Alternatif Penanggulangan Kekeringan Pada Lahan

Alternatif Penanggulangan Kekeringan
Pada Lahan Sawah Tadah Hujan
dengan Menggunakan Pompa Air Sistem Fotovoltaic
Henny Johan
Abstrak: Telah dilakukan penelitian untuk mencari lokasi konsentrasi air tinggi di
areal sawah tadah hujan Desa Pekik Nyaring, Kabupaten Bengkulu Utara dengan
metode Geolistrik. Setelah lokasi konsentrasi air ditemukan dengan kedalaman ±
5m kemudian dilakukan penggalian pada lokasi tersebut kemudian airnya
diangkat ke permukaan dengan pompa system fotofoltaic. Dari hasil penelitian, di
areal sawah tadah hujan tersebut terdapat lokasi yang konsentrasi airnya tinggi.
System fotofotaic berhasil membangkitkan energi listrik sebesar ± 150 watt yang
berasal dari energi matahari. Energi listrik ini digunakan untuk mengalirkan air dari
lokasi konsentrasi air tinggi dan kemudian mengairi areal persawahan.
Kata kunci: tadah hujan, sistem fotovoltaic, geolistrik.
PENDAHULUAN
Air
Kurangnya air
merupakan
hal
yang
lahan
dapat membuat
menjadi
kering
sehingga
sangat diperlukan dalam penggarap-
hampir tiap musim setelah tahun
an
persawahan.
1997 mengalami kemerosotan yang
Tanpa pengairan yang teratur akan
sangat drastis. Menurut para petani
mengakibatkan
pada
sebuah
tanaman
lahan
produksi
menurun. Lahan
hasil
tahun
1982
hingga
1997
tadah
mereka mampu memproduksi padi 6
hujan di Desa Pekik Nyaring yang
ton tiap hektar dan dapat menanam
mencapai 350 hektar merupakan
padi dua kali dalam setahun , namun
tempat penghasil padi terbesar di
setelah
Kecamatan Pondok Kelapa Beng-
1997 tahun 2005 petani setempat
kulu Utara (Sumber: Wawancara
hanya mampu menanam padi sekali
dengan
dalam setahun, dengan hasil yang
Kelompok
Tani
Pekik
Nyaring, Tanggal 28 Agustus 2005).
Berdarkan latar belakang di
Namun
atas
secara
semenjak kemarau berkepanjangan
penelitian
tahun 1997
meningkatkan
teraturan
tersebut
kini
ketidak
hujan membuat sawah
kurang
tahun
perhektar.
unggulan bagi Desa Pekik Nyaring
hingga
pajang
sangat merosot sekitar 3 - 5 ton
Pertanian merupakan sektor
sebagai penghasil padi.
keamarau
ini
umum
adalah
masalah
bagaimana
kembali
hasil
pertanian area persawahan yang
produktif.
kering
di
Desa
Staf Pengajar PS Pendidikan Fisika Jurusan Pendidikan MIPA FKIP
Universitas Bengkulu
24
Pekik
Nyaring.
Johan. H , Alternatif Penanggulangan Kekeringan ..............
Penelitian
ini
bertujuan
25
untuk
telah digali yaitu dengan meng-
membuat alternatif penaggulangan
gunakan metode pompa air sistem
kekeringan pada area persawahan
fotovoltaic yang mengubah energi
Desa
matahari menjadi energi listrik.
Pekik
Nyaring
sehingga
produksi padi dapat meningkat dan
menyebarluaskan
sehingga
teknologi
dapat
ditiru
fotovoltaic
diletakkan
ini
pada daerah yang memilki intensitas
oleh
penyinaran cahaya matahari paling
masyarakat desa lain.
Diharapkan
Sel
banyak sehingga kerja sel tersebut
penelitian
ini
dapat maksimal. Energi listrik yang
bermanfaat bagi masyarakat yakni
dihasilkan
antara
lahan
tersebut dialirkan tersebut ke sebuah
persawahan Desa Pekik Nyaring,
battery, untuk dilakukan pengecas-
sehingga kekeringan dapat diatasi,
an. Sebelum battery dihubungkan ke
meningkatkan
produksi
pompa air, maka terlebih dahulu dari
Nyaring,
battery
lain:
pertanian
Terairinya
hasil
Desa
Pekik
oleh
sel
tegangan
fotovoltaic
dc
tersebut
dihubungkan
dengan
menambah jumlah frekuensi tanam
tersebut
dalam
“Konverter” yang berfungsi untuk
tiap
tahunnya,
sehingga
meningkatkan pendapatan petani.
mengubah tegangan listrik menjadi
tegangan
METODE PENELITIAN
ac
digunakan
Penelitian ini dilakukan di di
lahan sawah tadah hujan Desa
Pekik Nyaring Blok II. Metode yang
sehingga
untuk
dapat
mengaktifkan
pompa air yang bekerja dengan
tegangan ac 220 volt.
Adapun urutan langkah kerja
dilakukan pada kegiatan ini adalah
yang dilakukan sebagai berikut:
berupa integrasi
1. Survei
dari dua buah
pendahuluan
untuk
metode diantaranya pada tahapan
menentukan lokasi sumber air
eksplorasi
menggunakan
tanah terbanyak, menggunakan
geolistrik
tahanan
mendapatkan
konsentrasi
mengetahui
air
metode
jenis
untuk
metode
Wenner-
lokasi
dengan
Schlumberger, karena metode ini
tinggi
sekaligus
sangat efektif untuk menentukan
kedalaman
airnya.
kedalaman
Metode yang kedua ialah digunakan
lapisan
pada
digunakan
saat
geolistrik
mengeksploitasi
air
tersebut dari dalam sumur yang
air
tanah
serta
akifer.
Alat
yang
adalah
Resistivity-
meter jenis Naniura NRD 22 S.
26
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 7 No.1, Pebruari 2010 (24 – 33)
2. Melakukan penggalian sumur .
3. Memasang
pompa
air
3. Tahap Eksplorasi
dan
paralon secukupnya
pengolahannya dengan software
4. Membuat dudukan pompa air
dengan beton
5. Membuat
res2dinv yang bertujuan untuk
mendapatkan
gubuk
tempat
pelindung pompa air
surya
citra
bawah
permukaan sehingga diketahui
posisi dan kedalaman air tanah
6. Pemasangan pembangkit listrik
tenaga
Pengambilan data geolistrik dan
sebagai
pembangkit pompa air
yang dapat di eksploitasi.
4. Tahap Eksploitasi
Pada
tahapan
ini
dilakukan
7. Mengaktifkan pompa air
penggalian sumur sedalam ± 5
8. Siap digunakan.
m dimana lokasi titik yang akan
Penelitian ini akan dilakukan
digali sudah ditentukan titiknya
dengan beberapa tahapan, yaitu:
pada tahapan ekslplorasi. Sete-
1. Tahap survey lokasi
lah dilakukan penggalian sumur
Pada tahap pertama ini telah
maka selanjutnya yang dilakukan
dilakukan survey lapangan yaitu
ialah mengangkat air yang ada
dengan
ke
secara
menganalisis
geologis
lokasi
lokasi
permukaan
menggunakan
yang
pompa air 125 watt yang meng-
rawan terhadap kekeringan dan
gunakan energi listrik yang diha-
telah ditetapkan lokasi tempat
silkan oleh sel fotovoltaic yang
pengambilan
geolistrik
mengubah energi cahaya matah-
tahanan jenis yang letaknya di
ari menjadi energi listrik yang
Desa Pekik Nyaring Blok II.
kemudian disalurkan/simpan ke
data
2. Tahap Persiapan Alat
dalam battery 60 A, 12 volt dan
Setalah tahap pertama dilakukan
supaya
dapat
selanjutnya
pompa
air
peralatan
mempersiapkan
pengambilan
mengaktifkan
yang
memiliki
data
tegangan ac sedangkan tegang-
geolistrik antara lain resistivity
an dari aki merupakan tegangan
meter
S,
dc maka sebelum dihubungkan
battery, empat rol kabel dan
ke pompa air maka terlebih da-
meteran, mulltitester, luks meter,
hulu dihubungkan ke konverter
konverter, sel fotovoltaic, dan
untuk mengubah tegangan dc 12
peralatan penunjang lainnya.
volt dari aki menjadi ac 220 volt.
Naniura
NRD
22
Johan. H , Alternatif Penanggulangan Kekeringan ..............
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil pengambilan data
diinterpretasikan
yang
bahwa
mengandung
air
27
lapisan
(lapisan
geolistrik di dapat gambaran bawah
aquifer) ada pada kedalaman 3-7 m
permukaan seperti di bawah ini.
yang
Berdasarkan literatur, pada gambar
kuning – hijau muda.
ditunjukkan
dengan
Gambar 1. kontur ganbaran permukaan bawah tanah hubungan
antara kedalaman dan panjang lintasan sejajar
Gambar 2. kontur ganbaran permukaan bawah tanah hubungan
antara kedalaman dan panjang lintasan tegak lurus garis pantai.
warna
28
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 7 No.1, Pebruari 2010 (24 – 33)
Hasil yang diperoleh dari
pengambilan
data
yang
ber
hubungan dengan sel fotovoltaic
sebagai berikut:
1 buah
Panel
2.74 A
2 buah
Panel
0,68 A
13, 02 V
33 V
12,5 V
12,54
60 menit
60 menit
220 Volt
220 Volt
0.30 A
0.30 A
Pengukuran
Arus Panel
Tegangan
Panel
Tegangan
Battery
Lama
Pengecasan
Tegangan
Konverter
Arus Konverter
Adapun data perbandingan
intensitas cahaya dengan tegangan
keluaran
yang
terukur
adalah
sebagai berikut:
No
6.
7.
8.
9.
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Intensitas (19990
lux X 10)
1182
1167
1041
1020
902
935
890
841
823
800
784
769
740
652
740
652
637
631
633
626
610
603
576
572
559
Arus
0.78
0.76
0.73
0.69
0.64
0.64
0.61
0.59
0.57
0.56
0.55
0.54
0.53
0.49
0.53
0.49
0.48
0.47
0.46
0.45
0.44
0.43
0.42
0.41
0.40
Intensitas
(19990 lux X
10)
Tegangan
Keluaran(volt)
1.
1503
12,74
diketahui bahwa lapisan air yang
2.
1508
12,73
dapat dieksploitasi untuk kebutuhan
3.
1459
12,72
pertanian di areal sawah tadah
4.
1410
12,71
hujan hanya pada kedalaman sekitar
5.
700
12,57
1 s.d. 7 meter, karena nampak
6.
501
12,50
No
Sedangkan
perbandingan
Dari gambar 1 dan 2 dapat
bahwa pada kedalaman > 7 meter
sudah terjadi intrusi air laut sehingga
antara intensitas cahaya dengan
tidak
tegangan Keluaran sebagai berikut:
penggalian lebih dalam dari 7 meter.
No
1.
2.
3.
4.
5.
Intensitas (19990
lux X 10)
1292
1271
1263
12.29
1205
Hal
Arus
0.84
0.83
0.82
0.80
0.79
mungkin
tersebut
untuk
dilakukan
menjadi
sangat
berpengaruh terhadap volume air
yang diperoleh karena menjadi lebih
sedikit / tidak maksimal seperti yang
diharapkan (Reynold, 1997).
Johan. H , Alternatif Penanggulangan Kekeringan ..............
Sel surya (sel fotovoltaic)
29
bolak-balik (ac) 240 volt . Tegangan
berfungsi sebagai penghasil daya
sebesar
listrik
untuk
nantinya digunakan untuk mengaktif-
mengaktifkan pompa air 125 watt.
kan pompa air setelah dihubungkan
Daya listrik yang dihasilkan berasal
dengan catu daya (stabilizer) terlebih
dari energi cahaya matahari yang
dahulu
diubah
listrik.
yang stabil yaitu 220 volt. Dari hasil
Susunan sebuah solar cell, sama
pengukuran besarnya arus yang
dengan sebuah dioda, terdiri dari
terukur sebesar 0,68 A
dua lapisan yang dinamakan PN
dapat diperhitungkan bahwa daya
junction. Bila sekarang, bagian P
yang dihasilkan sebesar 140 Watt.
dihubungkan dengan kutub positip
Daya
dari
sedangkan
merupakan daya yang telah keluar
dihubungkan
dari converter yang kemudian di
dengan bagian N, maka terjadi
gunakan untuk mengaktifkan pompa
hubungan yang dinamakan "forward
air. Adapun dari pengecasan battery
bias". Dalam keadaan forward bias,
60 A selama 60 menit dengan
di dalam rangkaian itu timbul arus
intensitas rata-rata dapat memompa
listrik yang disebabkan oleh kedua
selama jam dan volume air yang
macam pembawa muatan. Jadi arus
diperoleh 350 liter air
listrik yang mengalir di dalam PN
Dalam
yang
digunakan
menjadi
sebuah
kutub
energi
batere,
negatipnya
240
agar
volt
inilah
diperoleh
sebesar
140
tahap
yang
tegangan
sehingga
watt
ini
eksploitasi
junction disebabkan oleh gerakan
dimana dilakukan proses perangkai-
hole dan gerakan elektron (Helmut,
an system yang digunakan untuk
1990 ).
eksploitasi (pengangkatan) air ke
cahaya
Semakin besar intensitas
permukaan yang terdiri dari panel
maka
surya, konventer, battery dan pompa
arus
listrik
yang
dihasilkan semakin besar dan begitu
air. Dimana dalam panel
juga tegangan yang dibangkitkan.
terdapat rangkaian pengecas battery
Arus listrik yang dilairkan ke battery
dan
70 A,
dilakukan
berfungsi mengontrol pengecasan
dc
battreray
12
pengukuran
dihasilkan
V
setelah
tegangan
dari
panel
yang
fotovoltaic
charge
yang
mengontrol
sebesar 33 Volt, yang kemudian
agar
diperkuat dan diubah menjadi arus
eksperimen
countroller
tidak
berfungsi
pengecasan
overcharge.
ini
tidak
surya
yang
untuk
batteray
Dalam
diperoleh
30
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 7 No.1, Pebruari 2010 (24 – 33)
keterangan
lebih
lanjut
tentang
menghidupkan/mengaktifkan pompa
charge conroller dan pengecasan
air.
battery (Sutrisno, 1987).
diperlukan satu instrumen/alat lagi
Eksperimen
yang
telah
Untuk
yaitu
mengubah
konventer
tegangan
yang
pada
dilakukan diperoleh bahwa tegangan
eksperimen ini memakai spesifikasi
keluaran yang dihasilkan oleh panel
Y AFU PI-500 RC yang memiliki
surya dipengaruhi oleh intensitas
range daya 500-1000 watt dengan
cahaya yang mengenai panel dari
tegangan keluaran stabil 250 watt
data yang diperoleh diketahui bahwa
(Sutrisno. 1987)
intensitas cahaya maximum yaitu
Dalam
eksperimen
(2000 x 19990) x 10 lux yang
dilakukan
menghasilkan tegangan pada panel
pengambilan
data
yaitu
pada
sebesar 21,53 volt. Jika cahaya
pengukuran
untuk
satu
panel
yang mengenai panel tepat tegak
fotovoltaic dan pengukuran untuk
lurus terhadap panel. Semakin besar
dua panel. Fotovoltaic. Dari panel
kemiringan cahaya yang jatuh pada
mengeluarkan tegangan maksimum
panel
sebesar 21,3 volt. Dan arus yang
semakin
keluaran
yang
semakin
gelap
kecil
tegangan
dihasilkan
atau
dua
kali
ini
pengukuran
dan
mengalir sebesar 3,4 A. Panel dan
kecilnya
battery dihubungkan secara parallel
intensitas penyinaran oleh matahari
sehingga
maka semakin kecil pula tegangan
sebagai
keluaran
Sel
sebesar V = 17,15 Volt. Berdasarkan
dengan
data tekhnis alat yaitu konverter, alat
yang
Fotovoltaic
dihasilkan.
dihubungkan
diperoleh
input
bagi
konventer
battery sebesar 60 A 12 volt yang
tersebut
berfungsi untuk menyimpan energi
tegangan jika tegangan masukan
yang
Dari
sebesar 10 volt ± 0,5 volt ( untuk
spesifikasi battery tersebut diketahui
masukan 12 volt ) dan 20 volt ± 1
bahwa
berasal
daya
sebesar
P=
dari
panel.
tegangan
dc
mengalami
jatuh
maximum
tersebut
volt ( untuk masukan 24 volt ). Untuk
720
(Helmut
penggunaan satu panel fotovoltaic
watt
Jurgen, 1990)
Battery
akan
tegangan
terhadap battery 16 volt, 60 Ampere,
yang
haruslah
memakai
diubah
pada saat battery tsb penuh dan
digunakan
pompa
agar
beroperasi hanya selama 5 menit.
digunakan
untuk
pompa
mengaktifkan
terlebih dahulu menjadi tegangan ac
bisa
air,
untuk
air
dapat
Johan. H , Alternatif Penanggulangan Kekeringan ..............
Lamanya waktu beroperasi sangat
diperoleh
dipengaruhi oleh besarnya intensitas
sebesar
penyinaran
matahari
tersebut diparalelkan dengan battery
terhadap sel fotovoltaic. Jika kondisi
sehingga diperoleh tegangan total
pencahayaan berada pada kondisi
yang digunakan sebagai masukan
maksimum yaitu pada saat cahaya
bagi konverter sebesar 27,8 Volt.
matahari yang datang jatuh tepat
Dengan tegangan tersebut dapat
tegak
panel
diperoleh lamanya waktu operasi
fotopoltaic maka diperoleh waktu
pengaktifan pompa air yang lebih
operasi pompa air yang lebih lama.
lama
Hal tersebut diatas juga berlaku
menggunakan
untuk penggunaan panel lebih dari
selama 10 menit. Sehingga volume
satu.
panel
air yang diperoleh selama waktu 10
satu
menit yaitu sebesar 350 liter yang
misalnya digunakan dua panel maka
dapat digunkan untuk pengairan
kedua panel tsb diserikan sehingga
sawah ± 1 Ha.
cahaya
lurus
Jika
fotovoltaic
terhadap
digunakan
yang lebih
dari
tegangan
42,6
jika
panel
31
volt.
Tegangan
dibandingkan
satu
total
dengan
panel
yaitu
Gambar 3. Hubungan antara intensitas cahaya dengan arus keluaran
pada fotovoltaic
Semakin
intensitas
dihasilkan semakin besar dan begitu
cahaya dan posisi jatuhnya cahaya
juga tegangan yang dibangkitkan
yang tegak lurus terhadap panel
dan
surya
beroperasinya.
maka
besar
arus
listrik
yang
semakin
lama
waktu
32
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 7 No.1, Pebruari 2010 (24 – 33)
Tabel 1. Hubungan antara lamanya waktu pengecasan battery terhadap waktu
pengaktifan pompa air.
Lama Pengecasan
10
20
30
40
50
60
Lama Beroperasi
3
7
10
10
10
10
Grafik Lama Pengecasan Terhadap
Lamanya Operasi Pompa Air
12
10
8
6
4
2
0
Lama Pengecasan
Gambar 4. Grafik hubungan antara lamanya pengecasan
dengan lamanya operasi pompa air.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Dari hasil penelitian ini dapat
disimpulkan
sistem
bahwa
fotovoltaic
Pompa
ini
air
besar
kapasitas
battery
maka
penyimpanan
semakin
efektiflah
kinerja alat tersebut.
Saran
Kinerja alat ini bisa lebih
dapat
digunakan untuk penanggulangan
dioptimalkan
dengan
kekeringan pada sawah tadah hujan
jumlah sel fotovoltaic sehingga dapat
di Desa Pekik Nyaring, di mana
mengangkat volume air yang lebih
kinerja alat ini sangat dipengaruhi
besar lagi yang ada dan kapasitansi
oleh banyaknya/ besarnya total daya
battery
yang dimiliki oleh sel fotovoltaic dan
sehingga mampu menyimpan energi
besarnya kapasitas battery untuk
yang lebih besar.
juga
perlu
menambah
diperbesar
dapat menyimpan energi listrik yang
Pompa air sistem fotofoltaic
dihasilkan. Semakin besar daya/
ini dapat di kembang di areal sawah
jumlah sel fotovoltaic dan semakin
tadah hujan di tempat lain.
Johan. H , Alternatif Penanggulangan Kekeringan ..............
DAFTAR PUSTAKA
Helmut,
J.
E.,1990., Detailed
Modelling of Photovoltaic
System
Components,
University of Wisconsin –
Madison.
33
Reynold, J.M., 1997. An introduction
to Aplied and environmental
Geophysics, John Wiley &
son’s, Ltd, UK, pp 418-425.
Sutrisno, 1987. Elektronika Teori
dan
Penerapannya
2.
Penerbit ITB, Bandung.