PROTOTYPE PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MATAHARI UNTUK LAMPU PENERANGAN UMKM YANG SERING TERGANGGU KONDISI LISTRIK TIDAK STABIL DARI PLN DI MAGELANG Wijaya Widjanarka Natasaputra*, Sukris Sutiyatno Manajemen Informatika STMIK Bina Patria Magelang Jl. Raden Saleh No.2 Magelang *email: wijaya_widjanarka@yahoo.co.id ABSTRAK Penelitian ini membuat prototipe pembangkit listrik energi matahari, yang dapat bermanfaat untuk penduduk yang belum menikmati listrik. Permasalahan adalah naiknya harga bbm dan gas, menjadikan terpuruknya industri atau umkm. Kelangkaan pasokan juga menjadi penyebabnya masyarakat tertinggal (miskin). Beberapa daerah yang sudah dipasang jaringan listrik PLN, tetapi pasokan listrik tersendat. Di daerah kota Magelang memiliki potensi kekayaan alam yang melimpah, dalam hal ini sinar matahari yang cukup kuat dan terus-menerus sepanjang hari. Metode penelitiannya eksperimental. Prototipe ini, bersifat mandiri (stand alone). Panel solar sel, jenis polycrystalin. Batere penyimpan accu Pb 12 Volt / 60 Ah. Dilengkapi dengan rectifier, inverter, sistem pengaturan dan protector. Listrik yang dihasilkan pembangkit ini sebesar 220 Volt AC/60Hz. Tidak pernah terputus, meskipun panel solar tidak diterpa sinar matahari karena langit mendung atau malam hari. Berdasarkan hasil penelitian intensitas kuat cahaya sinar matahari pada siang hari sebesar rata-rata 66.324 lux selama 6 jam ( jam 10.00 WIB 15.00 WIB) menghasilkan daya 20 watt. Pada sore hari 30.000 lux selama 2 jam (jam 10.00 WIB 15.00 WIB) menghasilkan daya yang dihasilkan 14,256 Watt. Jadi perbandingannya siang dengan sore adalah 20 Watt : 14,256 Watt = 0,7128. Lampu yang digunakan berdaya 5-10 watt, digunakansetidaknya selama 6 jam (jam 17,00 WIB 23.00 WIB). Keywords: PENDAHULUAN listrik tersendat, photovoltaic cell, polycrystalin, stand alone, umkm-pkl, 20 Watt : 14,256 Watt = 0,7128. Sinar matahari adalah sumber daya alam yang selalu tersedia setiap musim secara melimpah dan ada disetiap tempat di daerah Jawa Tengah, seperti pantai, dataran rendah, dataran tinggi, bukit dan pegunungan. Energi matahari adalah energi yang terbarui (renewable) artinya selalu ada, tidak pernah habis, dan tersedia secara cuma-cuma seperti halnya matahari. Berbeda dengan energi yang berasal dari bahan bakar minyak atau bbm, yang persediannya pada suatu saat nanti diramalkan akan habis. Menurut Solarex (1985), dalam setahun rata-rata 4,26 jam sehari. Dalam 1 meter persegi energi matahari yang ada di permukaan bumi bagian katulistiwa besarnya 1000 watt. Kelebihan lain dari energi terbarui seperti energi matahari adalah ramah lingkungan karena tidak menghasilkan limbah, polusi, atau sampah. Ironisnya, kehidupan penduduk yang tinggal di daerah yang berlimpah sumber daya alamnya tersebut kondisinya memprihatinkan, usahanya banyak yang terpuruk. Pelaku usaha mikro, kecil dan menengah (umkm) dan pedagang kaki lima ( pkl) yang mereka tekuni, banyak yang juga terpuruk bahkan gulung tikar atau bangkrut. Sebab naiknya harga dan kelangkaan bahan bakar minyak (bbm) dan gas atau pasokannya tidak stabil karena mengganggu distribusi ke beberapa tempat. Hal ini memicu terjadi kenaikan harga. Banyak penduduk yang belum menikmati listrik karena letaknya yang terpencil jauh dari fasilitas jaringan listrik PLN. Beberapa daerah yang sudah dipasang jaringan listrik PLN, tetapi pasokan listrik dari PLN tersendat. Peristiwa ini diumpamakan seperti ayam mati diatas lumbung padi. Pemanfaatan sumber daya alam, dengan cara mengubah energi matahari menjadi energi listrik, dapat menjadi salah satu penyelesaian permasalahan tersebut diatas. Beberapa penelitian dan studi pendahulu yang sudah dilakukan adalah memanfaatan solar sel untuk menggerakan pompa air, sehingga dapat mengatasi krisis air bersih di perkotaan. Air yang telah dipompa, digunakan untuk berbagai macam keperluan [http://www.youtube.com/watch?v=srhe1-dyizs, diunduh 5 April 2014]. Tidak hanya itu saja, tenaga sinar matahari dapat digunakan untuk berbagai macam keperluan, seperti penerangan, pertanian dan lain-lainnya. 163
Dimanfaatkan bagi masyarakat yang masih sangat tertinggal yang berada di pelosok di seluruh dunia [http://www.youtube.com/watch?v=njxzzojuqwo, diunduh 5 April 2014]. Dalam penelitian digunakan solar sel (photovoltaic cell). Prinsip dasarnya alat ini bekerja berdasarkan efek fotovoltaik, artinya solar sel ini yang akan berfungsi mengubah cahaya matahari, menjadi energi listrik (Solarex, 1985; www.pveducation.org, 2014). Listrik yang dihasilkan pembangkit ini adalah sebesar 220 Volt AC/60Hz (sama dengan PLN). Panel listrik solar sel, yang diuji atau diukur adalah jenis polycrystalin, dengan efiensi daya 10%. Kapasitas dayanya 20 watt VA / 12 Volt DC. Batere penyimpan adalah accu basah timbal Pb 45 Ah-60 Ah/12 VDC. Pembangkit ini dilengkapi dengan penyearah ( rectifier), pembalik (inverter), sistem pengaturan PWM dan unit pengaman. Listrik yang dihasilkan pembangkit ini adalah sebesar 220 Volt AC/60Hz (sama dengan PLN). Listrik yang dihasilkan digunakan untuk penerangan lampu pijar dan lampu neon dimalam hari. Lampu penerangan yang tidak terganggu kondisi listrik byar-pet dari PLN. Proyek percontohan terpasang di instansi Balitbang dan Statistik Kota Magelang. Uji coba pada warung soto, penjual nasi kucing, mie ayam, dan Pedagang Kaki Lima (PKL) yang lainnya, sehingga meraka tidak lagi tergantung atau terganggu oleh kelangkaan maupun kenaikan bbm dan gas. Disamping itu dapat ikut memecahkan masalah pembangunan nasional dalam hal pasokan dan distribusi energi listrik yang tidak tentu atau stabil aliran listrik dari PLN (kondisi byar -pet), dengan cara mengembangkan teknologi pembangkit listrik yang tidak menggunakan BBM migas dan non-migas, dalam hal ini mengubah energi matahari menjadi energi listrik, sebagai metode baru dan alternatif pembangkit energi listrik. Mempersiapkan pembangkit energi listrik tenaga matahari sebagai energi masa depan dalam rangka pelaksanaan pembangunan yang berkelanjutan (sustainable development). METODE PENELITIAN Jenis Penelitian Jenis metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimen atau percobaan. Diagram Alur (Flowchart) Prosedur Penelitian Bagan alir penelitian ini, adalah sebagai berikut: MENEMUKAN MASALAH YANG TERJADI DI MASYARAKAT SURVEI PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENERAPAN IPTEK STUDI KASUS STUDI PUSTAKA PERCOBAAN Bahan dan materi PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT PENGUJIAN EVALUASI SUDAH BERHASIL? TIDAK / BELUM YA / SUDAH PROYEK PERCONTOHAN PENERAPAN IPTEKS Gambar 1: Diagram alur penelitian. 164
Data dan Variabel Penelitian Variabel yang diukur adalah; intensitas kuat cahaya (lux) sinar matahari, arus listrik (amper) yang dihasilkan dan tegangan (volt) dihasilkan. Bahan dan Alat Penelitian Pembuatan sistem pembangkit listrik tenaga matahari ini, dengan konstruksi sistem convertible, sehingga dapat dengan mudah dibawa ke daerah-daerah yang terpencil (terpelosok). Artinya dapat dibongkar-pasang, dirakit dan dijinjing (dibawa atau dipindah tempat). Dengan demikian daerah yang terpasang teknologi tepat guna ini, dapat tumbuh dan berkembang baik perekonomiannya, kesejahteraannya dan kehidupannya. Sistem energi terbaharui ini bersifat mandiri atau berdiri sendiri (stand alone). Material bahannya terbuat dari besi dan aluminium. Beban listrik adalah lampu penerangan berupa lampu neon atau lampu TL (Tube Lamp/fluorescent lamp) dengan daya 10 watt [http://en.wikipedia.org/wiki/fluorescent_lamp, 2014]. Batere penyimpan adalah accu basah timbal Pb 12 Volt /60 Ah. Bahan tiang penyangga terbuat dari bahan besi, tinggi 2 hingga 3 m. Pembangkit ini dilengkapi dengan penyearah (rectifier), pembalik (inverter), sistem pengaturan PWM dan unit pengaman. Listrik yang dihasilkan pembangkit ini adalah sebesar 220 Volt AC/60Hz (sama dengan PLN). Dalam pengujian menggunakan lampu pijar 8 Watt, 16 Watt dan lampu neon. Gambar 2: Prototype pembangkit listrik tenaga matahari sebagai percontohan, dengan konstruksi convertible. Beban listriknya lampu neon. Batere accu Pb 12 Volt/60 Ah. Dilengkapi dengan penyearah ( rectifier), pembalik (inverter), controller PWM dan protector. Listrik yang dihasilkan 220 Volt AC/60Hz (sama dengan PLN). HASIL DAN PEMBAHASAN Pewujudan hasilnya berupa prototype sistem pembangkit listrik tenaga matahari, sistem convertible, sehingga dapat dengan mudah dibawa ke daerah-daerah yang terpencil (terpelosok). Artinya dapat dibongkar-pasang, dirakit dan dijinjing (dibawa atau dipindah tempat). Dengan demikian dapat dipasang di daerah yang belum terpasang. Konstruksi pembangkit listrik ini bersifat mandiri atau berdiri sendiri (stand alone). Solar sel yang diuji dan diukur 1 unit solar sel 20 Watt 12 Volt 1 Amper. Hasil Pengujian Pengukuran dilakukan dengan alat ukur kuat cahaya Fluxmeter (Lightmeter) Lutron 1130 LX dan Multimeter Digital. Variabel yang diukur adalah kuat cahaya (lux), tegangan (volt) dan arus (amper). 165
Gambar 3: Pengujian dilakukan dengan alat ukur kuat cahaya Fluxmeter (Lightmeter) Lutron LX-1108 dan Multimeter Digital. Variabel yang diukur adalah kuat cahaya (lux), tegangan (volt) dan arus (amper). Berikut ini hasil pengukuran yang dilakukan dengan alat ukur kuat cahaya Fluxmeter (Lightmeter) Lutron LX-1108 dan Multimeter Digital. Variabel yang diukur adalah kuat cahaya (lux) terhadap arus (amper). 1200 1000 800 600 400 200 0 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 Gambar 4: Grafik hasil pengukuran besarnya terpaan cahaya matahari pada panel solar sel dan arus listrik yang dihasilkan. Panel solar sel kapasitasnya 20 watt 12 volt. Fluxmeter (Lightmeter) menggunakan Lutron LX-1108 dan Multimeter Digital. Sedangkan dibawah ini hasil pengukuran yang dilakukan dengan alat ukur kuat cahaya Fluxmeter (Lightmeter) Lutron LX-1108 dan Multimeter Digital. Variabel yang diukur adalah kuat cahaya (lux) terhadap tegangan (volt). Gambar 5: 25 20 15 10 5 0 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 Grafik hasil pengukuran besarnya terpaan cahaya matahari pada panel solar sel dan tegangan listrik yang dihasilkan. Panel solar sel kapasitasnya 20 watt 12 volt. Fluxmeter (Lightmeter) menggunakan Lutron LX-1108 dan Multimeter Digital. Waktu pengujian dilakukan pada jam 10.00 WIB 15.00 WIB. Pada waktu itu, kekuatan terpaan cahaya sinar matahari sebesar rata-rata 66324 lux. Pada panel solar sel 20 watt, menghasilkan rata-rata tegangan 21,5 Volt, arus 1 amper. Jadi kapasitas daya yang dihasilkan 20 Watt. Pada jam tersebut, kuat cahaya matahari sebesar 3316 lux menghasilkan daya 1 Watt. Waktu pengujian pada jam 15.00 WIB 17.00 WIB. Pada waktu itu, kekuatan terpaan cahaya sinar matahari sebesar rata-rata 30000 lux. Pada panel solar sel 20 watt, menghasilkan rata-rata tegangan 19,8 Volt, arus 0,72 amper. Jadi kapasitas daya yang dihasilkan 14,256 Watt. Pada sore hari, kuat cahaya matahari sebesar 2104 lux menghasilkan 1 Watt. Jadi perbandingannya siang dengan sore adalah 20 Watt : 14,256 Watt = 0,7128. Kadang-kadang deviasai pengukuran terjadi, karena pada waktu mengukur terdapat asap dari kebakaran gunung disekitar kota Magelang dan awan. 166
Berdasarkan hasil penelitian intensitas kuat cahaya sinar matahari sebesar rata-rata 66.324 lux selama 6 jam (jam 10.00 WIB 15.00 WIB) menghasilkan daya 20 watt.pada sore hari sebesar rata-rata 30.000 lux selama 2 jam (jam 10.00 WIB 15.00 WIB) menghasilkan daya yang dihasilkan 14,256 Watt. Jadi perbandingannya siang dengan sore adalah 20 Watt : 14,256 Watt = 0,7128. Lampu yang digunakan berdaya 5-10 watt, digunakan selama 6 jam (jam 17,00 WIB 23.00 WIB). Gambar 6 : Hasil penelitian digunakan sebagai penerangan. Hasil uji coba yang difoto pada waktu siang dan malam hari. Prototype dipasang di kantor Balitbang (Badan Penelitian Pengembangan) dan Statistik kota Magelang, sebagai model percontohan. KESIMPULAN Prototype pembangkit listrik tenaga matahari telah digunakan sebagai pembangkit listrik pengganti atau alternatif. Energi listrik yang dihasilkan digunakan terutama untuk penerangan lampu pijar atau lampu neon dimalam hari. Lampu penerangan yang tidak terganggu kondisi listrik byar-pet dari PLN. 1. Hasil pengujian adalah: a. Kuat cahaya matahari Siang hari pada jam 10.00 WIB 15.00 WIB, kuat cahaya sinar matahari sebesar rata-rata 66324 lux. Panel solar sel 20 watt, menghasilkan rata-rata tegangan 21,5 Volt, arus 1 amper. Jadi kapasitas daya yang dihasilkan 20 Watt. Sore hari pada jam 15.00 WIB 17.00 WIB, kuat cahaya sinar matahari sebesar rata-rata 30000 lux. Panel solar sel 20 watt, menghasilkan rata-rata tegangan 19,8 Volt, arus 0,72 amper. Jadi kapasitas daya yang dihasilkan 14,256 Watt. b. Berdasarkan hasil penelitian intensitas kuat cahaya sinar matahari sebesar rata-rata 66.324 lux selama 6 jam (jam 10.00 WIB 15.00 WIB) menghasilkan daya 20 watt. Pada sore hari sebesar rata-rata 30.000 lux selama 2 jam (jam 10.00 WIB 15.00 WIB) menghasilkan daya yang dihasilkan 14,256 Watt. Jadi perbandingannya siang dengan sore adalah 20 Watt : 14,256 Watt = 0,7128. Daya yang dihasilkan, dapat menyalakan lampu yang berdaya 5-10 watt, digunakan setidaktidaknya selama 6 jam penuh (jam 17,00 WIB 23.00 WIB). c. Deviasai pengukuran kadang-kadang terjadi, karena pada waktu mengukur terdapat asap dari kebakaran gunung disekitar kota Magelang dan awan. 2. Dalam percobaan digunakan lampu pijar 8 Watt, 16 Watt dan lampu neon 10 Watt. 3. Prototype dipasang di kantor Balitbang dan Statistik kota Magelang, sebagai model percontohan. DAFTAR PUSTAKA Halliday D. dan Resnick, R., (1984), Fisika, 3ed., Penerbit Erlangga, Jakarta. Lutron Manual Book, (2014), Light-meter Lutron LX-1108. Solarex Corp, (1985), SOLAREX Penuntun Ke Teknik Listrik Sinar Surya, Penerbit PT. Dwi Eti Utama (Electronics Today Interational), Jakarta. Mohammad Nazir, (2009), Metode Penelitian. Penerbit Ghalia Indonesia, 2009, Jakarta. 167
Wikipedia, (2014), Sel Surya, http://id.wikipedia.org/wiki/sel_surya (diunduh Februari 2014). Wijaya Widjanarka N., (2009), Pemodelan Pembangkit Listrik Terbaharui Hibrid Convertible Tenaga Angin Dan Matahari Untuk Masyarakat Daerah Terpencil Dan Tertinggal Di Kota Magelang, Hasil Penelitian KREVONA (Kreatif-Inovatif) 2009, Kantor Balitbang Dan Statistik Kota Magelang. Wijaya Widjanarka N., (2010), Pembangkit Listrik Terbarui Hybrid Convertible Tenaga Angin Dan Matahari Untuk Lampu Penerangan, Hasil Penelitian RUD (Riset Unggulan Daerah) 2010, Kantor Balitbang Dan Statistik Kota Magelang. Wijaya Widjanarka N., (2006), Teknik Digital, Penerbit Erlangga, Jakarta. Harian Suara Merdeka, (20 Maret 2006 dan 31 Maret 2006), Semarang, Jawa Tengah...., Fluorescent lamp, http://en.wikipedia.org/wiki/fluorescent_lamp (diunduh: Februari, 2014)...., How Solar Panels Work, ( http://www.youtube.com/watch?v=dngqyjhfr98). Diunduh (diunduh 8 April 2014)...., Organic Photovoltaics (solar cell) animation in HD, http://www.youtube.com/watch?v=zmlrhgsaphc (diunduh 8 April 2014)....The Photovoltaic Effect, http://www.pveducation.org / pvcdrom / solar-cell-operation / photovoltaiceffect (diunduh 8 April 2014). 168