NASKAH PUBLIKASI DESAIN PENYIRAM TAMAN OTOMATIS TENAGA SURYA MENGACU PADA KELEMBABAN TANAH Disusun untuk Melengkapi Tugas Akhir dan Memenuhi Syarat-syarat untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta Diajukan oleh: JUNAIDI D400 110 046 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2015
HALAMAN PENGESAHAN NASKAH PUBLIKASI TUGAS AKHIR Naskah publikasi yang berjudul DESAIN PENYIRAM TAMAN OTOMATIS TENAGA SURYA MENGACU PADA KELEMBABAN TANAH, telah disetujui dan disahkan oleh Pembimbing Tugas Akhir sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dipersiapkan oleh : Nama NIM : JUNAIDI : D400110046 Disetujui pada : Hari : Tanggal : Pembimbing Pendamping, Hasyim Asy ari, S.T., M.T
DESAIN PENYIRAM TAMAN OTOMATIS TENAGA SURYA MENGACU PADA KELEMBABAN TANAH Junaidi, Aris Budiman, Hasyim Asy ari Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta junaidy0046@gmail.com ABSTRAKSI Berbagai penelitian dilakukan untuk mengolah energi matahari yang berlimpah luas di dunia, termasuk di Indonesia yang merupakan negara tropis. Sekarang ini penggunaan panel surya mulai dikembangkan sebagai sumber pembangkit energi listrik alternatif. Para peneliti mencari cara untuk memanfaatkan panel surya sebagai alat yang dapat meringankan dan berguna bagi masyarakat seperti penyiram taman yang bekerja secara otomatis dengan mempertimbangkan kelembaban tanah. Penelitian ini bertujuan untuk membuat desain penyiram taman otomatis tenaga surya mengacu pada kelembaban tanah. Pada penyiram taman otomatis tenaga surya metode yang dilakukan adalah merancang tempat untuk peletakan panel surya pada ketinggian 2 meter diatas permukaan tanah dengan sudut kemiringan 30 0, pemasangan sprinkler di daerah tanaman berada agar tanaman dapat tersirami air secara menyeluruh, dan pemasangan sensor kelembaban tanah di permukaan tanah dengan jarak 1 meter dengan harapan sensor dapat bekerja sesuai nilai kelembaban tanah. Cara pengamatan yang dilakukan adalah pengambilan data terkait nilai tegangan dan arus yang dihasilkan oleh panel surya, debit air, variasi semburan air dan lama waktu pompa air agar dapat menyuplai. Peralatan yang digunakan untuk pengukuran ini antara lain: luxmeter, digunakan untuk mengukur intensitas cahaya. Amperemeter, digunakan untuk mengukur arus DC. Multitester, digunakan untuk mengukur tegangan dan arus AC. Stopwatch, digunakan untuk menghitung lamanya waktu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa, pompa air aquarium dapat menyala dan mati secara otomatis tanpa perantara manusia, hal ini karena adanya sensor kelembaban tanah, apabila sensor menunjukkan nilai diatas 700 maka arduino uno akan menyalurkan daya output menuju rangkaian relay sehingga pompa air menyala. Sebaliknya, jika sensor kelembaban menunjukkan nilai kurang dari 700 maka arduino uno tidak menyalurkan daya output menuju rangkaian relay sehingga sumber DC dari baterai tidak dapat disalurkan ke pompa air. Pengujian pompa air tanpa menggunakan panel surya mampu menghidupkan pompa air aquarium selama 25 menit. Hal ini karena secara penuh energi disuplai oleh aki (accu). Sedangkan saat menggunakan panel surya untuk intensitas tertinggi yang didapat saat penelitian adalah 102.000 lux, mampu menghidupkan pompa air aquarium selama 55 menit. Pompa air aquarium dapat bekerja lebih lama dengan selisih waktu 30 menit dibanding tanpa menggunakan panel surya.
Kata kunci : penyiram taman otomatis, panel surya, arduino, sensor kelembaban tanah. 1. Pendahuluan energi sebelum energi listrik tersebut Energi matahari yang disediakan Tuhan untuk umat manusia khususnya di Indonesia sebagai negara yang memiliki iklim tropis sangatlah berlimpah. Selain berlimpah dan tidak habis dipakai, energi matahari juga tidak menimbulkan polusi. Energi matahari tidak dapat langsung dimanfaatkan secara langsung, untuk memanfaatkan energi matahari menjadi energi listrik, masih diperlukan peralatan seperti sel surya (solar cell) untuk mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik. Konversi energi merupakan suatu proses perubahan dimana bentuk energi dari yang satu menjadi bentuk energi lain yang dibutuhkan. Pernyataan tersebut mengartikan bahwa untuk memperoleh suatu bentuk energi, perlu adanya energi lain yang dikonversikan menjadi energi yang dibutuhkan tersebut. Salah satu contohnya untuk mendapatkan energi listrik yang tidak dapat diperoleh secara langsung, tetapi ada proses konversi didapat untuk dimanfaatkan sebagai alat yang berguna bagi masyarakat seperti penyiram taman otomatis. Penyiram tanaman ini dirancang untuk mengelola air dengan benar berdasarkan jenis tanah dan menjaga tanaman sehat dengan penyiraman tanaman pada waktu yang tepat, yaitu ketika jumlah curah hujan terbatas untuk penyediaan air pada tanaman yang dikendalikan dengan sensor kelembaban tanah. Sensor kelembaban tanah merupakan sensor yang mampu mendeteksi intensitas air di dalam tanah (moisture). Sensor ini berupa lempeng konduktor berbahan logam yang sangat sensitive terhadap muatan listrik. Kedua lempeng ini merupakan media yang akan menghantarkan tegangan analog yang nilainya relatif kecil. Tegangan ini nantinya akan diubah menjadi tegangan digital yang akan menjadi masukan sistem untuk diproses ke dalam mikrokontroler. Atas dasar kenyataan itu, perlu dihadirkan suatu alat yang dapat membantu meringankan kegiatan menyiram tanaman dalam bentuk
sistem yang dapat bekerja secara otomatis. Dengan menggunakan alat ini diharapkan penyiraman tanaman dapat dilakukan pada waktu dan saat yang tepat. Skripsi ini mengambil judul Desain Penyiram Taman Otomatis Tenaga Surya Mengacu Pada Kelembaban Tanah sebagai upaya untuk memperoleh energi alternatif dan dimanfaatkan sebagai media penyiram taman otomatis tanpa perantara manusia. 2. Metode Penelitian 2.1 Jadwal Penelitian Penelitian dan pembuatan laporan desain penyiram taman otomatis tenaga surya mengacu pada kelembaban tanah dilakukan dalam jangka waktu 10 minggu. Pada penelitian terdapat kendala yakni dalam pembelian bahan, sehingga waktu penelitian menjadi lebih lama dari jadwal yang telah dibuat sebelumnya. Tempat penelitian desain penyiram taman otomatis tenaga surya mengacu pada kelembaban tanah dilakukan di desa gumpang kecamatan kartasura tepatnya di lapangan gumpang. 2.2 Pengambilan Data Penelitian desain penyiram taman otomatis tenaga surya mengacu pada kelembaban tanah yang harus menjadi catatan antara lain : (1) Arus dan tegangan yang dihasilkan oleh panel surya; (2) Debit air dan variasi semburan air; dan (3) Lama waktu beban agar dapat menyuplai 2.3 Bahan dan Peralatan Bahan dan peralatan utama yang digunakan untuk mendukung penelitian ini adalah sebagai berikut: (1) Panel surya 100 Wp; (2) PWM Solar charge controller 20A; (3) Arduino UNO; (4) Sensor kelembaban tanah; (5) Inverter 2.000 Watt; (6) Baterai (Accu) 9 Ah; (7) Sprinkler; (8) Pompa air merk Aqua king 60 Watt; (9) Rangkaian Relay; (10) Penghantar (kabel). Peralatan yang digunakan dalam penelitian diantaranya sebagai berikut: (1) Tool Kit; (2) Multitester; (3) Ampere meter; (4) Lux meter; (5) Tang ampere; (6) Pipa air; dan (7) Tiang penyangga sel surya.
2.4 Flowchart Penelitian Gambar 1. Flowchart Penelitian 3. Hasil Penelitian Penelitian mengenai pemanfaatan panel surya untuk menghidupkan dan memaksimalkan kinerja pompa menggunakan 2 buah pompa air aquarium dengan kapasitas daya 60 watt, satu buah panel surya dengan kapasitas 100 Wp dan baterai 9 Ah. Komponenkomponen tersebut diharapkan mampu memaksimalkan kinerja pompa air yang bekerja secara otomatis dan bisa digunakan sebagai energi alternatif. Penelitian awal dilakukan dengan melakukan perancangan desain pompa aquarium dan sprinkler. Setelah perancangan selesai, dilakukan pemasangan pompa air dengan ditambah beberapa komponen, seperti: panel surya, solar charge controller, baterai (accu), rangkaian relay, arduino uno dan inverter. Penelitian menggunakan satu buah panel surya dengan kemampuan panel 100Wp. Panel surya dipasang pada tempat yang terpapar sinar matahari secara langsung. Berikut adalah sistem rangkaian yang digunakan pada penelitian ini. Gambar 2. Diagram Sistem Rangkaian Selanjutnya dilakukan pengujian kinerja pompa air, Pengujian dilakukan pada hari selasa, 28 april 2015 dengan ketinggian pompa air
2,5 meter. Hasil pengujian ditunjukkan pada tabel berikut. Tabel 1. Hasil Pengujian Pompa Air dengan Ketinggian Pompa Air 2,5 Meter.
Rata-rata tegangan, arus, daya, debit air dan ketahanan aki dari hasil
pengujian pompa air dengan ketinggian pompa air 2,5 meter adalah sebagai berikut: 1. Panel surya Rata-rata tegangan pada panel surya V panel = = 17,75 V Rata-rata arus pada panel surya I panel = = 2,75 A Rata-rata daya pada panel surya P panel = V panel x I panel = 48,81 Watt 2. Beban sebelum inverter (DC) Rata-rata tegangan pada beban sebelum inverter (DC) V = = 12 V Rata-rata arus pada beban sebelum inverter (DC) P panel = V panel x = 93,1 Watt I panel 3. Beban sesudah inverter (AC) Rata-rata tegangan pada beban sesudah inverter (AC) V = = 201 V Rata-rata arus pada beban sesudah inverter (AC) I = = 0,61 A Rata-rata daya pada beban sesudah inverter (AC) P panel = V panel x I panel = 122,61 Watt 4. Debit air Rata-rata debit air dari Sumur Q = = 8 lt/ menit Rata-rata debit air dari Bak Penampungan Q = I = = 8 lt/ menit = 7,76 A Rata-rata daya pada beban sebelum inverter (DC) 5. Ketahanan aki
Rata-rata ketahanan aki dengan kedalaman air 2,5 meter dapat dilihat pada gambar grafik 3. dan 4. berikut. t = = 38 menit Berdasarkan hasil analisa dan pengujian yang dilakukan oleh peneliti ditemukan bahwa semakin besar intensitas cahaya maka semakin lama kinerja pompa aquarium hal ini karena adanya suplai energi listrik dari panel surya ke baterai (accu) tetapi panel surya kurang dapat maksimal dikarenakan beban yang lebih besar dibandingkan dengan kapasitas yang dihasilkan oleh panel surya, sehingga panel surya memerlukan baterai atau accu untuk membantu menyuplai energi untuk menghidupkan pompa air aquarium. Untuk melihat lebih jelas perbandingan intensitas cahaya terhadap arus dan tegangan panel surya maupun intensitas cahaya terhadap ketahanan aki dari pengujian tersebut, maka Gambar 3. Grafik Perbandingan Intensitas Cahaya terhadap Arus dan Tegangan Panel Surya Gambar 4. Grafik Perbandingan Intensitas Cahaya terhadap Ketahanan Aki 4. Simpulan Pengujian yang dilakukan peneliti menunjukkan bahwa beban atau pompa air aquarium dapat menyala dan mati secara otomatis tanpa perantara manusia, hal ini
karena adanya sensor kelembaban tanah yang telah diprogram sesuai kebutuhan pengguna. Apabila sensor kelembaban tanah menunjukkan nilai diatas nilai 700 maka arduino uno akan memberi alamat 1, artinya menyalurkan daya output menuju rangkaian relay sehingga pompa air menyala. Sebaliknya, jika sensor kelembaban menunjukkan nilai kurang dari 700 maka arduino uno akan memberi alamat 0, artinya tidak menyalurkan daya output menuju rangkaian relay sehingga sumber DC dari baterai tidak dapat disalurkan ke pompa air. Pengujian yang dilakukan penulis menunjukan bahwa saat intensitas cahaya 0 atau saat tidak menggunakan panel surya, mampu menghidupkan pompa air aquarium selama 25 menit. Saat tidak menggunakan panel surya daya secara penuh disuplai oleh aki (accu). Sedangkan untuk intensitas tertinggi yang didapat saat penelitian adalah 102.000 lux, mampu menghidupkan pompa air aquarium selama 55 menit. Pompa air aquarium dapat bekerja lebih lama dengan selisih waktu 30 menit dibanding tanpa menggunakan panel surya. Penelitian dan analisa yang dilakukan menunjukkan bahwa semakin besar intensitas cahaya maka semakin lama kinerja pompa aquarium hal ini karena adanya suplai energi listrik dari panel surya ke baterai (accu), Tetapi panel surya kurang dapat maksimal karena beban yang lebih besar dibandingkan dengan kapasitas yang dihasilkan oleh panel surya. DAFTAR PUSTAKA Hasan, Hasnawiya. (2012). Perancangan Pembangkit Tenaga Surya di Pulau Saugi. Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK). Vol 10 No.2: 169-179. Sukmawati, Arini. Gilang Rachman Perdana. Tengku Okky Dinova. (2012). Sistem Kecerdasan Fuzzy untuk Penyiram Tanaman Menggunakan Tenaga Surya. Skripsi. Ilmu Komputasi Institut Teknologi Telkom Bandung.
Arie, Septayudha. Warsito Agung. Karnoto. (2010). Fotovoltaik Pompa Air dengan Menggunakan Inverter dan Baterai. Skripsi. Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro dalam penelitiannya. Pahlevi, Reza. (2014). Pengujian Karakteristik Panel Surya Berdasarkan Intensitas Tenaga Surya. Skripsi. Universitas Muhammadiyah Surakarta Prakoso, Dhimas Febriananda. (2014). Kinerja Pompa Air Dengan Panel Surya Portable Bedasarkan Intensitas Panel Surya. Skripsi. Universitas Muhammadiyah Surakarta.