RANCANG BANGUN POMPA OTOMATIS PADA PENYIRAM TANAMAN DENGAN SOLAR CELL SEBAGAI CATU DAYA LAPORAN TUGAS AKHIR
Disusun Sebagai Syarat Menyelesaikan Pendidikan Program Diploma 3
Oleh :
AYU ELISA Br SIMANJUNTAK NIM. 1005032055
DAHLIA NIM. 1005032058
DEDDY SILITONGA NIM. 1005032059
PATRIOT P HUTABARAT NIM. 1005032088
PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN 2013
LEMBAR PERSETUJUAN Yang bertanda tangan dibawah ini, Dosen Pembimbing, Kepala Program Studi Teknik Listrik, Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan menyatakan bahwa laporan Tugas Akhir dari :
AYU ELISA Br SIMANJUNTAK NIM. 1005032055
DAHLIA NIM. 1005032058
DEDDY SILITONGA NIM. 1005032059
PATRIOT P HUTABARAT NIM. 1005032088
dengan judul : ―Rancang Bangun Pompa Otomatis Pada Penyiram Tanaman Dengan Solar Cell Sebagai Catu Daya.‖ telah diperiksa dan dinyatakan selesai serta dapat diajukan dalam sidang ujian laporan tugas akhir.
Kepala Program Studi
Dosen Pembimbing
Teknik Listrik
Suparmono, ST NIP : 19630531 198903 1 002
Ir.Juli Iriani, MT NIP:19620709 198803 2 002
LEMBAR PENGESAHAN
Yang bertanda tangan di bawah ini, Panitia Ujian Program Studi Teknik Listrik, Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan menyatakan bahwa laporan tugas akhir dari: AYU ELISA Br SIMANJUNTAK NIM. 1005032055
DAHLIA NIM. 1005032058
DEDDY SILITONGA NIM. 1005032059
PATRIOT P HUTABARAT NIM. 1005032088
dengan judul, Rancang Bangun Pompa Otomatis Pada Penyiram Tanaman Dengan Solar Cell Sebagai Catu Daya. telah selesai diujikan pada tanggal 02 September 2013 diruang bengkel. Medan, september 2013 Penguji I
Penguji II
Sutan Pardede, S.T, M.T NIP : 19630531 198903 1 002
Drs.Sumardjono.M.T NIP : 19540706 198403 1 004
Ketua Jurusan Teknik Elektro
Koordinator Sidang
Ir. Rina Anugrahwaty, M.T NIP. 19641003 200003 2 001
Ir.Ashuri,M.T NIP. 19601028 198603 1 006
ABSTRAK Rancang Bangun Pompa Otomatis Pada Penyiram Tanaman Dengan Solar Cell Sebagai Catu Daya. Air merupakan komponen terpenting dan sangat mempengaruhi proses pertumbuhan tanaman. Pada lahan pertanian yang cukup luas, pengadaan air pada setiap tumbuhan masih dilakukan secara manual yaitu dengan menyiramnya satu persatu. Hal tersebut sangat menyita waktu dan tenaga para petani. Permasalahan yang akan dibahas dalam laporan tugas akhir ini adalah perancangan pompa otomatis pada penyiram tanaman dan penggunaan solar cell sebagai sumber energi terbarukan yang menggantikan sumber energi listrik dari PLN pada lapangan terbuka yang sulit mencari sumber listrik serta menghitung besar kapasitas komponen yang akan digunakan seperti : solar cell, BCR, dan baterai. Tujuan yang ingin dicapai dalam laporan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui penggunaan solar cell sebagai catu daya, dan penggunaan pompa otomatis untuk menyiram tanaman, serta mengetahui bagaimana sensor bekerja untuk mendeteksi kadar air dalam tanah. Hasil analisa yang diperoleh setelah melakukan pengujian alat yaitu proses pengkonversian sinar matahari menjadi energi listrik sangat dipengaruhi oleh keadaan cuaca dan lingkungan sekitar solar cell. Baterai tidak dapat terisi penuh 100 % karena terjadi rugi-rugi pada saat pengisian baterai, sehingga hanya terisi 80% saja. Daya tembak sprinkle yang telah dicoba yaitu ±1.5m dengan perputaran 360°. Hasil yang dapat disimpulkan adalah sensor mendeteksi kadar air dalam tanah dengan sangat baik. Perancangan pompa otomatis pada penyiram tanaman ini sangat membantu para petani dalam masalah pengadaan air pada setiap tanaman dan juga tidak memerlukan sumber energi listrik dari PLN.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini dengan baik. Laporan tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan Pendidikan Program Diploma 3 di Politeknik Negeri Medan. Adapun judul tugas akhir ini adalah : ―Rancang Bangun Pompa Otomatis Pada Penyiram Tanaman Dengan Solar Cell Sebagai Catu Daya‖. Pada laporan ini penulis akan memaparkan Penggunaan Solar Cell Sebagai Pengganti Sumber Listrik PLN Untuk Mengoperasikan Pompa. Selama menyusun laporan tugas akhir ini, penulis banyak menemukan kendala yang sulit untuk diselesaikan. Namun, atas bantuan dari berbagai pihak, akhirnya kendala-kendala tersebut dapat diatasi. Atas bantuan dan bimbingan yang penulis terima selama pengerjaan laporan tugas akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Ir. Rina Anugrahwaty, M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. 3. Suparmono, S.T,M.T, selaku Kepala Program Studi Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. 4. Sutan Pardede, S.T,M.T, selaku Kepala Bengkel Program Studi Teknik Listrik. 5. Ir. Juli Iriani, M.T, selaku Dosen Pembimbing penulis. 6. Seluruh staf dan pengajar Program Studi Tekanik Listrik.
7. Keluarga penulis yang tercinta yang telah banyak memberikan dorongan serta bantuan materi maupun moril kepada penulis untuk menyelesaikan pendidikan di Politeknik Negeri Medan. 8. Teman – teman penulis yang telah membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Walaupun penulis telah berusaha semaksimal mungkin namun penulis juga menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih memiliki kekurangan baik segi material laporan itu sendiri maupun segi penyusunannya. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca guna penyempurnaan isi laporan ini. Semoga
laporan
ini
membacanya dan melihatnya.
dapat
bermanfaat
bagi
siapapun
yang
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN..................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii ABSTRAK ............................................................................................................. iii KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv DAFTAR ISI .......................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. ix DAFTAR TABEL ....................................................................................................x BAB I PENDAHULUAN .....................................................................................1 1.1. Latar Belakang..................................................................................1 1.2. Rumusan Masalah ............................................................................3 1.3. Batasan Masalah ...............................................................................3 1.4. Tujuan ...............................................................................................3 1.5. Manfaat Penulisan Laporan ..............................................................3 1.6. Teknik Pengumpulan Data ...............................................................4 BAB II DASAR TEORI .........................................................................................5 2.1. Solar Cell ..........................................................................................5 2.1.1 Sejarah Solar Cell....................................................................5 2.1.2 Pengertian Solar Cell ..............................................................6 2.1.3 Prinsip Kerja Solar Cell ..........................................................7 2.1.4 Kelebihan Dan Kekurangan Solar Cell ...................................8 2.1.5 Jenis Sel Surya ........................................................................8 2.1.6 Faktor Pengoperasian Solar Cell ..........................................12 2.2
Battery Control Regulator (BCR) ...................................................14
2.3
Baterai (Accu) ................................................................................16
2.4
Inverter ...........................................................................................17
2.5
Relay ...............................................................................................18
2.6
Sensor Basah Kering ......................................................................20
2.7
Timer ..............................................................................................20
2.8
Pompa Air .......................................................................................21
2.9
Sprinkle...........................................................................................23
2.10 MCB (Mini Circuit Breaker) ..........................................................24 2.11 Kabel...............................................................................................25 2.11.1 Kabel NYAF .....................................................................25 2.11.2 Kabel NYM.......................................................................26 BAB III PERANCANGAN POMPA OTOMATIS PADA PENYIRAM TANAMAN DENGAN SOLAR CELL SEBAGAI CATU DAYA .......29 3.1. Blok Diagram Pompa Otomatis Pada Penyiram Tanaman Dengan Solar Cell Sebagai Catu Daya ........................................................29 3.2
Perancangan Rangkaian Kendali Pompa Otomatis ........................30 3.2.1 Diagram Alir Pengendali ......................................................30 3.2.2 Diagram Rangkaian Pengendali ............................................31
3.3
Perancangan Alat ............................................................................33 3.3.1 Prinsip Kerja Alat..................................................................33 3.3.2 Pemilihan Komponen ............................................................34
3.4
Alat Dan Bahan ..............................................................................39
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ..........................................................41 4.1. Rangkaian Pengawatan Pompa Otomatis Pada Penyiram Tanaman Dengan Solar Cell Sebagai Catu daya ............................................41 4.1.1 Pengujian Rangkaian Pengendali ..........................................42 4.1.2 Pengujian Tegangan Open Circuit Panel Surya ....................42 4.1.3 Pengujian Pengisian Baterai..................................................45
4.1.4 Pengujian Pengosongan Baterai Pada Beban Penuh .............47 4.1.5 Pengujian Daya Tembak Air .................................................48 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN................................................................49 5.1. Kesimpulan .....................................................................................49 5.2
Saran ...............................................................................................49
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................50 LAMPIRAN ...........................................................................................................51
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Bentuk Fisik Sel Surya (Solar Cell) ................................................... 7 Gambar 2. 2 Panel Surya Polykristal ...................................................................... 9 Gambar 2. 3 Panel Surya Monokristal .................................................................... 9 Gambar 2. 4 Panel Surya Amourphous ................................................................. 11 Gambar 2. 5 Panel Surya Coumpound pada Satelit Komunikasi Luar Angkasa .. 11 Gambar 2. 6 Battery Control Regulator (BCR) .................................................... 14 Gambar 2. 7 Baterai .............................................................................................. 16 Gambar 2. 8 Inverte...............................................................................................17 Gambar 2. 9 Relay................................................................................................. 18 Gambar 2. 10 Skema Relay Elektromekanik ........................................................ 18 Gambar 2. 11 Rangkaian dan Simbol Relay ......................................................... 19 Gambar 2. 12 Sensor Kelembaban Tanah ............................................................. 20 Gambar 2. 13 Timer .............................................................................................. 20 Gambar 2. 14 Pompa Air (Water Pump) ............................................................... 21 Gambar 2. 15 Sprinkle .......................................................................................... 23 Gambar 2. 16 MCB (Mini Circuit Breaker) .......................................................... 24 Gambar 2. 17 Kabel NYAF .................................................................................. 26 Gambar 2. 18 Kabel NYM ................................................................................... 27 Gambar 3. 1 Blok Diagram ....................................................................................29 Gambar 3. 2 Diagram Alir Pengendali ................................................................. 30 Gambar 3. 3 Rangkaian Pengendali ...................................................................... 31 Gambar 3. 4 Lahan Percobaan .............................................................................. 32 Gambar 3. 5 Sel Surya sebagai Komponen Utama PLTS ..................................... 33 Gambar 4. 1 Rangkaian Pengawatan .....................................................................41 Gambar 4. 2 Rangkaian Pengujian Tegangan Open Circuit Panel Surya ............. 42 Gambar 4. 3 Grafik Pengukuran Tegangan Open Circuit Panel Surya................. 44 Gambar 4. 4 Rangkaian Pengujian Pengisian Baterai ........................................... 45 Gambar 4. 5 Grafik Pengukuran Pengisian Baterai .............................................. 46 Gambar 4. 6 Rangkaian Pengujian Pengosongan Baterai Pada Beban Penuh ..... 47
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Jenis Bahan Pembuatan Solar Panel ..................................................... 12 Tabel 2. 3 Technical Data ..................................................................................... 26 Tabel 2. 4 Tabel Kuat Hantar Arus NYAF ........................................................... 27 Tabel 2. 5 Tabel Kuat Hantar Arus NYM ............................................................. 28 Tabel 3. 1 Alat Yang Digunakan............................................................................39 Tabel 3. 2 Bahan Yang Digunakan ....................................................................... 39 Tabel 4. 1 Data Pengukuran Tegangan Open Circuit Panel Surya ........................43 Tabel 4. 2 Data Pengukuran Pengisian Bateraia ................................................... 46 Tabel 4. 3 Data Pengukuran Pengosongan Baterai Pada Beban ........................... 48
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Seperti yang kita ketahui bahwa para petani sangat berperan penting dalam menyediakan kebutuhan pangan sehari-hari kita, contohnya : sayurmayur, umbi-umbian, tanaman bawang. Salah satu faktor yang sangat mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman adalah kebutuhan akan air. Sehingga dibutuhkan proses penyiraman yang baik. Pada proses penyiraman yang dilakukan para petani, banyak waktu dan tenaga yang tersita untuk menyiram seluruh tanaman. Faktor lain yang mempengaruhi kebutuhan air pada tanaman adalah: jenis tanaman, umur tanaman, musim, lokasi dan kondisi sekitar tanaman. Proses penyiraman dapat dilakukan secara otomatis dengan membuat pompa otomatis dengan sumber energi listrik dari PLN. Namun cukup sulit untuk mencari sumber energi listrik dilapangan terbuka seperti lahan pertanian. Energi merupakan salah satu masalah utama yang dihadapi oleh hampir seluruh negara di dunia. Hal ini mengingat energi merupakan salah satu faktor utama bagi terjadinya pertumbuhan ekonomi
suatu negara.
Permasalahan energi menjadi semakin kompleks ketika kebutuhan yang meningkat akan energi dari seluruh negara di dunia untuk menopang pertumbuhan ekonominya justru membuat persediaan cadangan energi konvensional menjadi semakin sedikit. Saat ini total kebutuhan energy di seluruh dunia mencapai 10 Terra Watt (setara dengan 3 x 1020 Joule/ tahun) dan diprediksi jumlah ini akan terus meningkat hingga mencapai 30 Terra Watt pada tahun 2030. Kebutuhan yang meningkat terhadap energi juga pada kenyataanya bertabrakan dengan
kebutuhan umat manusia untuk menciptakan lingkungan yang bersih dan bebas
dari
polusi.
Berbagai
konsideran
ini
menuntut
perlunya
dikembangkan sumber energi alternatif yang dapat menjawab tantangan di atas tersebut. Salah satu energi terbarukan yang berkembang pesat saat ini adalah energi matahari. Saat ini energi matahari sudah dimanfaatkan untuk berbagai keperluan misalnya Pemompaan Air untuk Penyiraman, Palang Pintu Rel Kereta Api, Pembangkit Listrik di daerah yang belum dijangkau PLN, Pengering atau Pemanas Alat Rumah Tangga, Penerangan Jalan dan lain-lain. Pemanfaatan energi matahari dapat dilakukan di mana saja dengan intesitas cahaya yang cukup, baik di daerah landai, dataran tinggi maupun di tengah laut. Pemanfaatan Sel Surya merupakan satu diantara sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan energi litrik. Energi Matahari sebagai salah salah satu upaya untuk mengurangi ketergantungan manusia terhadap energi Batubara, Minyak Bumi dan Gas Alam yang pada kenyataanya sulit untuk diperbaharui karena membutuhkan waktu jutaan tahun. Matahari merupakan sumber energi yang diharapkan dapat mengatasi permasalahan kebutuhan energi masa depan setelah berbagai sumber energi konvensional berkurang jumlahnya serta tidak ramah terhadap lingkungan. Pada Proyek Akhir ini Kami membuat ―Pompa Otomatis Pada Penyiram Tanaman dengan Solar Cell sebagai Catu Daya”. Dengan pembuatan Pompa Otomatis Pada Penyiram Tanaman dengan Solar Cell sebagai Catu Daya ini diharapkan dapat membantu meringankan pekerjaan manusia dan bebas biaya listrik.
1.2. Rumusan Masalah Agar rancang bangun yang dilakukan lebih terarah dan dapat mencapai hasil yang diinginkan maka difokuskan pada : 1.2.1 Pemanfaatan Solar Cell yang efisien dan efektif. 1.2.2 Pengujian hasil rancangan.
1.3. Batasan Masalah Perancangan Pompa Otomatis Penyiram Tanaman dengan Solar Cell sebagai Catu Daya dibatasi ruang lingkupnya untuk pembahasan : 1.3.1 Perancangan dan pembuatan pengendali otomatis pada pompa penyiram tanaman 1.3.2 Penentuan kapasitas Panel Surya sesuai kebutuhan beban agar kontiniutas pasokan listrik ke beban dapat dipenuhi. 1.3.3 Penentuan kapasitas charger controller baterai. 1.3.4 Penentuan kapasitas Inverter DC - AC. 1.3.5 Penentuan kapasitas baterai
1.4. Tujuan 1.4.1 Dapat mengapilkasikan ilmu pengetahuan yang diperoleh selama perkuliahan kedalam praktek di industri pada umumnya, dan pengoperasian alat listrik pada khususnya.
1.4.2 Untuk memantapkan pengetahuan yang berhubungan dengan mesin listrik pada umumnya, dan Solar Cell pada khususnya.
1.4.3 Sebagai salah satu syarat dalam penyelesaian studi di Politeknik Negeri Medan.
1.5. Manfaat Penulisan Laporan Laporan ini diharapkan dapat bermanfaat bagi : 1.5.1 Mahasiswa yang akan membahas hal yang sama. 1.5.2 Pihak pelaksana yang akan melaksanakan proyek yang sama.
1.5.3 Penulis sendiri untuk menambah pengetahuan dan pengalaman agar mampu melaksanakan kegiatan yang sama kelak setelah bekerja.
1.6. Teknik Pengumpulan Data Dalam memperoleh data-data dan informasi yang diperlukan dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis melakukan beberapa metode pengumpulan data diantaranya : 1.6.1 Mengadakan studi literatur dimana sebagai dasar penulisan, penulis mencari referensi yang berkaitan dengan topik yang dibahas. 1.6.2 Melakukan pengamatan langsung ke lapangan kerja.
BAB II DASAR TEORI
2.1. Solar Cell 2.1.1
Sejarah Solar Cell Sejarah perkembangan industri ―Photovoltaic‖ (PV) telah berjalan sekitar 50 tahun, dan telah banyak pula penelitian dilakukan dengan harapan suatu saat dapat menghasilkan sel surya yang murah dan layak berbanding dengan tenaga listrik buatan (hidro atau nuklir) untuk memecahkan masalah kebutuhan tenaga listrik yang ramah terhadap lingkungan hidup diseluruh lapisan dunia ini. Pada sekitar akhir abad 19, aliran listrik surya diketemukan oleh ahli fisika Jerman bernama Alexandre Edmond Becquerel1 secara kebetulan dimana berkas sinar matahari jatuh pada larutan elektro kimia—bahan penelitian, sehingga muatan elektron pada larutan meningkat, tidak ada penjelasan ilmiah pada peristiwa tersebut. Baru pada awal abad 20, Albert Einstein menamakan penemuan peristiwa listrik alami ini dengan sebutan ―Photoelectric Effect‖2, yang kemudian merupakan pengertian dasar pada ―Photovoltaic Effect‖ (Albert Einstein mendapat Nobel Prize Fisika). ―Photoelectric Effect‖ didapat dari pengamatan Einstein pada selempeng metal yang melepaskan ―Photon‖—partikel energi cahaya ketika terkena sinar matahari. Photon-photon terus menerus mendesak atom-atom metal dan terjadi partikel ―Energi Photon‖—bersifat gelombang energi cahaya. Gelombang cahaya sinar lembayung (ultraviolet) adalah sinar yang bermuatan energi photon tinggi dan panjang gelombangnya pendek, sedangkan sinar merah (infra-red) adalah sinar yang bermuatan energi photon rendah dan dalam bentuk gelombang panjang. Kemudian sekitar tahun 1930, penelitian berlanjut dan berhubungan dengan penemuan konsep ―Quantum
Mechanics‖—untuk menciptakan teknologi baru ―solid-state‖, dimana kemudian
perusahaan
Bell
Telephone
Research
Laboratories
menciptakan Sel Surya solid yang pertama. Tahun 1950 - 1960, teknologi disain dan efisiensi Sel Surya terus berlanjut dan di aplikasikan ke pesawat ruang angkasa (photovoltaic energies). Tahun 1970 an, dunia menggalangkan sumber energi alternatip yang ―renewable‖ dan ramah lingkungan, maka PV mulai di aplikasikan ke ―low power warning systems‖ dan ―offshore buoys‖ (tetapi produksi PV tidak dapat banyak karena masih ―handmade‖). Baru pada tahun 1980 an, perusahaan-perusahaan PV bergabung dengan instansi energi pemerintah agar dapat lebih memproduksi PV sel dalam jumlah besar, sehingga harga per sel-surya dapat lebih ditekan serendah mungkin.
2.1.2 Pengertian Solar Cell Sel surya (Solar Cell) pada dasarnya adalah suatu elemen aktif yang mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Solar cell merupakan sumber energi terbarukan yang ramah lingkungan dan sangat menjanjikan pada masa yang akan datang, karena tidak ada polusi yang dihasilkan selama proses konversi energi. Indonesia sendiri merupakan negara yang dilewati oleh garis khatulistiwa dan menerima panas matahari yang lebih banyak daripada negara lain, sehingga mempunyai potensial yang sangat besar untuk mengembangkan pembangkit listrik tenaga surya. Berbagai instalasi sel surya telah banyak dipakai walaupun hanya pada beberapa golongan masyarakat mampu.
Gambar 2. 1 Bentuk Fisik Sel Surya (Solar Cell) Sumber :Kumpulan Artikel-102-Energi Matahar/Surya/Solar
Bahan sel surya sendiri terdiri dari kaca pelindung dan material adhesive transparan yang melindungi bahan sel surya dari keadaan lingkungan, material anti-refleksi untuk menyerap lebih banyak cahaya dan mengurangi jumlah cahaya yang dipantulkan. Sel surya merupakan suatu pn junction dari silikon kristal tunggal. Dengan menggunakan photo-electric effect dari bahan semikonduktor, sel surya dapat langsung mengkonversi sinar matahari menjadi listrik searah (dc). 2.1.3 Prinsip Kerja Solar Cell Bila sel surya itu dikenakan pada sinar matahari, maka timbul yang dinamakan elektron dan hole. Elektron-elektron dan hole-hole yang timbul di sekitar pn junction bergerak berturut-turut ke arah lapisan n dan ke arah lapisan p. Sehingga pada saat elektron-elektron dan hole-hole itu melintasi pn junction, timbul beda potensial pada kedua ujung sel surya. Jika pada kedua ujung sel surya diberi beban maka timbul arus listrik yang mengalir melalui beban.Bahan dan cara kerja yang aman terhadap lingkungan menjadikan sel surya sebagai salah satu hasil teknologi pembangkit listrik yang efisien bagi sumber energi alternatif masyarakat di masa depan.
2.1.4 Kelebihan Dan Kekurangan Solar Cell Kelebihan solar cell adalah sebagai berikut :
Energi yang terbarukan (Renewable Energy), tidak memerlukan BBM lagi.
Energy natural yang tidak akan habis dan kita dapat memakainya dimanapun kita berada.
Bersih dan ramah lingkungan.
Umur panel surya panjang (invesatsi jangka panjang) : 20-25 tahun
Praktis dan mudah dalam perawatan.
Sangat cocok untuk daerah tropis seperti Indonesia.
Dapat dibangun di daerah terpencil karena tidak memerlukan transmisi energi maupun transportasi sumber energy.
Kekurangan solar cell adalah sebagai berikut :
Harganya mahal Sangat sensitif terhadap perubahan lingkungan dan cuaca.
2.1.5 Jenis Sel Surya Adapun jenis-jenis sel surya yaitu : Polikristal (Poly-crystalline) Merupakan sel surya yang memiliki susunan kristal acak. Type Polikristal memerlukan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan jenis monokristal untuk menghasilkan daya listrik yang sama, akan tetapi dapat menghasilkan listrik pada saat mendung.
Gambar 2. 2 Panel Surya Polykristal Sumber : Artikel Panel-Surya, 2011
Monokristal (Mono-crystalline) Merupakan sel surya yang paling efisien, menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling tinggi. Memiliki efisiensi sampai dengan 15%. Kelemahan dari panel jenis ini adalah tidak akan berfungsi baik ditempat yang cahaya mataharinya kurang (teduh), efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca berawan.
Gambar 2. 3 Panel Surya Monokristal Sumber : Artikel Panel-Surya, 2011
Amorphous Silikon amosphous (a-Si) digunakan sebagai bahan baku panel sel surya untuk kalkulator pada waktu tertentu. Meskipun kinerjanya rendah daripada sel surya c-Si (crystaline) tradisional, hal ini tidak terlalu penting dalam kalkulator, yang menggunakan tenaga yang sangat minim. Saat ini, perkembangan pada teknik a-Si membuat mereka menjadi lebih efektif untuk area yang luas yang digunakan solar cells panel. Efisiensi tinggi dapat dicapai dengan penyusunan beberapa layar sel a-Si yang tipis di bagian atas satu sama lain, setiap rangkaian diatur untuk bekerja dengan pada frekuensi cahaya tertentu. Pendekatan ini tidak berlaku untuk sel c-Si, dimana sangat tebal sebagai hasil dari teknik pembangunan dan buram, menghalangi cahaya pada lapisan di tiap susunan. Keuntungan dasar dari a-Si dalam skala produksi yang besar bukan pada efisiensi, tetapi pada biaya. Sel a-Si menggunakan sekitar 1% silikon daripada sell c-Si, dan biaya untuk silikon adalah faktor terbesar dalam biaya sel.
Gambar 2. 4 Panel Surya Amourphous Sumber : Artikel Panel-Surya, 2011
Coumpound (Gallium Arsenide) Gallium Arsenide dapat mengkonversi sekitar 40% radiasi matahari menjadi listrik, sehingga dua kali lebih efektif dibandingkan silikon. Efisiensi ini membuat gallium arsenide menjadi bahan pilihan untuk membangun sel surya pesawat ruang angkasa, tetapi harga gallium arsenide selangit.
Gambar 2. 5 Panel Surya Coumpound pada Satelit Komunikasi Luar Angkasa Sumber : Artikel Panel-Surya, 2011
Tabel 2. 1 Jenis Bahan Pembuatan Solar Panel Jenis Bahan
Mono
Efisiensi Perubahan Daya Sangat Baik
Daya Tahan
Biaya
Poly
Baik
Sangat Baik
Sangat Baik
Amorphous
Cukup Baik
Cukup Baik
Baik
Coumpound Sangat Baik (GaAs)
Sangat Baik
Cukup Baik
Keterangan
Penggunaan
Sangat Baik
Baik
Kegunaan Pemakaian Luas
Sehari-hari
Cocok untuk produksi massal dimasa depan Bekerja baik dalam pencahayaan fluorescent Berat & Rapuh
Sehari-hari
Sehari-hari & perangkat komersial (kalkulator) Pemakaian di luar angkasa
Sumber : Artikel Panel-Surya, 2011
2.1.6 Faktor Pengoperasian Solar Cell Beberapa faktor dari pengoperasian sel surya agar mendapatkan nilai yang maksimum sangat tergantung pada: A. Ambient temperature udara Sebuah sel surya dapat beroperasi secara maksimum jika temperature sel tetap normal pada 25 derajat Celsius. Kenaikan temperature lebih tinggi dari temperature normal pada sel surya akan melemahkan tegangan Voc. B. Radiasi Radiasi matahari dibumi pada lokasi yang berbeda akan bervariable dan sangat tergantung dengan keadaan sepektrum matahari ke bumi. Insolasion matahari akan banyak berpengaruh terhadap arus (I) dan sedikit terhadap tegangan (v).
C. Kecepatan angin bertiup Kecepatan tiupan angin disekitar lokasi sel surya akan sangat membantu terhadap pendinginan temperature permukaan sel surya sehingga temperature dapat terjaga dikisaran 25 derajat Celsius. D. Keadaan atmosfir bumi Keadaan atmosfir bumi berawan, mendung, jenis partikel debu udara, asap, uap air udara, kabut dan polusi sangat menentukan hasil maksimum arus listrik dari sel surya. E. Orientasi panel kearah matahari secara optimum Orintasi dari rangkaian panel kearah matahari secara optimum adalah sangat penting untuk menghasilkan energi yang maksimum. Selain arah orientasi sudut orientasi ( tilt engle ) dari panel juga sangat mempengaruhi hasil energi yang maksimum. Untuk lokasi yang terletak di belahan utara latitude, maka panel sebaiknya diorientasikan ke selatan. Begitu juga yang letaknya di belahan selatan latitude, maka panel sebaiknya diorientasikan ke utara. Walaupun panel diorientasikan ke barat atau ke timur akan tetap menghasilkan energi, tetapi tidak akan menghasilkan energi yang maksimum.21 .
2.2 Battery Control Regulator (BCR)
Gambar 2. 6 Battery Control Regulator (BCR)
Solar Charge Controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan diambil dari baterai ke beban. Solar charge controller mengatur overcharging (kelebihan pengisian – karena batere sudah ‗penuh‘) dan kelebihan voltase dari panel surya/solar cell. Kelebihan voltase dan pengisian akan mengurangi umur baterai. Solar charge controller menerapkan teknologi Pulse width modulotion (PWM) untuk mengatur fungsi pengisian baterai dan pembebasan arus dari baterai ke beban. Panel surya/solar cell 12 Volt umumnya memiliki tegangan output 16 – 21 Volt. Jadi tanpa solar charge controller, baterai akan rusak oleh overcharging dan ketidakstabilan tegangan. Baterai umumnya di-charge pada tegangan 14 – 14.7 Volt. Beberapa fungsi detail dari solar charge controller adalah sebagai berikut:
Mengatur arus untuk pengisian ke baterai, menghindari overcharging, dan overvoltage.
Mengatur arus yang dibebaskan/ diambil dari baterai agar baterai tidak ‗full discharge‘, dan overloading.
Monitoring temperatur baterai.
Untuk membeli solar charge controller yang harus diperhatikan adalah:
Voltage 12 Volt DC / 24 Volt DC
Kemampuan (dalam arus searah) dari controller. Misalnya 5 Ampere, 10 Ampere, dsb.
Full charge dan low voltage cut
Seperti yang telah disebutkan di atas solar charge controller yang baik biasanya mempunyai kemampuan mendeteksi kapasitas baterai. Bila baterai sudah penuh terisi maka secara otomatis pengisian arus dari panel surya/solar cell berhenti. Cara deteksi adalah melalui monitor level tegangan batere. Solar charge controller akan mengisi baterai sampai level tegangan tertentu, kemudian apabila level tegangan drop, maka baterai akan diisi kembali. Solar Charge Controller biasanya terdiri dari : 1 input ( 2 terminal ) yang terhubung dengan output panel surya/solar cell, 1 output ( 2 terminal ) yang terhubung dengan baterai/aki dan 1 output ( 2 terminal ) yang terhubung dengan beban ( load ). Arus listrik DC yang berasal dari baterai tidak mungkin masuk ke panel sel surya karena biasanya ada ‗diode protection‘ yang hanya melewatkan arus listrik DC dari panel surya / solar cell ke baterai, bukan sebaliknya. Charge Controller bahkan ada yang mempunyai lebih dari 1 sumber daya, yaitu bukan hanya berasal dari matahari, tapi juga bisa berasal dari tenaga angin ataupun mikro hidro. Di pasaran sudah banyak ditemui charge controller ‗tandem‘ yaitu mempunyai 2 input yang berasal dari matahari dan angin. Untuk ini energi yang dihasilkan menjadi berlipat ganda karena angin bisa bertiup kapan saja, sehingga keterbatasan waktu yang tidak bisa disuplai energi matahari secara full, dapat disupport oleh tenaga angin. Bila kecepatan rata-rata angin terpenuhi maka daya listrik per bulannya bisa jauh lebih besar dari energi matahari.
2.3 Baterai (Accu)
Gambar 2. 7 Baterai
Baterai adalah obyek kimia penyimpan arus listrik. Dalam sistem solar cell, energi listrik dalam baterai digunakan pada malam hari dan hari mendung. Karena intensitas sinar matahari bervariasi sepanjang hari, baterai memberikan energi yang konstan. Baterai tidak seratus persen efisien, beberapa energi hilang seperti panas dari reaksi kimia, selama charging dan discharging. Charging adalah saat energi listrik diberikan kepada baterai, discharging adalah pada saat energi listrik diambil dari baterai. Satu cycle adalah charging dan discharging. Dalam sistem solar cell, satu hari dapat merupakan contoh satu cycle baterai (sepanjang hari charging, malam digunakan/ discharging). Baterai tersedia dalam berbagai jenis dan ukuran. Ada dua jenis baterai yaitu "disposable" dan rechargeable. Baterai rechargeable digunakan oleh sistem solar cell adalah aki/ baterai lead-acid. Untuk menghitung satuan kapasitas baterai yang akan dipakai, dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut :
Keterangan : Ah = satuan kapasitas baterai (Ampere hour) ET = Jumlah Beban (Wh) VS = Tegangan Sumber Baterai (Volt) Dari rumus diatas dapat diketahui besar kapasitas baterai yang dibutuhkan adalah :
Keterangan: CB d
= Kapasitas Baterai (Ah) = Waktu maksimal penyimpanan energi baterai (hari)
DOD = Besar energi yang bisa tersimpan pada baterai (maks. 80%)
2.4 Inverter Inverter adalah rangkaian elektronika daya yang digunakan untuk mengkonversikan tegangan searah (DC) ke suatu tegangan bolak-balik (AC). Inverter mengkonversi arus DC 12/24 volt dari sumber arus backup seperti baterai, panel surya / solar cell menjadi AC 220 volt setara PLN.
Gambar 2. 8 Inverter Sumber : Artikel solar cell / solar panel
2.5 Relay
Gambar 2. 9 Relay Sumber : Prinsip Kerja Relay, 2011
Relay adalah komponen listrik yang bekerja berdasarkan prinsip induksi medan elektromagnetis. Jika sebuah penghantar dialiri oleh arus listrik, maka di sekitar penghantar tersebut timbul medan magnet. Medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik tersebut selanjutnya diinduksikan ke logam ferromagnetis.
Gambar 2. 10 Skema Relay Elektromekanik
Relay terdiri dari coil dan contact. coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close).
Gambar 2. 11 Rangkaian dan Simbol Relay Sumber : Fungsi dan Jenis-jenis Relay, 2012
Secara sederhana prinsip kerja dari relay : ketika Coil mendapat energi listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup. Sebenarnya aplikasi relay banyak sekali. Dari mobil-mobilan, kulkas, lampu sein motor dan mobil, pompa air otomatis, hingga peralatan pada pesat terbang. Dari relay yang jenisnya kecil hingga yang mempunyai daya besar. Ketentuan rating relay tertera pada PUIL 2000 yaitu 1.15 x In (arus nominal). Dari relai DC 5 volt, 12 volt hingga yang bervoltase tinggi. Keuntungan kita dalam menggunakan relay: 1. Kita bisa membuat rangkaian otomatis penyambung/pemutus (switch) tegangan AC dan DC 2. Relay bisa digunakan pada switch tegangan tinggi 3. Relay juga menjadi solusi pada switch dengan arus yang besar 4. Bisa melakukan swith pada banyak kontak dalam waktu yang bersamaan.
2.6 Sensor Basah Kering
Gambar 2. 12 Sensor Kelembaban Tanah
Saklar yang digunakan dalam rangkaian ini adalah sensor basah kering. Pada saat tanah kekurangan asupan air, maka sensor akan mendeteksinya yang kemudian akan meng-energize-kan relay dan selanjutnya pompa akan aktif bersamaan dengan waktu yang telah disetting pada timer. Sensor ini dapat
diaplikasikan pada
penyiraman
tanaman otomatis,
sehingga
memudahkan kita dalam proses menyiram tanaman.
2.7 Timer
Gambar 2. 13 Timer
Timer ini berfungsi sebagai alat penghitung waktu, manakala waktu yang telah ditetapkan tercapai maka output kontaknya akan bekerja. Ada
dua macam jenis timer, pertama timer on delay kedua timer off delay. Timer on delay bekerja ketika tegangan supply masuk, sedangkan timer off delay bekerja pada saat tegangan supply terputus atau off. Cara Kerja Timer : Pada saat timer ditenagai atau mendapatkan supply tegangan, maka timer akan mulai menghitung, ketika jumlah hitungan actual sama dengan setting ( jarum merah ), maka kontak output timer akan bekerja, Kontak timer berupa normally close (nc) dan normally open (no). Salah satu contoh penggunaan timer adalah, digunakan untuk memberi delay / timing pada sarana input atau masukan dari sensor seperti photo sensor atau lainnya, sehingga ketika sensor bekerja, akan didelay terlebih dulu oleh timer tsb. Hal ini bertujuan melindungi rangkaian agar tidak onoff ketika sensor tertutup benda yang hanya sekilas lalu saja. ( dalam hal ini tergantung pemakaiannya ).
2.8 Pompa Air
Gambar 2. 14 Pompa Air (Water Pump) Sumber : Daftar Harga Pompa Air, 2013
Pompa air adalah suatu mesin yang digunakan untuk memindahkan cairan dari satu tempat ke tempat lain, melalui suatu media pipa (saluran) dengan cara menambah energi pada cairan, yang dipindahkan dan berlangsung kontinyu.
Pompa digunakan untuk mesuplay cairan bertekanan rendah dan tinggi dengan kecepatan aliran yang tinggi dan rendah, yang bergantung pada aplikasinya. Pada dasarnya pembelian pompa air didasarkan pada beberapa hal berikut ini : 1. Ketinggian air yang ingin dicapai 2. Volume air yang diinginkan 3. Daya listrik yang tersedia Ketinggian air yang ingin di capai dapat ditentukan melalui : a. Ketinggian torrent / penampungan air b. Ketinggain titik air (misalnya keran di lantai 2) Untuk dapat mencapai ketinggian tertentu, maka air sangat memerlukan tekanan, karena itu usahakan agar hambatan air dapat dikurangi. Hambatan air dapat terjadi karena : - Belokan pada pipa air - Saring Biasanya semakin cepat putaran mesin pompa, maka akan semakin besar pula aliran air yang dapat dihasilkan. Karena itu volume air biasanya (walaupun tidak selalu) identik dengan besarnya konsumsi daya dari pompa tersebut. Berikut adalah gejala-gejala kerusakan pada pompa air:
Mesin cepat panas
Seal pada pompa air mengalami kebocoran
Timbul bunyi berdecit dari pompa air
2.9 Sprinkle
Gambar 2. 15 Sprinkle
Sprinkle adalah sebuah perangkat yang menyebarkan cairan (biasanya air) dalam tetes atau partikel. Sprinkle merupakan alat yang sering digunakan untuk menyiram tanaman, biasanya hanya berupa rerumputan dan tanaman yang tumbuh tidak terlalu tinggi. Sprinkle digunakan untuk mempermudah penyiraman karena bisa menjangkau area dengan radius tertentu dengan adanya putaran. Sebuah sistem bertekanan dimana air disalurkan melalui pipa ke lapangan dan diterapkan melalui berbagai outlet sprinkle kepala atau nozel. Dapat digunakan sebagai bagian dari sistem perlindungan kebakaran dan penyiram tanaman. Prinsip Kerja: Sprinkle memanfaatkan debit aliran fluida yang bersumber dari keran air. Putarannya memanfaatkan momentum yang dihasilkan oleh laju aliran air yang keluar dari lubang nozzle.
2.10 MCB (Mini Circuit Breaker)
Gambar 2. 16 MCB (Mini Circuit Breaker) Sumber : Arti Dan Fungsi MCB, 2011
Singkatan MCB adalah Mini Circuit Breaker yang memiliki fungsi sebagai alat pengaman arus lebih. MCB ini memproteksi arus lebih yang disebabkan terjadinya beban lebih dan arus lebih karena adanya hubungan pendek. Dengan demikian prinsip dasar bekerjanya yaitu untuk pemutusan hubungan yang disebabkan beban lebih dengan relai arus lebih seketika digunakan electromagnet. Bila bimetal ataupun electromagnet bekerja, maka ini akan memutus hubungan kontak yang terletak pada pemadam busur dan membuka saklar. MCB untuk rumah seperti pada pengaman lebur diutamakan untuk proteksi hubungan pendek, sehingga pemakaiannya lebih diutamakan untuk mengamankan instalasi atau konduktornya. Sedang MCB pada APP diutamakan sebagai pembawa arus dengan karakteristik CL (current limiter) disamping itu juga sebagai gawai pengaman arus hubung pendek yang bekerja seketika. MCB yang khusus digunakan oleh PLN mempunyai tombol biru. MCB pada saat sekarang paling banyak digunakan untuk instalasi rumah ataupun instalasi industri maupun instalasi gedung bertingkat. Dasar pemilihan rating arus MCB yang ingin dipakai di perumahan tentu disesuaikan dengan besarnya langganan daya listrik PLN yang
terpasang. Ketentuan rating arus MCB tertera pada PUIL 2000 yaitu 1.25 x In (arus nominal). Karena PLN sendiri menetapkan besar langganan listrik perumahan sesuai rating arus dari MCB yang diproduksi untuk pasar dalam negeri.
2.11 Kabel Kabel adalah kawat penghantar listrik berisolasi tunggal. Dapat juga dua atau lebih kawat berisolasi bersama-sama merupakan kesatuan. Kabel kawat (penghantar arus listrik) berbungkus karet, plastic yang juga digunakan sebagai bahan penyekat. Kabel dalam bahasa Inggris disebut cable merupakan sebuah alat yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal dari satu tempat ke tempat lain. Kabel seiring dengan perkembangannya dari waktu ke waktu terdiri dari berbagai jenis dan ukuran yang membedakan satu dengan lainnya Berdasarkan jenisnya, kabel terbagi menjadi 3 yakni kabel tembaga (copper), kabel koaksial, dan kabel serat optik. Ketentuan rating kabel tertera pada PUIL 2000 yaitu 1.1 x In (arus nominal). Secara general, kabel memiliki fungsi sebagai media transimisi yang berperan untuk mempercepat penyampaian pesan. Setiap kabel memiliki spesialisasi fungsi yang berbeda-beda. Kabel tembaga seringkali digunakan sebagai penghubung ke jaringan telepon dan Ethernet. Kabel koaksial sering kita gunakan pada televisi dan radio. Sedangkan, kabel fiber optik sering kita gunakan sebagai jalinan penghubung bawah laut (underwater lines) merupakan media transmisi antar samudera, qube, dan video pay per view. 2.11.1 Kabel NYAF Kabel NYAF merupakan jenis fleksibel dengan penghantar tembaga serabut berisolasi PVC. Digunakan untuk instalasi panel panel yang memerlukan fleksibelitas yang tinggi.
Gambar 2. 17 Kabel NYAF Sumber : Sambunga Kabel Tunggal, 2012
Tabel 2. 2 Technical Data
Sumber : Data Sheet Federal Electric Wire
2.11.2 Kabel NYM Digunakan untuk kabel instalasi listrik rumah atau gedung dan sistem tenaga. Kabel NYM berinti lebih dari 1, memiliki lapisan isolasi PVC (biasanya warna putih atau abu-abu), ada yang berinti 2, 3 atau 4. Kabel NYM memiliki lapisan isolasi dua lapis, sehingga tingkat keamanannya lebih baik dari kabel NYA (harganya lebih mahal dari NYA). Kabel ini dapat dipergunakan dilingkungan yang kering dan basah, namun tidak boleh ditanam .
Gambar 2. 18 Kabel NYM Sumber : http://pamularmx.blogspot.com/2013/05/mengenal-jenis-kabellistrik-nya-nym.html
PUIL 2000 memberikan ketentuan mengenai besarnya diameter dari penghantar kabel dan maksimum KHA terus-menerus yang diperbolehkan pada kabel. Tabel 2. 3 Tabel Kuat Hantar Arus NYAF
Jenis Penghanta r 1
NYFA NYFAF NYFAZ NYFAD NYA NYAF NYFAw NYFAFw NYFAZw NYFADw dan NYL
Luas penampang nominal
KH A terus mene rus Pemasangan Pemasangan (x)
dalam pipa sesuai 7.13 mm² 2
(xx)
di udara sesuai 7.12.1
KHA pengenal gawai proteksi Pemasangan dalam pipa
Pemasangan di udara
A 3
A 4
A 5
A 6
0,5 0,75
2,5 7
15
2 4
10
1 1,5 2,5
11 15 20
19 24 32
6 10 16
10 20 25
4 6 10
25 33 45
42 54 73
20 25 35
35 50 63
16 25 35
61 83 103
98 129 158
50 63 80
80 100 125
50 70 95
132 165 197
198 245 292
100 125 160
160 200 250
120 150 185
235 -
344 391 448
250 -
315 315 400
240 300 400
-
5285 608 726
-
400 500 630
-
830
-
630
Sumber : PUIL 2000, hal : 301 500
Tabel 2. 4 Tabel Kuat Hantar Arus NYM
Jenis kabel
Luas penampang
KHA terus menerus
KHA pengenal gawai proteksi
1
mm² 2
A 3
A 4
1,5 2,5 4
18 26 34
10 20 25
6 10 16
44 61 82
35 50 63
25 35 50
108 135 168
80 100 125
70 95 120
207 250 292
160 200 250
150 185 240
335 382 453
250 315 400
300 400 500
504 -
400 -
NYIF NYIFY NYPLYw NYM/NYM-0 NYRAMZ NYRUZY NYRUZYr NHYRUZY NHYRUZYr NYBUY NYLRZY, dan Kabel fleksibel berisolasi PVC
Sumber : PUIL 2000, hal : 303
BAB III PERANCANGAN POMPA OTOMATIS PADA PENYIRAM TANAMAN DENGAN SOLAR CELL SEBAGAI CATU DAYA
3.1. Blok Diagram Pompa Otomatis Pada Penyiram Tanaman Dengan Solar Cell Sebagai Catu Daya Blok diagram diperlihatkan pada gambar 3.1 yaitu diagram yang menggambarkan proses kerja dari sistem dimana terdapat beberapa bagian dari blok diagram, antara lain yaitu input, pengontrol dan output.
Matahari (PV)
Panel Sel Surya
Battery Charger Regulator (BCR)
Baterai
Inverter
Pompa
Sprinkle
Pengendali Gambar 3. 1 Blok Diagram
Input dari sistem adalah energi sinar matahari, dimana sinar matahari akan diubah menjadi energi listrik. Energi listrik kemudian akan disimpan pada suatu media penyimpanan
energi yaitu baterai. Dalam proses
pengisian, bila media penyimpanan energi listrik telah penuh maka proses
tersebut adalah proses regulasi sehingga tegangan yang dihasilkan stabil. Energi yang dihasilkan berbentuk tegangan dan arus searah DC 12 Volt. Pada sistem ini energi yang dipakai adalah tegangan dan arus bolak-balik maka energi yang telah tersimpan akan diubah dengan menggunakan inverter. Output tegangan solar cell yang telah diregulasi akan dikontrol oleh rangkaina kontrol otomatis yaitu control on-off untuk menghubungkan dan memutuskan arus pada beban (pompa).
3.2 Perancangan Rangkaian Kendali Pompa Otomatis 3.2.1 Diagram Alir Pengendali Berikut ini adalah diagram alir pengendali yang menggambarkan proses kerja dari pengendalian pompa otomatis.
Start
Tidak
Sensor Ya
Tidak
Timer Ya
Relay
Pompa Gambar 3. 2 Diagram Alir Pengendali
3.2.2 Diagram Rangkaian Pengendali 12 V
5V
220VAC
220Ω
sensor BC557 104
RELAY 5V
4k7Ω
RELAY 12V
TIMER 22OVAC
RELAY 12V
M
Gambar 3. 3 Rangkaian Pengendali
Perancangan rangkaian kendali adalah berupa rangkaian yang menggunakan pengendali konvensional. Rancangan ini memiliki beberapa komponen utama, yaitu : a. Relay Relay pada rangkaian ini sangat berperan penting yaitu sebagai penghubung dan pemutus arus listrik dari sumber tegangan ke beban (pompa) dan juga sebagai penguat pada sensor.
b. Sensor Dalam rangkaian ini sensor yang digunakan adalah sensor basah kering yang ditanamkan kedalam tanah. Sensor akan mendeteksi kadar air dalam tanah. Apabila asupan air kurang (tanah kering) maka akan terdeteksi oleh sensor, kemudian sensor
akan
mengaktifkan
pompa
untuk
melakukan
penyiraman secara otomatis melalui sprinkle.
c. Timer Timer ini berfungsi sebagai alat penghitung waktu, manakala waktu yang telah ditetapkan tercapai maka output kontaknya akan bekerja. Pada rangkaian ini timer diatur agar bekerja pada pagi hari pukul 07.00 – 08.00 WIB dan sore hari pada pukul 17.00 – 18.00 WIB.
Gambar 3. 4 Lahan Percobaan
3.3 Perancangan Alat 3.3.1 Prinsip Kerja Alat Cara kerja sel surya sendiri sebenarnya identik dengan piranti semikonduktor dioda. Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan semi-konduktor, terjadi pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh perjalanan menuju bahan semi-konduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan sigma gaya-gaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan semi-konduktor, menyebabkan aliran medan listrik. Dan menyebabkan elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir untuk digunakan pada perabot listrik.
Gambar 3. 5 Sel Surya sebagai Komponen Utama PLTS
Agar energi listrik yang dihasilkan juga dapat digunakan pada kondisi-kondisi seperti pada malam hari (kondisi saat panel surya tidak disinari cahaya matahari), maka keluaran dari panel surya harus dihubungkan ke sebuah media penyimpanan yaitu baterai. Tetapi tidak langsung dihubungkan begitu saja dari panel surya ke baterai, namun harus dihubungkan ke rangkaian regulator dimana dalam rangkaian tersebut terdapat rangkaian pengisi baterai otomatis (Automatic charger). Fungsi dari regulator ini adalah untuk meregulasi tegangan keluaran dari panel surya dan mengatur arus yang masuk ke baterai secara otomatis. Selain itu regulator berfungsi untuk menghubungkan
dan memutuskan aliran arus dari panel surya ke baterai secara otomatis dan juga berfungsi untuk memutuskan aliran arus dari baterai ke beban bila terjadi hubung singkat ataupun beban yang berlebihan. Namun energi listrik yang dihasilkan belum dapat digunakan oleh pompa air yang bersumber tegangan AC, sehingga terlebih dahulu tegangan DC diubah menjadi tegangan AC dengan menggunakan Inverter. Inverter adalah rangkaian elektronika daya yang digunakan untuk mengkonversikan tegangan searah (DC) ke suatu tegangan bolak-balik (AC). Pengaktifan pompa air berdasarkan kurangnya asupan air pada tanah yang terdeteksi oleh sensor air dan dengan menggunakan Timer sebagai penjadwalan maka dapat diatur waktu penyiraman tanaman sesuai dengan kebutuhannya, yaitu pada pagi dan sore hari. Bila sensor mendeteksi adanya kekurangan air pada tanaman dan dalam keadaan jadwal, maka pompa secara otomatis akan bekerja dan mengaktifkan sprinkle untuk menyiram. Panel surya sebenarnya dapat langsung digunakan tanpa diberi rangkaian regulator ataupun baterai, tetapi ini tidak dilakukan karena dapat membebani kinerja dari panel ( akibat adanya beban berlebihan) sehingga tidak akan terjadi kerusakan yang fatal pada panel surya tersebut. Selain itu regulator ini juga berfungsi untuk mengamankan dari terjadinya kelebihan beban dari panel surya sehingga panel surya tidak cepat rusak. Untuk melindungi baterai akibat adanya beban yang berlebihan (over load) ataupun hubung singkat pada beban, maka sebelum baterai dihubungkan langsung harus melewati rangkaian proteksi. 3.3.2 Pemilihan Komponen Dalam perancangan alat ini diperlukan ketepatan pemilihan komponen. Bila pemilihan komponen kurang tepat akan terjadi permasalahan pada kerja alat yang akan dibuat. Ketelitian dan toleransi dari komponen sangat mempengaruhi ketepatan kerja alat
tersebut. Biasanya, penentuan komponen yang akan digunakan adalah jenis komponen yang mudah didapatkan dipasaran dan ekonomis. 3.3.2.1 Beban a. Pompa Air Beban yang dipakai dalam perancangan alat ini adalah pompa air. Berikut adalah spesifikasi pompa air :
Model : HC – 125 A
Daya Masukan : 230 Watt
Daya Keluaran : 125 Watt
Tegangan : 220 Volt AC
Frekuensi : 50 Hz
Tinggi Dorong : 28 meter
Tinggi Hisap : Maks. 9 meter
b. Sprinkle Sprinkle yang digunakan memiliki 3 katup yang masingmasing memiliki 5 keluaran sprinkle atau nozel. Sprinkle berputar dengan sudut 360°. 3.3.2.2 Panel Surya Untuk membangun suatu Solar System, langkah pertama adalah menghitung berapa kebutuhan daya yang harus disediakan oleh perangkat Solar System. Hitung berapa watt daya yang akan disupply, dan berapa jam
perhari
pemakaian,
hasil
dari
perhitungan
ini
menghasilkan daya dalam satuan watt jam perhari. Pada perancangan alat ini, daya yang akan disupply sebesar 125 Watt dengan pemakaian selama 2 jam perhari.
Pada modul surya akan selalu ada daya yang hilang, besarnya tergantung pada jenis dan kualitas dari modul surya, untuk amannya maka kalikan total watt jam perhari dengan 1,3.
Di Indonesia umumnya energi surya yang dapat diserap dan dikonversi kedalam energi listrik berlangsung selama 4 jam, karena itu untuk menghitung berapa kebutuhan modul surya adalah dengan cara membagi angka kebutuhan daya tersebut dengan 4.
Misalnya panel surya yang akan digunakan adalah berukuran 100 WP, maka kebutuhan modul surya adalah nilai kebutuhan watt peak tersebut dibagi dengan nilai daya panel surya.
(dibulatkan menjadi 1 ) Jadi modul surya yang dibutuhkan adalah 1 modul surya dengan ukuran 100 WP.
Berikut spesifikasi solar cell 100 WP yang digunakan : o Model
: SYSM100S-
02 o Maximum Power (Pm)
:100
W o Open Circuit Voltage (Voc)
: 19.35 V
o Short Circuit Current (Isc)
: 5.17 A
o Maximum Power Voltage (Vmp)
: 22.60 V
o Maximum Power Current (Imp)
: 5.53 A
o Working Temperature
:
-
45°C
to
+85°C o Tolerance
: ± 3%
3.3.2.3 Battery Charger Regulator Beban pada sistem PLTS mengambil energi dari penyimpanan energi pada baterai melalui BCR. Kapasitas arus yang mengalir pada BCR dapat ditentukan dengan mengetahui kapasitas baterai yang digunakan.
Jadi kapasitas BCR yang digunakan sebesar 10 Ampere. 3.3.2.4 Battery Satuan energi (dalam Wh) dikonversikan menjadi Ah yang sesuai dengan satuan kapasitas baterai sebagai berikut :
= 10.42 Ah
Hari otonomi yang ditentukan adalah tiga hari, dengan mempertimbangkan karena kota Medan sering terjadi hujan. Jadi baterai menyimpan energi dan dapat menyalurkan energi selama 3 hari. Besarnya deep of discharge ( DOD ) pada baterai adalah 80% (Mark Hawkins, 1991). Kapasitas baterai yang dibutuhkan adalah:
Jadi, baterai yang dipilih yaitu baterai yang memiliki kapasitas 45 Ah.
3.3.2.5 Inverter Spesifikasi inverter harus sesuai dengan Baterai Charge Regulator (BCR) yang digunakan. Berdasarkan tegangan sistem dan perhitungan BCR, maka tegangan masuk (input) dari inverter 12 volt DC. Tegangan keluaran (output) dari inverter yang tersambung ke beban adalah 220 volt AC. Arus yang mengalir dari inverter juga harus sesuai dengan arus yang mengalir dari BCR. Berdasarkan perhitungan kapasitas BCR, arus maksimal yang dapat melalui BCR sebesar 4.5 A. Berarti kapasitas arus inverter yang digunakan sebesar 10 A.
3.3.2.6 Kabel Kabel yang digunakan yaitu :
Kabel NYAF 2x4mm2 Kabel NYM 1x1.5mm2 Kabel speaker
3.4 Alat Dan Bahan Adapun Alat dan bahan yang digunakan dan dipakai dalam perancangan pompa otomatis ini adalah sebagai berikut : Tabel 3. 1 Alat Yang Digunakan No
Alat
Spesifikasi
Jumlah
Satuan
1
Bor Listrik
1
Buah
2
Mata Bor
2
Buah
3
Obeng
1
Buah
4
Gergaji Besi
1
Buah
5
Kunci Pas
1
Buah
6
Soldier
1
Buah
7
Tang
1
Buah
8
Multimeter
1
Buah
Plus minus
12
Lancip dan kombinasi
Tabel 3. 2 Bahan Yang Digunakan No
Bahan
Spesifikasi
Jumlah
Satuan
1 2 3
Panel sel Surya Inverter Pompa Air
100 Wp 500W HC – 125 A 125 Watt
1 1 1
Buah Buah Buah
4
Sprinkle
1
Buah
5
Sensor Basah Kering
1
Buah
6
Kabel NYM
4 mm2
7
Kabel NYAF
1,5 mm2
8
Kabel Speaker
9 10
BCR ( Baterai Charger Controler ) Baterai Basah (Accu)
11
Timer
12
MCB
13
12 V 10 A
1
Buah
Ns 60 VIOS 12 V 45 Ah
1
Buah
1
Buah
32 A
1
Buah
Box Panel
40 x 30 cm
1
Buah
14
Lampu Tanda Hijau
220 Volt
1
Buah
15
Lampu Tanda Merah
12 Volt
1
Buah
16
Selector Switch
CA-111 3p (1-0-2)
1
Buah
17
Line Up Terminal
2
Buah
18
Relay
2
Buah
12 V
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN
4.1. Rangkaian Pengawatan Pompa Otomatis Pada Tanaman Dengan Solar Cell Sebagai Catu daya
Penyiram
Rangkaian pengawatan pompa otomatis diperlihatkan pada gambar 4.1 yaitu rangkaian yang menggambarkan proses kerja keseluruhan dari alat ini.
PENEL SOLAR CELL
+
LM POWER
LM PUMP ON
+
-
INVERTER
-
+
F CONTROL BATERAI
+
-
SI
so
K SENSOR
V 30DC A 30DC +
-
BATERAI
a
K SENSOR a
7
b
b
KM 24 KM21
Gambar 4. 1 Rangkaian Pengawatan
Catatan : Diagram kontrol dapat dilihat pada lampiran 1
8
KT26
A 10AC
2
K20
1
2
Pump 125 W AC
V 500AC
4.1.1 Pengujian Rangkaian Pengendali Saklar yang digunakan dalam rangkaian ini adalah sensor basah kering. Pada saat tanah kekurangan asupan air, maka sensor akan mendeteksinya yang kemudian akan meng-energize-kan relay dan selanjutnya pompa akan aktif bersamaan dengan waktu yang telah disetting pada timer. 4.1.2 Pengujian Tegangan Open Circuit Panel Surya
PANEL SURYA
V
BCR
ACCU
Gambar 4. 2 Rangkaian Pengujian Tegangan Open Circuit Panel Surya
Tabel 4. 1 Data Pengukuran Tegangan Open Circuit Panel Surya Hari Pertama Pukul
Tegangan (volt)
Cuaca
10.00
18.9
Cerah
10.30
19.6
Cerah
11.00
19.8
Cerah
11.30
19.5
Cerah
12.00
20
Terik
12.30
19.3
Cerah
13.00
19.5
Cerah
13.30
17.2
Cerah
14.00
18.5
Cerah
14.30
18.7
Cerah
15.00
20.2
Terik
15.30
17.3
Cerah
16.00
14.5
Berawan
16.30
14
Berawan
17.00
14.2
Berawan
*Pelaksanaan Pengukuran : Rabu, 21 Agustus 2013
Grafik Pengukuran Tegangan Open Circuit Panel Surya Tegangan (Volt)
22 20 18 16 14 12 8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
18.00
Pukul (jam)
Gambar 4. 3 Grafik Pengukuran Tegangan Open Circuit Panel Surya
Pada saat pengukuran tegangan open circuit panel surya ini kondisi cuaca terik, cerah dan berawan. Dari pengujian di atas di dapat bahwa tegangan keluaran rata-rata panel surya adalah sebesar 18,08 V. Serta dari grafik pengukuran tegangan open circuit diketahui bahwa keluaran dari tegangan open circuit panel surya sangat di pengaruhi oleh intensitas sinar matahari.
4.1.3 Pengujian Pengisian Baterai
PANEL SURYA
V A
BCR
12 V DC
A
V
ACCU
Gambar 4. 4 Rangkaian Pengujian Pengisian Baterai
Mengingat intensitas cahaya matahari yang senantiasa berubah – ubah (cerah, cerah berawan, terik, mendung, gerimis, hujan) tiap waktunya maka energi listrik yang dihasilkan oleh panel surya akan berbeda juga tiap waktunya. Berikut ini data hasil pengukuran pengisian baterai tanpa beban.
Tabel 4. 2 Data Pengukuran Pengisian Bateraia Pukul Vsolar cell Isolar cell VBaterai (WIB) (V) (A) (V) 08.00 12.54 3.6 12 08.30 12.76 3.6 12 09.00 13.07 4.2 12 09.30 13.43 4.6 12 10.00 14.03 4.9 12.6 10.30 14.23 4.9 13.2 11.00 14.46 5 13.5 11.30 14.61 5.7 14 12.00 14.78 6 14 30 Juli 12.30 14.96 5.3 14.1 2013 13.00 15.04 5.1 14.5 13.30 15.15 5.7 14.7 14.00 15.22 4.5 15 14.30 14.87 4 15 15.00 15.88 3.9 15 15.30 13.94 1.4 14 16.00 16.85 1.3 14 16.30 16.2 1.1 13.8 17.00 13.77 0.9 13.5 * Pelaksanaan Pengukuran : Selasa, 30 Juli 2013
Tanggal
IBaterai (A) 3 3 4 4.5 5 5.39 5.67 5.74 5.84 6 5.71 5.57 5.25 3.68 4.1 1.01 1 0.8 0.59
Cuaca Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Berawan Cerah Cerah Berawan
Grafik Pengukuran Pengisian Baterai 10
Arus Baterai (I)
8 6 4 2 0 7.00
9.00
11.00
13.00
15.00
Pukul (jam) Gambar 4. 5 Grafik Pengukuran Pengisian Baterai
17.00
Pin Baterai (Watt) 36 36 48 54 63 71.15 76.54 80.36 81.76 84.6 82.79 81.88 78.78 55.2 61.5 14.14 14 11.04 7.96
Dari grafik diatas maka dapat diketahui bahwa untuk mengetahui baterai yang diisi dari solar cell sudah penuh dapat dilihat dari arusnya yang akan mendekati nol. Dimana besar arus pada baterai tersebut berubah-ubah, hal tersebut dipengaruhi oleh cuaca. Cuaca sangat berpengaruh dalam pengisian baterai tersebut, apabila cuaca selalu cerah dan terik maka baterai akan semakin cepat terisi penuh, namun apabila cuaca selalu mendung dan hujan maka baterai akan semakin lama terisi hingga penuh. Dalam percobaan ini dapat dilihat bahwa arus baterai telah mendekati nol maka baterai dapat dikatakan sudah penuh. 4.1.4 Pengujian Pengosongan Baterai Pada Beban Penuh
Panel surya
BCR I N V
A V
Pompa
ACCU Gambar 4. 6 Rangkaian Pengujian Pengosongan Baterai Pada Beban Penuh
Tabel 4. 3 Data Pengukuran Pengosongan Baterai Pada Beban Penuh 125 Watt
Tanggal
Pukul
Tegangan (Volt)
Arus (Ampere)
Pout (Watt)
07.00
180
0.8
144
08.30
197
0.3
59.1
17.00
183
0.9
164.7
18.00
195
0.3
58.5
21 Agustus 2013
4.1.5 Pengujian Daya Tembak Air Sprinkel yang digunakan adalah sprinkle dengan 5 output pada kepala noozel dan berputar sebesar sudut 360° serta memiliki daya tembak 0.8 bar dengan jarak jangkauan tembak air ±1.5m.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan 5.1.1
Perancangan Pompa otomatis pada penyiram tanaman dengan solar cell sebagai catu daya berhasil dilakukan.
5.1.2
Kinerja sistem panel surya sangat dipengaruhi oleh faktor kondisi cuaca dan faktor kondisi beban.
5.1.3
Semakin tinggi tingkat kecerahan matahari, maka semakin besar energi listrik yang dihasilkan modul surya.
5.1.4
Pompa bekerja apabila sensor mendeteksi adanya kekurangan asupan air pada tanaman dan sesuai dengan jadwal penyiraman.
5.2 Saran Penulis telah berusaha sebaik mungkin dalam penyelesaian proyek tugas akhir ini. Namun, penulis sadar bahwa masih banyak kekurangan didalamnya. Oleh karena itu, untuk mendapatkan kesempurnaan alat ini, penulis memberikan beberapa saran, yaitu : 5.2.1
Untuk alat kontrol pemindah daya yang telah kami buat mungkin bisa dikembangkan dengan menggunakan mikrokontroler atau PLC.
5.2.2
Alat ini juga dapat diaplikasikan pada lapangan terbuka lainnya seperti : taman, lapangan golf, dll.
DAFTAR PUSTAKA
Ramadhan, Armand. 2011. PANEL SURYA. Jakarta.
Budianto, Hendra. 2011. ARTI DAN FUNGSI MCB. Jakarta.
Tanudjaja, Indrawan. BATERAI.Jakarta
Wardana, Meri. 2011. PRINSIP KERJA RELAY.
Haryono, Nono. 2012. CARA KERJA TIMER. Jakarta.
Pamula. 2013. MENGENAL JENIS KABEL LISTRIK. Kalimantan Barat.
unud-332-1209885641-BAB II. TINJAUAN PUSTAKA.pdf
www.tenaga-surya.com
LAMPIRAN a
0
1
2
3
4
5 A 15
b c
PANEL SURYA
V 15
6
7
8
9 20 b
A AC
20 c 20 c 20 d
V AC
d e f
A
INVERTER
M
S16f
g h MCB
BCR
i j
V DC
k A 10
A DC
V 11
l m
BATERAI
n
20 n
0 VAC
20 o
o
0 VDC
L N PE
p q r
No
s t
kVA
u
mm2 MCB 32 A
w
Swict Selektor
v
x y z
POLITEKNIK NEGERI MEDAN 0
1
2
3
DIAGRAM KONTROL 4
5
6
PAGE : 01 7
8
9
a
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
b 19 b c
30b
19c 19c 19 d
d e
KT26
S021
f g h
30g SENSOR KELEMBAPAN
KM21
SI21
i j k
7
l m
7
7
KM24
KM21
8
n
KT26
8
H27
H28
8 30n
o
L N PE
p q r
No
s t
kVA
u
w x y z POLITEKNIK NEGERI MEDAN 0
1
2
3
DIAGRAM KONTROL 4
5
6
Lampu tanda Pump On
mm2 Lampu tanda Suplay rangkaian ON
v
PAGE : 02 7
8
9
a
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
b 29 b c d e f
KM24
g 29g h i j k l m n o
L N PE
p q r
No
s t
kVA
u
mm2 POMPA AIR 125 WATT
v w x y
z POLITEKNIK NEGERI MEDAN 0
1
2
3
DIAGRAM KONTROL 4
5
6
PAGE : 03 7
8
9
