konsep dasar sistem perancangan pemafaatan solar cell sebagai

KONSEP DASAR SISTEM PERANCANGAN PEMAFAATAN
SOLAR CELL SEBAGAI SUMBER ENERGI UNTUK ALAT
PERLINDUNGAN HAMA
1
Gito Beri Prabu Mulya, S.T1*, Ir. NH Kresna, M.T.1, Ir. Yani Ridal, M.T1
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta
E-mail: [email protected]
ABSTRAK
Solar cell adalah sebuah alat modul yang dapat mengkoversikan energi cahaya matahari
menjadi listrik. Dalam perkembangan teknologi solar cell telah digunakan sebagai energi alternatif
yang ramah lingkungan. Salah satunya yang bisa diterapkan pada perancangan pemafaatan solar sell
sebagai sumber energi untuk alat perlindungan hama pertanian. Alat ini digunakan untuk mencegah
hama yang aktivitas hidupnya dapat menyebabkan kerugian secara ekonomis bagi manusia akibat
kehilangan hasil pada tanaman yang sengaja dibudidayakan. Pada zaman moderen ini kita bisa
memakai teknologi untuk merancang sesuatu alat yang ramah lingkungan sebagai pengusir hama,
hama di sini salah satunya ialah hama babi dan kera. Alat ini mengunakan mikrokontroler ATMmega8
sebagai otak dari sistem pengendalinya dengan memakai solar cell 20WP untuk penyerap matahari
energi alat yang akan disimpan pada accu. Sistem alat ini bekerja apabila kawat sebagai sensor yang
dipasang di tepi sawah tersentuh oleh hama, maka kawat tadi mengirim sinyal ke mikrokontroler lalu
memerintahkan buzzer berbunyi untuk megusir hama yang akan masuk ke sawah.
Kata Kunci : Sumber energi solar cell 20WP, Alat perlindungan hama pertanian.
1. PENDAHULUAN
binatang yang dianggap dapat mengganggu atau
1.1 Latar Belakang
merusak
tanaman
dengan
memakan
bagian
Gangguan hama pada tanaman merupakan
tanaman yang disukainya. Pada pengendalian
salah satu kendala yang cukup rumit dalam usaha
hama secara biologi, kimiawi, mekanis dapat
pertanian. Keberadaan hama merupakan faktor
dilakukan secara terpadu, yaitu memadukan cara
yang dapat menghambat pertumbuhan tanaman
biologis, kimiawi, mekanis, secara berimbang.
dan pembentukan hasil. Serangan pada tanaman
Pengendalian secara terpadu ini dikenal dengan
bisa datang secara mendadak dan dapat bersifat
nama
eksplosif (meluas), sehingga bisa merusak tanaman
Pengendalian hama terpadu sangat baik dilakukan
dalam waktu yang relatif singkat bahkan bisa
karena dapat memberikan dampak positif, dari segi
menyebabkan gagal panen.Pemberantasan hama
pengendalian hama maupun terhadap lingkungan.
secara total tidak mungkin dapat dilakukan karena
Pengendalian hama secara kimiawi memang lebih
perkembangannya yang sangat cepat dan sulit
efektif dibandingkan dengan pengendalian secara
dikontrol.
biologis
pengendalian
maupun
hama
secara
terpadu
mekanis.
(PHT).
Tetapi
Serangan hama dapat dikurangi apabila
pengendalian hama secara kimiawi ini bisa
dilakukan pengamatan yang cukup baik mulai dari
menimbulkan efek samping terhadap lingkungan,
penanaman
Untuk
yakni pencemaran lingkungan yang berdampak
mengurangi jumlah hama yang merusak hasil
terhadap unsur-unsur biologis, yaitu musnahnya
panen, kita bisa mencari solusi dari cara manual ke
organisme lain yang bukan sasaran, misalnya
teknologi yang lebih canggih. Hama adalah
hewan-hewan predator atau hewan-hewan yang
sampai
waktu
panen.
dapat
membantu
penyerbukan.
Konsep
2. TINJAUAN PUSTAKA
pengendalian hama terpadu lebih efektif dan
Pada penelitian ini penulis mencari acuan materi
efisien, serta memberikan dampak negatif yang
buku dan pada riset-riset sebelumnya, seperti yang
sekecil mungkin terhadap lingkungan hidup. Oleh
tercantum dibawah ini :
karena itu perlu didukung dengan teknologi ramah
1. Ricky Ardi Yosua Sidauruk, (2011).
lingkungan, yang bisa memberikan Keuntungan
“Implementasi mikrokontroler ATMega8535
lain dari penerapan konsep pengendalian hama.
berbasis sensor ultrasonic untuk proteksi
Konsep ini harus didukung dari teknologi yang
keamanan terpadu”. Menjelaskan tentang
berfungsi untuk membantu petani dalam kegiatan
pentingnya keamanan yang efektif dan efesien.
pertanian dan perkebunan supaya terhindar dari
Maka
hama dan hemat biaya.
diaplikasikan
1.2 Tujuan Penelitian
semakin tingginya tingkat kejahatan saat ini
mikrokontroler
ATMega8535
sebagai
keamanan.
yang
Kerena
Tujuan yang ingin dicapai dalam pembuatan
terutama pencurian dan perampokan di saat
skripsi
rumah kosong ditingakan pehuninya.
ini
adalah
untuk
merencanakan,
merancang dan membuat alat perlindungan
2. M. Helmi F. A. P, (2007). “Pemafaatan
hama pertanian sebagai upaya pemberantasan
energi
hama
sebagai
babi
dan
kera
dalam
pertanian.
matahari
mengunakan
altenative
untuk
solar
cell
mengerakan
Diharapkan alat yang dirancang ini dapat
konveyor”. Membahas tentang energi surya
berguna dan dapat diterapkan didalam suatu
sebagai
aplikasi yang nyata.
ketersediannya
1.3 Batasan Masalah
sumber
energi
tidak
terbarukan
tebatas.
yang
Untuk
mendapatkan energi listrik yang berasal dari
Agar ruang lingkup permasalahan tidak
matahari diperlukan panel surya sehingga
terlalu luas dan mengambang maka penulis
energi cahaya dari matahari dapat berubah
membuat batasan-batasan masalah sebagai berikut
menjadi energi listrik.
:
3.
1.
2.
3.
4.
Ades
Lora
Pratama,
(2013).
cahaya
matahari
Perancangan alat ini mengunakan
“Perancangan
penjejak
solar cell sebagai sumber energi untuk
berbasis
alat.
optimalisasi daya keluaran solar cell”. Dalam
Pengukuran meliputi arus, tegangan
penelitian
DC pada alat dan mengukur tingkat
pengoptilisasian
kebisingan pada buzzer.
menyentuh permukaan solar cell dengan
Perancangan alat perlindungan hama
memafaatkan sensor light dependent resistor
pertanian berbasis mikrokontroler.
(LDR) untuk mendeteksi datangnya sinar
Rancangan alat ini untuk hama babi
matahari.
dan kera.
4. Asep Mubarok, (2005). “pendeteksi rotasi
mikrokontroler
mengunakan
ini
sebagai
membahas
sinar
matahari
gyroscope
upaya
tentang
yang
berbasis
mikrokontroler ATMega8535”. Menjelaskan
2
dalam
suatu
sistim
navigasi
dibutuhkan
4. Perencanaan perangkat keras dan
ketepatan dalam penentuan keberadaan dan
perangkat lunak
pengerakan suatu benda. Salah satu yang
penting
dalam
pendeteksi rotasi.
sistim
navigasi
Sensor
adalah
gyroscope
fisik
pada
benda
melakukan
dimulai
dari
perencanaan
perancangan
komponen dan software
memiliki kelebiahan yaitu tidak menyentuh
dengan
Penulis
serta
yang akan
dipakai, perancangan kontruksi dan
bergerak.
rangkaian pendukung lainnya.
ATMega8535 untuk mendeteksi sudut rotasi
5. Pembuatan perangkat keras dan
mengunakan gyroscope sebagai sensor.
perangkat lunak
3. METODOLOGI PENELITIAN
Setelah tahap perencanaan selesai,
Dalam penyusunan dan penulisan skripsi
maka alat mulai dibuat sesuai dengan
ini penulis melakukan identifikasi masalah hama
hasil
pada petani, pengumpulan bahan dan materi dari
perangkat lain yang meliputi tampilan
berbagai sumber, serta diskusi dan bimbingan
bentuk.
perancangan.
Begitu
juga
sehingga menunjang proses perancangan serta
6. Pengujian alat
realisasi secara baik.
Untuk lebih
jelasnya
Dalam tahap ini alat akan diuji apakah
urutan metode
sesuai
penelitian alat ini adalah sebagai berikut :
dengan
kriteria
yang
kesimpulan
dan
dikehendaki.
1. Identifikasi masalah.
7. Pengambilan
2. pengumpulan data
Penulis
penulisan laporan
mempelajari prinsip
kerja
Pengambilan kesimpulan berdasarkan
Perancangan pemafaatan solar cell
pada hasil pengujian sistem yang telah
sebagai sumber energi untuk alat
dilakukan pada alat yang dibuat.
perlindungan hama pertanian, cara
kerja,
dan
pengoperasian,
pemograman
pengendalian
serta
4.
HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
Setelah sistem ini di perlu dilakukan
teori-teori
berbagai pengujian untuk mengetahui cara
pendukung perancangan.
kerja perangkat dan menganalisa tingkat
3. Diskusi dan bimbingan
reabilitas,
Penulis
mendapatkan
arahan
dan
bimbingan dari pembimbing serta
diskusi dengan nara sumber lain yang
memiliki pemahaman lebih mengenai
perancangan alat ini.
kelemahan
dan
keterbatasan
spesifikasi fungsi dari aplikasi yang telah
dibuat. Selain itu pengujian ini juga dilakukan
untuk
mengetahui
tentang
bagaimana
pengkondisian sistem agar aplikasi ini dapat
dipakai dengan optimal.
3
4.1.
Spesifikasi Pengujian
Untuk mempermudah pengujian maka
terlebih
dahulu
dibuat
blok
diagaram
pengujian yaitu terlihat pada gambar 4.1.
Gambar 4.2 Pengujian catu daya 12VDC
Gambar 4.3 Pengujian catu daya 5VDC
Hasil dari pengujian tegangan dari rangkaian
catu daya, didapatkan keluaran seperti pada tabel
4.1 dan 4.2.
Tabel 4.1 Hasil percobaan pengujian rangkaian catu
daya 12VDC
Menit
ke
Gambar 4.1 Blok diagram pengujian
4.1.1
Pengujian Catu Daya
1
2
3
4
5
Tegangan
Yang
Hasil
Error
Pengukuran Persen
diinginkan
(Volt)
(E %)
12
11,75
11,74
11,74
11,74
11,74
2,08%
2,16%
2,16%
2,16%
2,16%
Pengujian dilakukan untuk melihat hasil
tegangan yang keluar dari baterai yang dibutuhkan
Tabel 4.2 Hasil percobaan pengujian rangkaian catu
untuk kontroler dan buzzer. Untuk catu daya
daya 5VDC
12VDC mengunakan sumber dari baterai dan catu
daya 5VDC mengunakan IC LM7805. Diharapkan
Menit
tegangan keluaran dapat menghasilkan tegangan
ke
yang stabil. Pengujian catu daya bisa dilihat pada
gambar 4.2 s/d 4.3 dibawah ini :
1
2
3
4
5
Tegangan
Yang
Hasil
Error
Pengukuran Persen
diinginkan
(Volt)
(E %)
5V
4,95
4,95
4,95
4,95
4,95
1%
1%
1%
1%
1%
4
8
10
9
Berdasarkan tabel 4.1 di atas untuk catu
daya 12V didapat hasil error tegangan terbesar
senilai (2,16%) hal ini terjadi kerena baterai
4,93
mengalami penurunan tegangan sebesar 11,74
GND
15 16 17 18 19
pada menit kedua sampai kelima. Pada tabel 4.2
untuk tegangan 5V didapat hasil error (1%).
Toleransi ini masih bisa diabaikan kerena tidak
Gambar 4.5 Pengujian Port I/O B pada ATMega8
melebihi nilai toleransi (10%), sehingga catu daya
Adapun penjelasan dari gambar 4.5 diatas
ini masih bisa digunakan sebagai imput tegangan
sebagai berikut : langkah pertama yang akan kita
pada sistim ini.
lakukan adalah positif voltmeter diletakan pada
4.2.2
kaki pin 9 atmega8 sedangkan negatif voltmeter
Pengujian Port I/O Mikrokontroller ATmega8
diletakan pada kaki pin 8 atmega8 yaitu pada GND
Pengukuran menggunakan multimeter
(ground). Sedangkan untuk melakukan pengujian
bertujuan untuk mengetahui nilai tegangan
pada kaki pin 10,15,16,17,18, dan 19 ulangi
pada
langkah seperti diatas.
masing-masing
port
pada
mikrokontroller.
8
1
Multimeter
4,93 VDC
GND
4,93
23 24 25 26 27 28
GND
Pin 7
Pin 8
Mikrokontroler Atmega8
Gambar 4.4 Pengujian Port I/O pada ATMega8 dengan
mengunakan multimeter
Adapun penjelasan dari gambar 4.4 diatas
sebagai berikut : langkah pertama yang akan kita
lakukan adalah positif vollmeter diletakan pada
kaki 7 atmega8 yaitu VCC, sedangkan negatif
voltmeter diletakan pada kaki 8 Atmega8 yaitu
pada GND (ground). Dari hasil pengujian gambar
4.4 dapat
diketahui
dapat diketahui bahwa
Gambar 4.6 Pengujian Port I/O C pada ATMega8
Adapun penjelasan dari gambar 4.6 diatas
sebagai berikut : langkah pertama yang akan kita
lakukan adalah positif voltmeter diletakan pada
kaki pin 1 atmega8 sedangkan negatif voltmeter
diletakan pada kaki pin 8 atmega8 yaitu pada GND
(ground). Sedangkan untuk melakukan pengujian
pada kaki pin 23,24,25,26,27, dan 28 ulangi
langkah seperti diatas.
tegangan kerja mikrokontroler atmega8 4,93 Volt
DC.
5
13 12 11
6 5 4 3 2
pada tabel, sehingga dapat ditentukan tegangan
rata port tersebut :
4.93
V
GND
Gambar 4.7 Pengujian Port I/O D pada ATMega8
Adapun penjelasan dari gambar 4.7 diatas
sebagai berikut : langkah pertama yang akan kita
rata-rata
= V 1  V 2  ...  Vn
n
 PortB
4,93  4,93  4,93  4,93  4,93  4,93  4,93  4,93
8
= 4,93 Volt

PortC
lakukan adalah positif voltmeter diletakan pada
kaki pin 2 atmega8 sedangkan negatif voltmeter
diletakan pada kaki pin 8 atmega8 yaitu pada GND
(ground). Sedangkan untuk melakukan pengujian
pada kaki pin 3,4,5,6,11,12 dan 13 ulangi langkah
seperti diatas.
Hasil pengujian port pada mikrokontroller
ATmega8 dapat dilihat pada tabel 4.4 s/d tabel 4.6.
Tabel 4.4 Hasil pengukuran Port I/O B
4,93  4,93  4,93  4,93  4,93  4,93  4,93
7
= 4,93 Volt
 PortD
4,93  4,93  4,93  4,93  4,93  4,93  4,93  4,93
8
= 4,93 Volt
Setelah
dilakukan
perhitungan
sesuai
gambar rangkaian 4.5, 4.6, 4,7 diatas, maka di
dapat disimpulkan hasil dari perhitungan tegangan
rata-rata pada tabel 4.7.
Tabel 4.7 Hasil perhitungan tegangan rata-rata
pada port mikrokontroller
Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Port I/O C
Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Port I/O D
Port B
Port C
Port D
4,93 V
4,93 V
4,93 V
Berdasarkan tabel 4.7 di atas, dapat
dijelaskan bahwa tegangan rata-rata dari masingmasing port pada mikrokontroler adalah 4,93 Volt.
Bedasarkan datasheet range tegangan yang masuk
dari sumber ke mikrokontroler sebesar 2,7 sampai
pengukuran
5,5 Volt DC. Seandainya diberi tegangan dibawah
menggunakan multimeter seperti yang tercatat
2,7 Volt maka mikrokontroler tersebut tidak akan
Berdasarkan
hasil
6
bekerja. Kalau tegangannya melebihi 5,5 Volt
Tabel 4.8 Hasil pengujian Automatic Charger
maka akan terjadi kerusakan atau panas pada
mikrokontroler. Pengujian ini yang dilakukan pada
mikrokontroler atmega8 dan nilai yang keluar
hasilnya sebesar 4,93 Volt DC berada pada rating
tegangan kerja mikrokontroler atmega8 (lampiran,
datasheet atmega8)
Berdasarkan
tabel
hasil
pengujian
Automatic Charger tegangan input 20 Volt yang
4.4.3 Pengujian Rangkaian Automatic Charger
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui
rangkaian automatic charger mampu mengisi
baterai ketika baterai mencapai batas pengisian
maksimal. Berikut ini pengujian automatic charger
berasal dari solar sell 20 WP yang dijemur pada
cahaya matahari pada saat pengujian alat. Pada
tegangan output charger benilai 13.21 Volt didapat
dengan cara pengukuran kabel positif multimeter
dihubungkan ke terminal positif automatic charger
pada terminal charger dan kaki negatif multimeter
pada gambar 4.8.
dihubungkan ke terminal negatif automatic charger
Solar cell 20 WP
pada terminal charger sedangkan untuk data 12,9
volt didapat dengan cara pengukuran kabel positif
multimeter
Multimeter
dihubungkan
ke
terminal
positif
automatic charger yang terhubung ke baterai dan
Charger regulator
kaki negatif multimeter dihubungkan ke terminal
Multimeter
GND
negatif automatic charger yang terhubung ke
baterai.
Vdc=13,21
Accu 12 Vdc
3,5 Ah
Multimeter
4.4.4 Pengujian Pada Kawat
Pada pengujian perancangan pemafaatan solar
GND
Vdc=12,3
cell sebagai sumber energi untuk alat pengusir
hama pertanian ini, kita membutuhkan kawat
Gambar 4.8 Pengujian automatic charger
Pengujian dilakukan dengan memberikan
sumber tegangan yang berasar dari solar cell yang
selanjutnya dihubungkan kepada input charger.
Lalu mengukur tegangan output terminal charger
sebagai sensor konvensional untuk mendeteksi
hama yang masuk ke
ladang atau kesawah.
Adapun bentuk hubungan kawat pada alat seperti
terlihat pada gambar gambar 4.9.
dan tegangan output yang terhubung ke baterai
dengan mengunakan multimeter. Hasil pengujian
rangkaian automatic charger terdapat pada tabel
4.8.
7
tingkat
kebisingan
buzzer
tersebut.
Bentuk
pengukuran bisa dilihat pada gambar 4.10.
Gambar 4.9 Kawat pada sawah (a) dan rangkaian
pengendali sensor (b)
Pengujian
ini
sensor
konversional
memakai sebuah kawat yang diletakan pada
prototipe sawah yang akan dihubungkan kepada
alat. Adapun hasil pengujian dapat dilihat pada
tabel 4.9.
Gambar 4.10 Pengujian kebisingan suara dari buzzer
Pengujian ini sumber ke buzzer diturunkan
beberapa tahap tegangan dengan mengunakan
power supply variabel untuk mengetahui tingkat
kebisingan kedua buah buzzer tersebut. Hasil
Tabel 4.9 Hasil pengujian sensor (Kawat)
pengujian dapat dilihat pada tabel 4.10.
Tabel 4.10 Hasil pengujian intesitas bunyi
Pada tabel 4.9 kita bisa menganalisa sensor
tersebut dengan menyentuh kawat. Apabila kawat
disentuh maka buzzer berbunyi dan apabila kawat
tidak tersentuh maka buzzer tidak berbunyi.
4.4.5 Pengujian intesitas bunyi
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui
Dari hasil pengujian intesitas bunyi pada
tingkat kebisingan buzzer dengan satuan dB
tabel 4.10 terlihat nilai kekuatan bunyi buzzer
dengan
dengan
sebesar 81dB, ini di akibatkan oleh tegangan yang
Untuk
masuk sebesar 4V. Pada saat tegangan 10V dan
mengetahui tingkat kebisingan suara dari buzzer,
12V buzzer mengeluarkan bunyi 92 dB, ini di
kita mengunakan suatu aplikasi di android yang
akibatkan
namanya Sound Meter. Aplikasi ini bisa membaca
maksimal
tegangan
mengunakan
power
berubah-ubah
supply
variabel.
bazzer
telah
mengeluarkan
bunyi
tingkat kebisingan, sehingga kita bisa mengetahui
8
4.4.6 Pengujian tegangan dan arus pada saat
pengisiaan baterai
5. KESIMPULAN
Dari hasil perancanaan pemafaatan solar
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui
seberapa lama solar cell 20 Wp mengisi baterai.
cell sebagai sumber energi untuk alat perlindungan
hama pertanian maka dapat diambil beberapa
kesimpulan dan pembahasan di antaranya adalah
sebagai berikut :
1. Matahari adalah sumber daya yang
berlimpah, maka kita bisa memafaatkan
solar cell 20 Wp dengan tegangan 12 Volt
DC sebagai sumber daya listrik untuk alat
ini.
Gambar 4.11 Pengujian tegangan dan arus pada saat
pengisiaan baterai
2. Dalam perencanaan ini kita memakai
mikrokontroler Atmega8 sebagai
Pada pengujian ini dilakukan dalam siklus
satu hari pada jam 08.00 WIB sampai baterai
pengontol alat ini
3. Maksimalnya daya yang mampu
penuh. Dengan mengamati tegangan dan arus pada
dihasilkan oleh modul solar cell sangat
saat pengisian baterai yang dihasilkan solar cell
bergantung dari besarnya intesitas cahaya
saat 10 menit sekali mengunakan multimeter.
matahari yang diterima oleh permukaan
modul solar cell.
Tabel 4.11 Hasil tegangan dan arus pada saat pengisiaan
baterai
4. .Alat ini memakai accu 12 volt DC dengan
kapasitas 3,5 Ah sebagai penyimpan
penyimpan sumber energi dari solar cell.
5. Dengan mengunakan 2 unit buzzer 12 Volt
DC mendapatkan kekuatan 92 dB
6. Daftar Pustaka
Sebelum
pengisian
baterai,
tegangan
baterai pada pukul delapan sebesar 5,45 volt. Dan
baterai terisi penuh pada pukul 09:10 dengan
kapasitas baterai sebesar 12,03 Volt.
1. M. Helmi F. A. P , “Pemanfaatan Energi
Matahari Menggunakan Solar Cell Sebagai
Energi Alternatif Untuk Menggerakkan
Konveyor” Teknik Elektro Industri,
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.
2007.
2. Widodo Wahyu, “Perancangan Sistem
Hibrid Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Dengan Jala-Jala Listrik Pln Untuk Rumah
Perkotaan” Teknik Elektro Fakultas
Teknologi Industri Universitas Trisakti.
2008.
3. Nasution Evikarimah, “Optimalisasi Alat
Pengering Ikan Dengan Cahaya Matahari
Dan Elemen Pemanas Mengunakan
9
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Mikrokontroler” Teknik Elektro
Universitas Bung Hatta 2011.
Ades Lora Pratama, “Perancangan
Penjejak Cahaya Matahari Berbasis
Mikrokontroler “ Universitas Bung Hatta
2013.
Needle, Mchael., 1989, Teknologi Instalsi
Listrik, Edisi Ketiga, Penerbit Erlanga,
Jakarta.
Jokartono, Sumis, 1987, Elektonika
Praktis, Penerbit Pt. Elex Media
Komputindo, Jakarta.
Widyatmo, Arianto, Belajar
Microprosesor-Microkontroler Melalui
Komputer Pc, Elekmedia Komputindo,
Jakarta 1999.
Https://Www.Google.Co.Id/Search?Q=Pan
el+Surya+50
Https://Www.Google.Co.Id/Search?Q=Mi
krocontroler+Atmega8
Https://Www.Google.Co.Id/Search?Q=Ic+
Regulator+Lm+7805
10