarnya terpaan cahaya matahari pada panel solar sel
dan arus listrik yang dihasilkan. Panel solar sel kapasitasnya 20 watt 12 volt.
Fluxmeter (Lightmeter) menggunakan Lutron LX-1108 dan Multimeter Digital.
Sedangkan dibawah ini hasil pengukuran yang dilakukan dengan alat ukur kuat cahaya Fluxmeter
(Lightmeter) Lutron LX-1108 dan Multimeter Digital. Variabel yang diukur adalah kuat cahaya (lux) terhadap
tegangan (volt).
25
20
15
Series1
10
5
0
0
Gambar 5:
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
Grafik hasil pengukuran besarnya terpaan cahaya matahari pada panel solar sel
dan tegangan listrik yang dihasilkan. Panel solar sel kapasitasnya 20 watt 12 volt.
Fluxmeter (Lightmeter) menggunakan Lutron LX-1108 dan Multimeter Digital.
Waktu pengujian dilakukan pada jam 10.00 WIB – 15.00 WIB. Pada waktu itu, kekuatan terpaan
cahaya sinar matahari sebesar rata-rata 66324 lux. Pada panel solar sel 20 watt, menghasilkan rata-rata
tegangan 21,5 Volt, arus 1 amper. Jadi kapasitas daya yang dihasilkan 20 Watt. Pada jam tersebut, kuat
cahaya matahari sebesar 3316 lux menghasilkan daya 1 Watt.
Waktu pengujian pada jam 15.00 WIB – 17.00 WIB. Pada waktu itu, kekuatan terpaan cahaya sinar
matahari sebesar rata-rata 30000 lux. Pada panel solar sel 20 watt, menghasilkan rata-rata tegangan 19,8
Volt, arus 0,72 amper. Jadi kapasitas daya yang dihasilkan 14,256 Watt. Pada sore hari, kuat cahaya matahari
sebesar 2104 lux menghasilkan 1 Watt. Jadi perbandingannya siang dengan sore adalah 20 Watt : 14,256
Watt = 0,7128. Kadang-kadang deviasai pengukuran terjadi, karena pada waktu mengukur terdapat asap dari
kebakaran gunung disekitar kota Magelang dan awan.
166
Prosiding SENATEK 2015 Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Purwokerto
Purwokerto, 28 November 2015, ISBN 978-602-14355-0 -2
Berdasarkan hasil penelitian intensitas kuat cahaya sinar matahari sebesar rata-rata 66.324 lux selama
6 jam (jam 10.00 WIB – 15.00 WIB) menghasilkan daya 20 watt.Pada sore hari sebesar rata-rata 30.000 lux
selama 2 jam (jam 10.00 WIB – 15.00 WIB) menghasilkan daya yang dihasilkan 14,256 Watt. Jadi
perbandingannya siang dengan sore adalah 20 Watt : 14,256 Watt = 0,7128. Lampu yang digunakan berdaya
5-10 watt, digunakan selama 6 jam (jam 17,00 WIB – 23.00 WIB).
Gambar 6 : Hasil penelitian digunakan sebagai penerangan. Hasil uji coba
yang difoto pada waktu siang dan malam hari. Prototype dipasang
di kantor Balitbang (Badan Penelitian Pengembangan) dan
Statistik kota Magelang, sebagai model percontohan.
KESIMPULAN
Prototype pembangkit listrik tenaga matahari telah digunakan sebagai pembangkit listrik pengganti
atau alternatif. Energi listrik yang dihasilkan digunakan terutama untuk penerangan lampu pijar atau lampu
neon dimalam hari. Lampu penerangan yang tidak terganggu kondisi listrik byar-pet dari PLN.
1. Hasil pengujian adalah:
a. Kuat cahaya matahari
Siang hari pada jam 10.00 WIB – 15.00 WIB, kuat cahaya sinar matahari sebesar rata-rata 66324
lux.
Panel solar sel 20 watt, menghasilkan rata-rata tegangan 21,5 Volt, arus 1 amper.
Jadi kapasitas daya yang dihasilkan 20 Watt.
Sore hari pada jam 15.00 WIB – 17.00 WIB, kuat cahaya sinar matahari sebesar rata-rata 30000 lux.
Panel solar sel 20 watt, menghasilkan rata-rata tegangan 19,8 Volt, arus 0,72 amper.
Jadi kapasitas daya yang dihasilkan 14,256 Watt.
b. Berdasarkan hasil penelitian intensitas kuat cahaya sinar matahari sebesar rata-rata 66.324 lux
selama 6 jam (jam 10.00 WIB – 15.00 WIB) menghasilkan daya 20 watt.
Pada sore hari sebesar rata-rata 30.000 lux selama 2 jam (jam 10.00 WIB – 15.00 WIB)
menghasilkan daya yang dihasilkan 14,256 Watt.
Jadi perbandingannya siang dengan sore adalah 20 Watt : 14,256 Watt = 0,7128.
Daya yang dihasilkan, dapat menyalakan lampu yang berdaya 5-10 watt, digunakan setidaktidaknya selama 6 jam penuh (jam 17,00 WIB – 23.00 WIB).
c. Deviasai pengukuran kadang-kadang terjadi, karena pada waktu mengukur terdapat asap dari
kebakaran gunung disekitar kota Magelang dan awan.
2. Dalam percobaan digunakan lampu pijar 8 Watt, 16 Watt dan lampu neon 10 Watt.
3. Prototype dipasang di kantor Balitbang dan Statistik kota Magelang, sebagai model percontohan.
DAFTAR PUSTAKA
Halliday D. dan Resnick, R., (1984), Fisika, 3ed., Penerbit Erlangga, Jakarta.
Lutron Manual Book, (2014), Light-meter Lutron LX-1108.
Solarex Corp, (1985), SOLAREX Penuntun Ke Teknik Listrik Sinar Surya, Penerbit PT. Dwi Eti Utama
(Electronics Today Interational), Jakarta.
Mohammad Nazir, (2009), Metode Penelitian. Penerbit Ghalia Indonesia, 2009, Jakarta.
167
Prosiding SENATEK 2015 Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Purwokerto
Purwokerto, 28 November 2015, ISBN 978-602-14355-0 -2
Wikipedia, (2014), Sel Surya, http://id.wikipedia.org/wiki/Sel_surya (diunduh Februari 2014).
Wijaya Widjanarka N., (2009), Pemodelan Pembangkit Listrik Terbaharui Hibrid Convertible Tenaga Angin
Dan Matahari Untuk Masyarakat Daerah Terpencil Dan Tertinggal Di Kota Magelang, Hasil
Penelitian KREVONA (Kreatif-Inovatif) 2009, Kantor Balitbang Dan Statistik Kota Magelang.
Wijaya Widjanarka N., (2010), Pembangkit Listrik Terbarui Hybrid Convertible Tenaga Angin Dan
Matahari Untuk Lampu Penerangan, Hasil Penelitian RUD (Riset Unggulan Daerah) 2010, Kantor
Balitbang Dan Statistik Kota Magelang.
Wijaya Widjanarka N., (2006), Teknik Digital, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Harian Suara Merdeka, (20 Maret 2006 dan 31 Maret 2006), Semarang, Jawa Tengah.
........., Fluorescent lamp, http://en.wikipedia.org/wiki/Fluorescent_lamp (diunduh: Februari, 2014).
........., How Solar Panels Work, (http://www.youtube.com/watch?v=dngqYjHfr98). Diunduh (diunduh 8
April 2014).
..........,
Organic
Photovoltaics
(solar
cell)
animation
http://www.youtube.com/watch?v=zMLrhgSAPHc (diunduh 8 April 2014).
in
HD,
...........The Photovoltaic Effect, http://www.pveducation.org / pvcdrom / solar-cell-operation / photovoltaiceffect (diunduh 8 April 2014).
168