Jurnal Qua Teknika, Vol. 9 No. 1 Maret 2019 ISSN 2088-2424 (cetak); ISSN 2527-3892 (elektronik) Fakultas Teknik Universitas Islam Balitar, Blitar Https://ejournal.unisbablitar.ac.id/index.php/qua; Email: quateknika@unisbablitar.ac.id
Syamsudin Nur Wahid, Mukhlison. 2019. Karakter Kelistrikan Sistem Growbox Tabung Menggunakan Sel Surya.
Jurnal Qua Teknika , (2019), 9(1) : 57-68

## KARAKTER KELISTRIKAN SISTEM GROWBOX TABUNG MENGGUNAKAN SEL SURYA
Syamsudin Nur Wahid, Mukhlison Fakultas Teknik, Universitas Islam Balitar Jl. Majapahit No. 4 Blitar Jawa xTimur email: snowhaatt@gmail.com

## ABSTRAK
Kebutuhan akan produk  pertanian dan keterbatasan lahan  mengharuskan adanya cara yang lebih intensif untuk bertani. Salah satu solusi dari masalah tersebut adalah menggunakan growbox. Growbox tidak harus berbentuk kotak, tapi bisa berbentuk tabung. Tabung Growbox telah dibuat dengan ukuran tinggi 35 cm, diameter bawah 27  cm  dan  diameter  atas  36,5  cm.  Growbox  dilengkapi  sel  surya  yang  memungkinkannya  menangkap  sinar matahari  di  waktu  siang  hari  dan  menggunakannya  untuk  menghidupi  lampu  di  malam  hari.  Syarat  untuk terlaksananya  hal  ini  adalah  energi  atau  daya  yang  peroleh  lebih  tinggi  daripada  yang  dikeluarkan.  Setelah growbox  dibuat,  dilakukan  pengujian  di  bagian  input  dan  output  menggunakan  voltmeter  dan  amperemeter. Bagian  input  berupa  sel  surya  dan  bagian  outputnya  led.  Hasil  pengujian  menunjukkan  sel  surya  dapat menghsilkan daya maksimal 142,36 mW dan led mengkonsumsi daya hingga 80,77 mW. Dari daya masukan dan keluaran dapat diperkirakan growbox mampu bekerja terus-menerus tanpa menghabiskan energinya.
Kata kunci:  Growbox, tumbuhan, sel surya, growligth led, baterai

## PENDAHULUAN
Jumlah penduduk kian meningkat, sementara luas lahan pertanian makin mengecil. [1]. Sementara dengan semakin  meningkatnya jumlah penduduk, kebutuhan pangan juga semakin  meningkat. Baik  makanan pokok, buah-buahan  maupun  sayuran,  seluruhnya  membutuhkan  lahan  unuk  tumbuh.  Berbagai  teknologi dikembangkan  untuk  mengatasi  keterbatasan  lahan  tersebut,  diantaranya  teknik  vertikultur  [2],  penggunaan lemari  produksi  [3]  dan  growbox  tanaman  [4]  serta  optimalisasi  lahan  dengan  greenhouse  [5]  maupun hidroponik [6]. Penggunaan growbox menjadi solusi praktis karena dapat ditempatkan pada lahan yang sangat terbatas, sifatnya yang portabel dapat dipindahkan dengan mudah dan aman dari hama karena relatif tertutup sehingga cocok untuk daerah perkotaan. Penggunaan sel surya sebagai sumber energi alternatif pada growbox diharapkan dapat lebih menghemat energi yang dibutuhkan. Penelitian ini bertujuan untuk membuat growbox sederhana berbentuk tabung, kemudian mengkarakterisasinya sehingga mendapatkan perkiraan apakah growbox dapat digunakan sehari-semalam secara terus-menerus atau tidak.

## Hidroponik
Metode hidroponik merupakan cara penanaman tanpa menggunakan tanah sebagai media tumbuh. Secara istilah hidroponik berarti penanaman dalam air yang memiliki unsur hara. Dalam prakteknya, hidroponik tidak dapat dilepaskan dari penggunaan media tumbuh selain tanah sebagai penopang pertumbuhan tanaman.
Sistem  hidroponik  merupakan  cara  produksi  tanaman  yang  sangat  efektif  [7].  Sistem  ini  dikembangkan berdasarkan  konsep  jika  tanaman  diberi  kondisi  pertumbuhan  yang  optimal,  maka  dapat  tercapai  potensi maksimum  untuk  berproduksi.  Hal  ini  berkaitan  dengan  pertumbuhan  sistem  perakaran  tanaman,  yang  akan menghasilkan pertumbuhan tunas atau bagian atas yang sangat tinggi dari pertumbuhan perakaran tanaman yang optimum.  Pada  sistem  hidroponik,  larutan  nutrisi  yang  mengandung  komposisi  garam-garam  organik  yang seimbang diberikan untuk menumbuhkan perakaran dengan kondisi lingkungan yang ideal. [6]

## Green house
Greenhouse merupakan bangunan berkontruksi dengan sifat tembus pandang yang mampu memanipulasi iklim  untuk  menciptakan  kondisi  lingkungan  yang  dikehendaki  dalam  upaya  pemeliharaan  tanaman. Greenhouse modern memiliki kemampuan rekayasa cuaca. Sehingga rancangan greenhouse memiliki pengaruh yang  besar  terhadap  lingkungan  mikro  didalamnya.  Rekayasa  cuaca  yang  dimaksud  yaitu  suhu,  cahaya, kelembaban  udara  dan  kelembaban  tanah.  Sisem  kontrol  cuaca  memerlukan  perangkat  pasangan  sensor  dan aktuator. Sensor suhu berpasangan dengan kipas angin untuk mendiginkan udara. Sensor cahaya berpasangan dengan  lampu  penumbuh,  dimana  saat  matahari  meredup  atau  malam  hari  lampu  penumbuh  akan  menyala.
Jurnal Qua Teknika, Vol. 9 No. 1 Maret 2019 ISSN 2088-2424 (cetak); ISSN 2527-3892 (elektronik) Fakultas Teknik Universitas Islam Balitar, Blitar Https://ejournal.unisbablitar.ac.id/index.php/qua; Email: quateknika@unisbablitar.ac.id
Syamsudin Nur Wahid, Mukhlison. 2019. Karakter Kelistrikan Sistem Growbox Tabung Menggunakan Sel Surya.
Jurnal Qua Teknika , (2019), 9(1) : 57-68
sedangkan  sensor  kelembaban  berpasangan  dengan  pompa  air  untuk  melembabkan  udara  atau  tanah. Keseluruhan sensor dan aktuator dikendalikan oleh mikrokontroler. [5]

## Growbox
Growbox merupakan salah satu teknologi yang dikembangkan untuk mengatasi keterbatasan lahan. Growbox berupa  kotak  penumbuh  tanaman  berukuran  sedang  dengan  sistem  elektronik  di  dalamnya.  Sistem  dikontrol melalui  jaringan  komunikasi  untuk  memudahkan  pemantauan.  Pertumbuhan  tanaman  sangat  dipengaruhi kondisi udara, suhu dan kelembaban, untuk itu digunakan sensor suhu, kelembaban udara dan kelembaban tanah. Growbox ditempatkan di ruang tertutup, sehingga sebagai pengganti digunakan growlight led. Pengaturan suhu menggunakan kipas angin, pengaturan kelembaban menggunakan perangkat pengabutan dan kelembaban tanah dikendalikan dengan pompa air. [4]

## Pengganti Cahaya Matahari Untuk Tanaman
Pengganti cahaya matahari untuk pertumbuhan tanaman dapat dilakukan menggunakan lampu yang disebut dengan growlight. Budidaya tanaman dengan menggunakan lampu sebagai sumber cahaya dilakukan di dalam ruangan tertutup. Klorofil di daun tanaman dapat menyerap cahaya tampak pada panjang gelombang 700 sampai 400 nm. Sinar biru berguna untuk mempertahankan proses regenerasi secara vegetatif tanaman dan sinar merah digunakan sebagai pemicu proses generatif. Berikut Gambar 1 menunjukkan berbagai jenis lampu dan spektrum cahaya yang dimiliki nya.
Gambar 1 Berbagai macam spektrum cahaya lampu [3]
Jurnal Qua Teknika, Vol. 9 No. 1 Maret 2019 ISSN 2088-2424 (cetak); ISSN 2527-3892 (elektronik) Fakultas Teknik Universitas Islam Balitar, Blitar Https://ejournal.unisbablitar.ac.id/index.php/qua; Email: quateknika@unisbablitar.ac.id
Syamsudin Nur Wahid, Mukhlison. 2019. Karakter Kelistrikan Sistem Growbox Tabung Menggunakan Sel Surya.
Jurnal Qua Teknika , (2019), 9(1) : 57-68

## Lampu LED
Light  emiting  diode  atau  LED  adalah  lampu  pengganti  sinar  matahari  yang  digunakan  untuk  proses fotosintesis  tanaman.  LED  sendiri  merupakan  komponen  elektronika  yang  dapat  memancarkan  sinar monokromatik ketika diberikan  tegangan bias  maju. LED  yang dibutuhkan  memancarkan dua warna cahaya, yaitu merah dan biru, masing-masing cahaya memiliki panjang gelombang yang bervariasi dan memiliki fungsi yang berbeda seperti Gambar 2. Lampu LED memberikan penyinaran yang paling baik karena LED terdiri dari beberapa cahaya yang bersesuaian dengan kebutuhan tanaman [8].

## Kebutuhan Energi Listrik
Energi listrik yaitu energi yang diasosiasikan dengan muatan elektron, dinyatakan dalam watt-jam atau kilo watt-jam.  Energi  listrik  adalah  energi  yang  paling  banyak  digunakan  untuk  menyalakan  lampu,  pemanas, pendingin  ruangan  maupun  peralatan  mekanik  lain.  Satuan  yang  umum  digunakan  untuk  penggunaan  energi listrik adalah kilowatt-jam atau kWh atau kilowatt-hour.
Satuan kWh menyatakan besarnya daya yang dipakai dalam satuan kilowatt selama selang waktu tertentu dengan satuan jam. Satu kWh menyatakan energy listrik yang mengalirkan daya satu kilowatt dalam satu jam atau (1)
1 kWh = 1 kW x 1 jam
1
satuan lain yang biasa digunakan adalah Wh dan mWh, dengan konversi yang dinyatakan oleh (2).
1 Wh = 0,001 kWh 1 mWh = 0,001 Wh
2
biaya  listrik  merupakan  ongkos  yang  harus  dibayarkan  untuk  setiap  kwh-nya  dan  dinyatakan  dalam  satuan Rp/kwh.  Biaya  tersebut  dihitung  berdasarkan  tarif  dasar  listrik  dari  setiap  energi  yang  dibutuhkan,  yang ditetapkan oleh pemerintah setempat.

## Sel surya
Sel surya (solar cell) atau sel fotovoltaik, adalah sebuah semikonduktor yang terdiri dari dioda yang daerah sambungan p-n nya lebih lebar, di mana, kehadiran cahaya matahari mampu menciptakan potensial dan aliran yang dapat digunakan. Pengubahan ini disebut efek fotovoltaik.
Banyak aplikasi daripada sel surya. Ia cocok digunakan bila tenaga listrik dari jaringan PLN tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi, kalkulator, pompa air, dll. Panel atau modul Sel surya bisa dipasang di atap gedung yang dihubungkan dengan inverter ke jaringan listrik dalam sebuah pengaturan jejaring meteran.
Beberapa bahan yang dapat dipakai untuk membuat sel surya diantaranya tembaga, silikon, titanium oksida, germanium, dan lain sebagainya. [9].
Gambar 3 Kurva IV Sel Surya [10]

## Karakter Listrik Sel Surya
Karakter  sel  surya  yang  diuji  pada  saat  gelap  dan  terang  dinyatakan  dengan  kurva  IV.  Sel  surya  diukur dengan cara menghubungkannya dengan hambatan variabel dan dilakukan penyinaran penuh. Hambatan diatur dari yang paling kecil hingga paling besar. Hubungan arus dan tegangan ditunjukkan pada  Gambar 3 . Ketika
Jurnal Qua Teknika, Vol. 9 No. 1 Maret 2019 ISSN 2088-2424 (cetak); ISSN 2527-3892 (elektronik) Fakultas Teknik Universitas Islam Balitar, Blitar Https://ejournal.unisbablitar.ac.id/index.php/qua; Email: quateknika@unisbablitar.ac.id
Syamsudin Nur Wahid, Mukhlison. 2019. Karakter Kelistrikan Sistem Growbox Tabung Menggunakan Sel Surya.
Jurnal Qua Teknika , (2019), 9(1) : 57-68
hambatan  diperbesar,  terjadi  kenaikan  tegangan  sementara  arus  sedikit  turun  dari  arus  maksimal,  hingga mencapai  suatu  titik  dimana  arus  turun  banyak  dan  tegangan  sedikit  naik  hingga  tegangan  maksimal. Karakteristik arus dan tegangan maksimal sel surya yaitu I SC dan V OC . Isc adalah arus hubung singkat, ketika hambatan luar sangat keci, tegangan menjadi nol dan arus mencapai nilai maksimalnya. V OC adalah tegangan maksimal yang mampu dihasilkan sel surya, Ketika hambatan sangat besar dan tidak ada arus yang mengalir. [10]
Daya yang dihasilkan sel surya tergantung beberapa faktor diantaranya [10]:
-   Luas sel surya
-   Jumlah  foton  (energi  partikel  cahaya  yang  jatuh).  I SC dari  sel  surya  bergantung  secara  langsung  pada intensitas cahaya.
-   Spektrum atau distribusi  frekuensi dari cahaya yang ditangkap. untuk kebanyakan sel surya, spektrum distandarkan pada spektrum AM1,5
-   Sifat Optik (serapan dan pantulan) sel surya
-   Probabilitas pengumpulan sel surya, yang bergantung terutama pada surface passivation dan waktu hidup dari carrier minor pada basis
Adanya hambatan luar mempengaruhi arus dan tegangan, maka ia juga mempengaruhi daya yang dihasilkan sel surya. Pada titik hambatan sangat kecil dan sangat besar, daya minimum. Daya menjadi maksimum pada suatu hambatan tertentu. Titik ini maximal power (mp), dan terjadi pada saat arus daya maksimum (I mp ) dan tegangan  daya  maksimum  (V mp ).  Lain  halnya  dengan  daya,  yaitu  hambatan  dalam,  yang  selain  arus,  juga dipengaruhi oleh beberapa hal diantaranya: pergerakan arus melalui emitor dan basis sel surya, hambatan sentuh antara  permukaan  logam  dan  silikon,  dan  hambatan  sentuh  logam  antara  bagian  atas  dan  bawah.  Hambatan berubah secara linier sebanding terhadap kuat arus dan tegangan ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4 Karakteristik Hambatan [10]
Umumnya hambatan pada sel surya dibagi dua yaitu  hambatan seri dan paralel yang dimodelkan seperti Gambar 5. Hambatan seri sel surya dipengaruhi 3 penyebab [10] yaitu: Pergerakan arus melalui basis dan emitor sel surya, Hambatan sentuh antara permukaan logam dan silikon dan hambatan sentuh logam bagian atas dan bawah.
Gambar 5 Pemodelan Sederhana Sel Surya [10]
Hambatan  yang  berubah  terhadap  arus  dan  tegangan,  juga  dipengaruhi  oleh  suhu,  otomatis  suhu  juga mempengaruhi  besar  arus  dan  tegangan.  Efek  meningkatnya  suhu  akan  mengurangi  secara  terbalik  tegangan
Jurnal Qua Teknika, Vol. 9 No. 1 Maret 2019 ISSN 2088-2424 (cetak); ISSN 2527-3892 (elektronik) Fakultas Teknik Universitas Islam Balitar, Blitar Https://ejournal.unisbablitar.ac.id/index.php/qua; Email: quateknika@unisbablitar.ac.id
Syamsudin Nur Wahid, Mukhlison. 2019. Karakter Kelistrikan Sistem Growbox Tabung Menggunakan Sel Surya.
Jurnal Qua Teknika , (2019), 9(1) : 57-68
open circuit [10]. Sebaliknya, Arus yang dipicu cahaya bertambah sedikit dengan bertambahnya suhu karena peningkatan jumlah carrier  yang dihasilkan secara termal dalam  sel. Walaupun suhu  ada hubungan langsung dengan intensitas cahaya, tetapi intensitas cahaya lebih berpengaruh kepada sel surya daripada suhu. Gambar 6 menunjukkan arus hubung singkat sebanding dengan jumlah foton yang diserap oleh material semikonduktor dan kemudian secara langsung berhubungan dengan nilai intensitas cahaya, sedangkan tegangan sirkuit terbuka hanya sedikit berubah ketika intensitas cahaya rendah [10].
Gambar 6 Kurva IV Sel Surya Terhadap Perubahan Intensitas Cahaya Matahari [10]

## Baterai
Baterai merupakan perangkat yang diperlukan bagi kebanyakan perangkat saat ini [11]. Baterai mengubah secara langsung energi kimia menjadi energi listrik. Suatu baterai terdiri dari beberapa sel volta. Tiap sel terdiri dari 2 buah sel setengah yang terhubung seri melalui elektrolit konduktif yang berisi ion positif dan negatif. Satu sel setengah mengandung elektrolit dan elektroda negatif, elektroda untuk perpindahan anion; sel-setengah yan lain mengandung elektrolit dan elektroda positif yang kation berpindah kesitu. Reaksi redoks akan mengisi ulang baterai. Kation akan mengalami reduksi di katoda, sedangkan anion akan mengalami oksidasi di anoda ketika pengisian. Ketika digunakan, proses ini dibalik. Elektroda positif dan negatif tidak bersentuhan satu sama lain, tetapi  dihubungkan  oleh  elektrolit.  Beberapa  sel  menggunakan  elektrolit  berbeda  untuk  setiap  sel  setengah. Sebuah separator dapat mengalirkan ion di antara sel-setengah dan menghindari pencampuran elektrolit [12].
Sebuah sel ideal memiliki hambatan dalam yang dapat diabaikan, maka tegangan terminal sel tersebut akan terjaga  konstan  sebesar  ε  sampai  habis,  kemudian  turun  menjadi  nol.  Jika  tegangan  sel  konstan  1,5  volt  dan menyimpan  muatan  satu coulomb  maka akan  menghasilkan 1,5 joule kerja. Pada sel  nyata, hambatan dalam akan  meningkat  ketika  melepas  muatan  (discharge)  dan  tegangan  rangkaian  terbuka  juga  menurun  ketika melepas muatan. Jika tegangan dan hambatan diplot terhadap muatan, dimana muatan berubah terhadap waktu, maka grafiknya biasanya berbentuk kurva seperti pada Gambar 7.
Gambar 7 Karakteristik Tegangan dan Muatan Baterai Lithium pada Beberapa Tingkat Kecepatan Pengosongan [13]
Jurnal Qua Teknika, Vol. 9 No. 1 Maret 2019 ISSN 2088-2424 (cetak); ISSN 2527-3892 (elektronik) Fakultas Teknik Universitas Islam Balitar, Blitar Https://ejournal.unisbablitar.ac.id/index.php/qua; Email: quateknika@unisbablitar.ac.id
Syamsudin Nur Wahid, Mukhlison. 2019. Karakter Kelistrikan Sistem Growbox Tabung Menggunakan Sel Surya.
Jurnal Qua Teknika , (2019), 9(1) : 57-68

## METODE PENELITIAN
Perancangan  sistem  merupakan  tahapan  perancangan  yang  dilakukan  secara  menyeluruh  terhadap pembuatan growbox, meliputi perancangan hardware dan perancangan mekanik. Skema dasar sistem growbox ditunjukkan pada Gambar 8 di bawah ini. Saat siang hari tanaman menerima sinar langsung dari matahari untuk berfotosintesis. Sementara selsurya mengubah sebagian cahaya matahari menjadi listrik untuk disimpan dalam baterai. Pada malam hari ketika matahari sudah tengelam, lampu penumbuh akan menyala agar tanaman tetap bisa berfotosintesis.

## Gambar 8 Sistem Kerja Growbox Tabung Sel Surya

## Perancangan Hardware
Hardware disini merupakan bagian kelistrikan yang terdiri dari komponen input, output, penyimpanan dan kendali arus listrik. Komponen input berupa sel surya untuk memperoleh energi listrik dari energi matahari yang disimpan kedalam baterai. Komponen output berupa led yang memancarkan sinar penumbuh dengan energi dari baterai. Penyimpan energi menggunakan 3 baterai sekunder 1,5 v dilengkapi yang dirangkai seri. Untuk menjaga agar arus mengalir hanya dari sel surya ke baterai, dan tidak sebaliknya, maka diberi dioda antara sel surya dan baterai.  Agar  led  menyala  saat  malam  saja,  digunakan  transistor  swiching  sebagai  komponen  kendalinya. Transistor diaktivkan baterai dan dipicu oleh  sel surya. Dalam keadaan  gelap, tidak ada sinyal dari sel surya sehingga transistor berlogika 0 oleh pulldown resistor R1. R1 menerima tegangan sekitar 3,8 v, yang merupakan selisih dari tegangan baterai dikurangi v EB transistor daya Q1. Arus yang mengalir melalui R1 sekitar 0,38 mA. Q1 memiliki penguatan arus 40 hingga 250 kali [14], maka akan ada arus yang melalui D1 antar 15,2 mA hingga 95 mA, tergantung hambatan dari D1. Saat terang, basis transistor menerima sinyal input dari sel surya yang tegangannya lebih tinggi dari baterai, sehingga Q1 menjadi tidak mengalirkan arus dari baterai ke led, maka led mati. Sebaliknya energi dari sel surya mengisi baterai sekunder Bat1. Untuk dapat mengisi baterai, tegangan sel surya  harus  lebih  tinggi  daripada  tegangan  baterai  dan  dioda,  sekitar  5,1  volt  lebih  sedikit.  Led  dipilih  yang berukuran kecil, 3 volt dan berdaya 1 watt. Sel surya juga dipilih yang berukuran kecil, 3,5 W 6 V. Diperkirakan led  akan  menyala  selama  12  jam,  jadi  baterai  harus  berkapasitas  minimal  3500  mAh.  Susunan  rangkaian hardware ditunjukkan pada Gambar 9 .
Untuk memastikan asumsi diatas, perlu dilakukan pengujian atau karakterisasi. Pengujian akan dilakukan di bagian input dan output. Bagian input yaitu sel surya dan bagian output adalah led. Pengujian yang dilakukan berupa pengukuran arus dan tegangan. Dari pengujian tersebut akan dapat diperkirakan, energi yang diperoleh sel surya sepanjang hari mampu untuk menghidupi led sepanjang malam atau tidak.
Jurnal Qua Teknika, Vol. 9 No. 1 Maret 2019 ISSN 2088-2424 (cetak); ISSN 2527-3892 (elektronik) Fakultas Teknik Universitas Islam Balitar, Blitar Https://ejournal.unisbablitar.ac.id/index.php/qua; Email: quateknika@unisbablitar.ac.id
Syamsudin Nur Wahid, Mukhlison. 2019. Karakter Kelistrikan Sistem Growbox Tabung Menggunakan Sel Surya.
Jurnal Qua Teknika , (2019), 9(1) : 57-68

## Gambar 9 Sirkuit Kelistrikan Growbox Sel Surya

## Perancangan Mekanik
Perancangan  Growbox  terlihat  pada Gambar  10 .  Ukuran  Growbox  ini  diameter  atas  36,5  cm  diameter bawah 27 cm dan tinggi 35 cm. growbox terbuat dari kayu atau plastik semi tertutup dengan atap transparan untuk jalannya sinar. Sedangkan di dalam kotak terdapat pot sebagai media tanam. Adapun bentuk sketsa dari growbox dapat dilihat pada Gambar 10 .
Gambar 10 Ilustrasi Penampang Tabung Growbox Sel Surya
Sel  surya  berada  di  atas  untuk  mengumpulkan  energi  cahaya,  lampu  penumbuh  berada  di  bawahnya, sehingga masih di atas tanaman. Sedangkan baterai ditempatkan tepat di bawah sel surya  dan diatas growligt led.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Kelistrikan tabung growbox dikarakterisasi pada 2 kondisi, yaitu kondisi terang dan kondisi gelap di dua bagian,  bagian  input  dan  output.  Karakterisasi  arus  dan  tegangan  menggunakan  alat  ukur  amperemeter  dan voltmeter digital merk Sanwa Tipe CD771 dengan ketelitian ∆I = 0,01 mA dan ∆v = 0,001 v. Pada bagian output led tidak dialiri arus saat kondisi terang sehingga arus dan tegangannya nol. Pada bagian input, selsurya akan menghasilkan  tegangan  dan  arus  yang  bervariasi  sesuai  dengan  intensitas  cahaya  yang  diberikan.  Hasil karakterisasi bagian input dalam 2 kondisi ditampilkan pada Gambar 11. Sedangkan bagian output saat terjadi
Jurnal Qua Teknika, Vol. 9 No. 1 Maret 2019 ISSN 2088-2424 (cetak); ISSN 2527-3892 (elektronik) Fakultas Teknik Universitas Islam Balitar, Blitar Https://ejournal.unisbablitar.ac.id/index.php/qua; Email: quateknika@unisbablitar.ac.id
Syamsudin Nur Wahid, Mukhlison. 2019. Karakter Kelistrikan Sistem Growbox Tabung Menggunakan Sel Surya.
Jurnal Qua Teknika , (2019), 9(1) : 57-68
peralihan terang ke gelap ditunjukkan pada Gambar 12. Pengukuran dilakukan saat siang hari yang cerah dan pengaturan intensitas sinar matahari dilakukan dengan cara menutup sebagian sel surya dari sinar matahari .

## Gambar 11 Karakteristik Arus dan Tegangan di Bagian Input

## Karakteristik Input
Gambar  11  menunjukkan  karakter  arus  dan  tegangan  sel  surya  ketika  keadaan  gelap  dan  terang.  Dalam keadaan  gelap  terdapat  potensial  rerata  3,87  v  pada  sel  surya,  padahal  tidak  ada  sinar  yang  mengenainya. Potensial tersebut berasal dari baterai yang mengenai R1 dengan melalui Veb transistor Q1 menurut persamaan 3 berdasarkan rangkaian di Gambar 9 . 𝑉1 = 𝑉 𝑅1 = 𝑉 𝐵𝐴𝑇1 − 𝑉 𝐸𝐵

## 3
Tegangan nominal baterai 4,5 v, Veb dapat berubah hingga 5v [14], dan pada arus lemah 0,7 v maka sel surya dan R1  mendapat potensial  minimum 3,81 v, tidak  sampai  0. Dalam  keadaan terang sel  surya  menghasilkan potensial sebesar 5,09 v dan terjadi perubahan 2,7 % ketika intensitas cahaya diperkuat, sedangkan arus berubah 357%. Potensial sel surya dibatasi oleh tegangan baterai dan bias maju dioda sesuai dengan hukum Kirchoff yang dinyatakan pada persamaan 4. 𝑉1 = 𝑉 𝐷1 + 𝑉 𝐵𝐴𝑇1
4
Jika tegangan nominal baterai 4,5 v dan bias maju dioda 0,6 v maka sel surya harus menghasilkan potensial 5,1 v lebih sedikit untuk dapat mengalirkan arus. Sementara itu bias maju dioda dipengaruhi arus yang mengalir padanya, 𝑉 𝐷1 = 𝑉(𝐼) dan tegangan baterai juga dapat berubah tergantung arus dan muatan tersimpan, 𝑉 𝐵𝐴𝑇1 = 𝑉(𝐼, 𝑞) .  Jadi  potensial  disini  dipengaruhi  arus,  sedangkan  arus  yang  dialirkan  sel  surya  juga  dipengaruhi tegangan, sebagaimana dinyatakan oleh persamaan 5.
𝐼 𝑉1 = 𝑉1 𝑅1 + 𝑉𝐵𝐴𝑇1 𝑟𝐵𝐴𝑇1
5
I V1 adalah arus yang dihasilkan sel surya,  R1 merupakan pulldown resistor dan r BAT1 adalah hambatan dalam baterai. Pada keadaan ini dianggap tidak ada arus yang mengalir di transistor Q1, sehingga arus dari sel surya hanya  mengalir  melaui  R1  dan  sisanya  mengisi  baterai.  Nilai  R1  =  10  kΩ,  maka  hanya  0,5  mA  arus  yang mengalir padanya, untuk V1 = 5,09 v, jadi masih ada 91% arus yang mengisi baterai. Hambatan dalam baterai juga  berubah  tergantung  muatan  baterai  dan  suhu, 𝑟 𝐵𝐴𝑇1 = 𝑅(𝑞, 𝑇) yang  jika  baterai  sudah  penuh  hambatan menjadi  sangat  besar  sehingga  tidak  mengalirkan  arus,  kecuali  dalam  arah  sebaliknya.  Bentuk  tegangan  dan hambatan dalam baterai terhadap arus, muatan dan suhu belum ada rumus yang baku, kecuali pemodelan yang bermacam-macam [15] [16] [17]. Perubahan potensial drastis terjadi ketika sel surya mendapat sinar matahari, kemudian tidak, atau dengan istilah lain, transisi dari keadaan terang ke gelap, transisi dari transisor yang aktiv menjadi  non  aktiv.  Namun  tidak  untuk  arus,  perubahannya  tidak  secepat  tegangan.  Karena  pada  keadaan
Jurnal Qua Teknika, Vol. 9 No. 1 Maret 2019 ISSN 2088-2424 (cetak); ISSN 2527-3892 (elektronik) Fakultas Teknik Universitas Islam Balitar, Blitar Https://ejournal.unisbablitar.ac.id/index.php/qua; Email: quateknika@unisbablitar.ac.id
Syamsudin Nur Wahid, Mukhlison. 2019. Karakter Kelistrikan Sistem Growbox Tabung Menggunakan Sel Surya.
Jurnal Qua Teknika , (2019), 9(1) : 57-68
remang-remang pun masih ada arus yang mengalir dari kecilnya potensial, walaupun sangat sedikit sekali, 0,72 mA. Untuk memastikan hal ini perlu dilakukan pengukuran intensitas matahari, arus dan tegangan pada sistem sel surya.
Karakteristik daya masukan pada Gambar 11 juga menunjukkan bahwa sel surya dapat menghasilkan daya hingga 142,4 mWatt dalam keadaan terik matahari. Pengukuran ini dilakukan ketika baterai tidak kosong dan tidak penuh. Hasil akan berbeda ketika baterai kosong, suharusnya daya yang dihasilkan akan lebih banyak lagi karena lebih banyak arus yang dapat dialirkan, sebaliknya jika baterai sudah penuh, dayanya semakin sedikit.

## Karakteristik Output
Gambar 12 Menunjukkan karakteristik arus dan tegangan pada bagian output. Arus tidak berubah secara linier terhadap tegangan, bahkan cenderung  eksponensial. Grafik hubungan arus dan tegangan sesuai dengan trendline yang dinyatakan dalam persamaan 6. Dengan y adalah tegangan dan x adalah arus.
𝑦 = 2,4452𝑥 0,0196 6
Bila kita sesuaikan persamaan ini dengan skema di Gambar 9 , dimana y adalah tegangan dioda dan x adalah arus yang melalui dioda maka didapatkan persamaan 7, dengan V D1 dalam volt dan I D1 dalam mili ampere. 𝑉 𝐷1 = 2,4452 ∙ 𝐼 𝐷1 0,0196

## 7
Grafik karakteristik output menandakan bahwa hambatan dioda berubah ketika dialiri arus atau tidak. Hukum ohm  menyatakan  jika  tegangan  sebanding  dengan  arus, 𝑉 = 𝐼𝑅 ,  sedangkan  persamaan  7  tidak  menyatakan secara eksplisit hambatannya berapa dan seakan-akan menyalahi formulasi Ohm. Maka data karakteristik output harus diekstrak untuk mendapatkan hubungan arus dan hambatan.
Gambar 12 Karakteristik Arus dan Tegangan pada Bagian Output
Bentuk ketergantungan hambatan terhadap arus ditunjukkan oleh Gambar 13 . Hambatan berkurang secara eksponensial terhadap arus. Jika arus semakin besar, maka hambatan semakin kecil. Kebergantungan hambatan terhadap arus ini dinyatakan dalam persamaan 8, dimana R D1 dalam Ohm dan I D1 dalam mili ampere. 𝑅 𝐷1 = 2445,2 𝐼 𝐷1 −0,98 8
Perubahan hambatan tersebut bilamana kita konfirmasi kepada hukum Ohm dimana arus dalam miliampere dan tegangan dalam Volt, maka didapatkan persamaan 9 yang sesuai dengan persamaan 7.
𝑉 𝐷1 = 𝐼 𝐷1 𝑅 𝐷1 1000
Jurnal Qua Teknika, Vol. 9 No. 1 Maret 2019 ISSN 2088-2424 (cetak); ISSN 2527-3892 (elektronik) Fakultas Teknik Universitas Islam Balitar, Blitar Https://ejournal.unisbablitar.ac.id/index.php/qua; Email: quateknika@unisbablitar.ac.id
Syamsudin Nur Wahid, Mukhlison. 2019. Karakter Kelistrikan Sistem Growbox Tabung Menggunakan Sel Surya.
Jurnal Qua Teknika , (2019), 9(1) : 57-68
𝑉 𝐷1 = 𝐼 𝐷1 1000 × 2445,2 𝐼 𝐷1 −0,98 𝑉 𝐷1 = 2,4452 ∙ 𝐼 𝐷1 0,02 9

## Gambar 13 Karakteristik Hambatan Output LED

## Konsumsi Daya
Kebalikan  dari  hambatan,  yang  membagi  tegangan  terhadap  arus,  daya  dihitung  dengan  mengalikan tegangan dan arus. Komponen outpu, yaitu led hanya mengkonsumsi daya maksimal 80,77 mili watt, lebih kecil daripada daya masukan yang dihasilkan sel surya. Melihat daya masukan dan daya keluaran seharusnya baterai mampu  menghidupkan  lampu  sepanjang  malam  dari  energi  yang  diperoleh  dari  sel  surya  sepanjang  hari  itu. Namun bukan itu saja yang mempengaruhi kecukupan energi, rugi-rugi daya dari transistor, resistor dan dioda juga perlu diperhitungkan dan yang paling utama yaitu muatan. Muatan yang masuk tidak boleh kurang dari muatan  yang  keluar.  Untuk  itu  perlu  dilakukan  pengukuran  rata-rata  daya  dan  arus  yang  masuk  dan  keluar sepanjang hari, yang akan dibahas pada penelitian selanjutnya. Namun dari data arus masuk dan arus keluar di Tabel 1, muatan yang dihasilkan sel surya mencukupi kebutuhan muatan yang diperlukan lampu LED. Ketika tegangan baterai semakin berkurang karena konsumsi daya dari led di malam hari, maka ia akan menarik lebih banyak arus dari sel surya pada siang harinya, mengingat selisih arus masukan dan keluaran hanya sedikit.
Tabel 1 Karakteristik Maksimal Masukan dan Keluaran Tabung Growbox Sel Surya
Karakteristik Masukan  Keluaran Arus (mA) 27.26 30.84 Tegangan (V) 5.23 2.62 Daya (mW) 142.36 80.77

## SIMPULAN
Telah dibuat tabung growbox sel surya dengan tinggi 35 cm, diameter bawah 27 cm dan diameter atas 36,5 cm.  Karakterisasi  dilakukan  dengan  mengukur  arus  dan  tegangan  masukan  dari  sel  surya  dan  keluaran  dari lampu led. Dari hasil karakterisasi didapatkan sel surya dapat menghasilkan daya masukan hingga 142,36 mW dan led mengkonsumsi daya keluaran hingga 80,77 mW. Melihat daya yang dihasilkan dan dikomsumsi, dapat diperkirakan tabung growbox mampu bekerja sehari-semalam secara terus  menerus hingga  waktu  yang tidak diketahui. Untuk itu perlu dilakukan pengujian daya selama 24 jam untuk melihat fluktuasi daya yang dihasilkan dan  yang  dikonsumsi.  Penelitian  selanjutnya  juga  perlu  melihat  hasilnya  pada  tanaman  sayur  atau  buah, dibandingkan dengan tidak menggunakan growbox.
Jurnal Qua Teknika, Vol. 9 No. 1 Maret 2019 ISSN 2088-2424 (cetak); ISSN 2527-3892 (elektronik) Fakultas Teknik Universitas Islam Balitar, Blitar Https://ejournal.unisbablitar.ac.id/index.php/qua; Email: quateknika@unisbablitar.ac.id
Syamsudin Nur Wahid, Mukhlison. 2019. Karakter Kelistrikan Sistem Growbox Tabung Menggunakan Sel Surya.
Jurnal Qua Teknika , (2019), 9(1) : 57-68

## REFERENSI
[1]   Y. Hidayat, "Sebuah Problem Perdesaan : Lahan Pertanian Terbatas, Kemiskinan Meningkat," 19 September 2017. [Online]. Available: https://geotimes.co.id/opini/sebuah-problem-perdesaan-lahan- pertanian-terbatas-kemiskinan/. [Accessed 1 Desember 2018].
[2]   L. Lukman, "Teknologi Budidaya Tanaman Sayuran Secara Vertikultur," Balai Penelitian Tanaman Sayuran, Bandung, 2008.
[3]   M. F. HADIMAN, "PENGENDALIAN KUAT PENERANGAN PADA LEMARI PRODUKSI PENYEMAIAN TANAMAN CABAI MERAH KERITING," POLITEKNIK NEGERI PADANG, Padang, 2017.
[4]   W. Vernandhes, N. S. Salahuddin and A. Kowanda, "SMART GROWBOX DESIGN WITH TEMPERATURE AND HUMIDITY," Jurnal Teknoin, pp. 850-859, 2017.
[5]   I. A. Sari, A. . N. Handayani and D. Lestari, "Smart Greenhouse sebagai Media Pembibitan Kentang Granola Kembang Berbasis Mikrokontroler," in prosiding seminar nasional teknologi elektro terapan Vol. 2. No. 1 , Malang, 2018.
[6]   R. Rosliani and N. Sumarni, BUDIDAYA TANAMAN SAYURAN DENGAN SISTEM HIDROPONIK, Jakarta: Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, 2005.
[7]   K. Raffar, "Hydroponics in tropica," in International Seminar on Hydroponic Culture of High Value Crops in the Tropics in Malaysia , 1990.
[8]   A. R. Restiani, S. Triyono, A. Tusi and R. Zahab, "The Effect of Lamp Types on The Growth and Production of Lettuce Grown in an Indoor Hydrophonic System," Jurnal Teknik Pertanian Lampung (Journal of Agricultural Enginering), 4, p. 3, 2015.
[9]   Wikipedia, "Sel surya," 13 Oktober 2018. [Online]. Available: https://id.wikipedia.org/wiki/Sel_surya.
[10]  E. Adityawan, "Studi Karakteristik Pencatuan Solar Cell Terhadap Kapasitas Sistem Penyimpanan Energi Baterai," Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok, 2010.
[11]  M. . M. Munir, S. . N. Wahid, F. Iskandar and Khairurrijal, "A System for Characterizing Batteries and Their Charging-Discharging Properties," Applied Mechanics and Materials, vol. 771, pp. 96-99, 2015.
[12]  Wkipedia, "Baterai," Wikipedia bahasa Indonesia, 9 Juni 2019. [Online]. Available: https://id.wikipedia.org/wiki/Baterai. [Accessed 14 Juli 2019].
[13]  Y. Nishi, "Lithium-Ion Secondary Batteries with Gelled Polymer Electrolytes," in Advances in Lithium- Ion Batteries , New York, Kluwer Academic Publishers, 2002, pp. 233-249.
[14]  Philips Electronics, BD136; BD138; BD140 PNP power transistors, Eindhoven: Philips Semiconductors, 1997.
Jurnal Qua Teknika, Vol. 9 No. 1 Maret 2019 ISSN 2088-2424 (cetak); ISSN 2527-3892 (elektronik) Fakultas Teknik Universitas Islam Balitar, Blitar Https://ejournal.unisbablitar.ac.id/index.php/qua; Email: quateknika@unisbablitar.ac.id
Syamsudin Nur Wahid, Mukhlison. 2019. Karakter Kelistrikan Sistem Growbox Tabung Menggunakan Sel Surya.
Jurnal Qua Teknika , (2019), 9(1) : 57-68
[15]  M. Chen and G. A. Rinc ́on-Mora, "Accurate Electrical Battery Model Capable of Predicting Runtime and I–V Performance," IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, vol. 2, no. 21, pp. 504- 511, 2006.
[16]  R. L. Fares, J. P. Meyers and M. E. Webber, "A dynamic model-based estimate of the value of a vanadium redox flow battery for frequency regulation in Texas," Applied Energy, no. 113, pp. 189-198, 2014.
[17]  T. Wu, M. Wang, Q. Xiao and X. Wang, "The SOC Estimation of Power Li-Ion Battery Based on ANFIS Model," Smart Grid and Renewable Energy, vol. 3, pp. 51-55, 2012.