`
Volume. 01, No. 01 Juni, 2020 Article history Received :  April 24, 2020 Revised : June 18, 2020 Accepted : June 20, 2020

## Alih Teknologi Pembangkit Listrik Tenaga Air Pikohidro untuk Masyarakat di Desa Pekuncen Purbalingga

## Transfer of Technology of the Pico-Hydropower for the Community at Desa Pekuncen Purbalingga
Jamrud Aminuddin* 1 , Wihantoro 1 , Mashuri 2 , dan Pujo Priyadi 1
1 Jurusan Fisika FMIPA Universitas Jenderal Soedirman, Jl. dr. Suparno 61 Grendeng, Purwokerto Jawa Tengah, 53122, Indonesia.
2 Jurusan Matematika FMIPA Universitas Jenderal Soedirman, Jl. dr. Suparno 61 Grendeng, Purwokerto Jawa Tengah, 53122, Indonesia. Email*: jamrud.aminuddin@unsoed.ac.id
Abstrak  – Desa  Pekuncen,  Kecamatan  Bobotsari,  Kabupaten  Purbalingga  Provinsi  Jawa  Tengah  merupakan  wilayah  yang terletak  sekitar  26-27  km  ke  arah  timur  dari  kota Purwokerto.  Desa  tersebut  terdiri  atas 5  RW  dimana  pada  wilayah  RW  05 terdapat  2  RT  yang  dipilih  sebagai  mitra  kegiatan  pengabdian.  Sebelum  kegiatan  ini  dilaksanakan,  di  area  tersebut  masih ditemukan  permasalahan  berupa  kekurangan  air  bersih  dan  penerangan  jalan.  Alih  teknologi  pembangkit  listrik  tenaga  air picohidro  dipilih  sebagai  salah  satu  solusi  untuk  kedua  persoalan  tersebut.  Alasan  pemilihan  solusi  karena  sekitar  30  m  dari sumur dan tower untuk penyediaan air bersih. Selain itu, terdapat air terjun dengan ketinggian antara 8-10 m. Sistem yang telah direalisasikan  dalam  kegiatan  ini  dioperasikan  melalui  5  tahapan  utama  untuk  menghasilkan  daya  listrik  3  kW.  Pertama, sumber  aliran  air  berasal  dari  air  terjun  dialirkan  menuju  ke  bak  penampungan.  Kedua,  air  dari  bak  penampung  dialirkan melewati  pipa  pesat  untuk  menghasilkan  air  dengan  kecepatan  dan  tekanan  tinggi  sebelum  diarahkan  untuk  memutar  turbin. Ketiga,  turbin  yang  berputar  dihubungkan  ke  generator  untuk  menghasilkan  energi  listrik.  Keempat,  energi  listrik  dari generator dinormalkan dengan stabilizer untuk mencegah terjadinya fluktuasi tegangan. Kelima, energi listrik yang telah stabil didistribusikan  ke  konsumen.  Selanjtnya,  pendistribusian  daya  listrik  dari  sistem  yang  telah  direalisasikan  dikelolah  oleh kelompok masyarakat setempat.
Kata kunci: Bak penampungan, generator, pikohidro, pipa pesat,  stabilizer
Abstract – Desa Pekuncen, Kecamatan Bobotsari, Kabupaten Purbalingga Provinsi Jawa Tengah is an area located about 26- 27  km  to  the  east  of  Purwokerto.  The  area  consists  of  5  RWs  where  in  RW  5th  there  are  2  RTs  which  are  chosen  as  the partners of service activity. Before this activity was carried out,  at the area is still  found the problem about the clean water and  street  lighting.  The  technology  transfer  of picohidro hydropower  was  chosen  as  one  of  the  solutions  for  both  problems. The reason for choosing the solution is because in firts survey we seek the well and tower about 30 m from the location which supply  the  clean  water.  Besides,  there  is  a  waterfall  with  a  height  about  8-10  m.  The  system  that  has  been  realized  in  this activity is operated through 5 main stages to product the electric power  3 kW. First, the source of the water flow comes from the waterfalls is flowed to the forebay tank. Second, water from the reservoir is flowed through the  penstock pipe to produce the  high  speed  and  pressure  of  water  before  being  directed  to  turn  the  turbine.  Third,  a  rotating  turbine  is  connected  to  a generator  to  produce  electrical  energy.  Fourth,  the  electrical  energy  from  the  generator  is  normalized  with  a  stabilizer  to prevent voltage fluctuations. Fifth, stable electricity is distributed to consumers. Furthermore, the distribution process of the electric power for the realized system is managed by the community.
Key words: Forebay tank, generator, penstock pipe, picohydro, stabilizer.

## I. PENDAHULUAN
Desa  Pekuncen,  Kecamatan  Bobotsari,  Kabupaten Purbalingga  terletak  sekitar  26-27  km  ke  arah  timur  dari kota  Purwokerto,  Provinsi  Jawa  Tengah.  Desa  tersebut terdiri  atas  5  RW.  Khusus  pada  wilayah  RW  05  terdapat  2 RT  yang  masih  kekurangan  fasilitas  untuk  menunjang kualitas  hidup  masyarakatnya.  Persoalan  yang  ditemukan berdasarkan  wawancara  langsung  dengan  Kepala  Desa Pakuncen  beserta  Ketua  RT  02  dan  RT  03  adalah penyediaan  air  bersih  untuk  setiap  rumah  tangga  dan penerangan jalan.
Permasalahan  air  bersih  untuk  kedua  RT  tersebut  telah mendapat  penanganan  dari  pemerintah  setempat  dengan pembuatan  sumur  bor  yang  airnya  diangkat  dengan  pompa air  bertenaga  mesin.  Mesin  tersebut  digerakkan  dengan menggunakan  aliran  listrik  dari  PLN  dengan  biaya operasional  untuk  pembayaran  listrik  berkisar  antara  Rp 300.000,-  sampai  Rp  700.000,-  setiap  bulan.  Selain  itu, terdapat  pula  biaya  operasional  lainnya  (pemeliharaan) berkisar  antara    Rp  200.000,-  sampai  Rp  500.000,-  setiap bulan.  Jadi  rata-rata  biaya  operasional  yang  diperlukan adalah  antara  Rp  500.000,-  sampai  Rp  1.200.000,-  setiap
bulannya.  Sementara  iuran  yang  mampu  disediakan masyarakat  pengguna  sekitar  Rp  10.000,-  setiap  kepala keluarga  (KK)  yang  jumlahnya  sekitar  80  KK  untuk  kedua RT 02 dan RT 03.
Berdasarkan  perhitungan  yang  dilakukan  bersama pengelola penyediaan air bersih dalam  hal ini Ketua  RT 02 dan  RT  03,  diketahui  bahwa  terjadi  kekuarangan  biaya operasional rata-rata Rp 400.000,- setiap bulannya. Fasilitas penyediaan  air  minum  yang  digunakan  di  lokasi  kegiatan yang telah diuraikan diperlihatkan pada Gambar 1.
Gambar Error! No text of specified style in document. . Fasilitas penyediaan air bersih
Persoalan  lainnya  yang  juga  ditemukan  dan  disepakati akan dipecahkan adalah penerangan jalan. Permasalahan ini belum  mendapatkan  pemecahan  dari  pemerintah  setempat. Alasannya  tidak  ada  kelompok  masyarakat  yang  akan bertanggungjawab  untuk  membayar  beban  listrik  dari  PLN. Perkiraan  biaya  yang  dibutuhkan  untuk  pembayaran  PLN sekitar  Rp  100.000,-  sampai  Rp  200.000,-  setiap  bulan, belum  termasuk  biaya  perawatan  yang  diperkirakan  antara Rp  50.000,-  sampai  Rp  100.000,-  setiap  bulan.  Gambaran situasi  jalan  desa  yang  belum  mempunyai  penerangan diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Jalan yang belum mendapatkan fasilitas penerangan
Berdasarkan  survei  lapangan  dan  wawancara  langsung dengan  pemerintah  tingkat  desa  beserta  tokoh  masyarakat dan  pemuda  yang  berada  dalam  wilayah  tersebut,  maka dibuat  kesepakatan  untuk  melaksanakan  kegiatan  guna mengatasi kedua permasalahan tersebut. Sumber permasalahan  utama  yang  telah  diuraikan  adalah  tingginya biaya  untuk  pembayaran  beban  listrik  dari  PLN.  Untuk mengatasi  persoalan  tersebut,  maka  dilaksanakan  kegiatan alih  teknologi  dengan  prioritas  kegiatan  instalasi  PLTA pikohidro  dan sosialisasi penggunaannya. Kegiatan  tersebut diperuntukkan khususnya bagi masyarakat pengguna.
Alasan  pemilihan  solusi  persoalan  yang  dihadapi masyarakat  dalam  kegiatan  ini  adalah  ditemukannya beberapa  potensi  sumber  daya  alam  di  sekitar  lokasi tersebut.  Potensi  yang  pertama  adalah  adanya  sarana penyediaan  air  bersih  tetapi  memerlukan  dukungan ketersediaan  aliran  listrik  selain  dari  PLN.  Potensi  yang kedua  adalah  sekitar  30  m  dari  sumur  dan  tower  untuk penyediaan  air  bersih  terdapat  air  terjun  dengan  ketinggian antara  8  m  sampai  10  m.  Gambaran  situasi  potensi  yang kedua yaitu air terjun diperlihatkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Potensi air terjun kecil di lokasi kegiatan
Kegiatan  ini  bertujuan  untuk  mentransformasi  teknologi sederhana  kepada  masyarakat.  Masyarakat  diharapkan mampu  merawat  dan  mengembangkan  PLTA  pikohidro dengan  daya  1-5  kW.  Penamaan  PLTA  dalam  kegiatan  ini berdasarkan output daya  listrik  yang  dihasilkan.  Dari beberapa  literatur  ilmiah  diketahui  bahwa  berdasarkan output daya  listrik  yang  dihasilkan,  PLTA  diklasifikasikan menjadi 5 istilah, yaitu: Large-Hydro (> 100MW), Medium- Hydro (15-100 MW), Small-Hydro (1-15 MW), Mini-Hydro (100–1000kW), Micro-Hydro (5-100kW),  dan Pico-Hydro (< 5kW) [1-4].

## II. METODE PELAKSANAAN
Kegiatan  alih  teknologi  ini  dilaksanakan  dalam  beberapa tahapan  dengan  tujuan  umum  alih  teknologi  PLTA pikohidro  yang  terintegrasi  dengan  sarana  penyediaan  air bersih  dan  sarana  penerangan  jalan  di  lokasi  mitra.  Pada tahap awal dilakukan survei, pengukuran, dan analisis secara detail kemampuan air terjun di lokasi  kegiatan. Tahapan ini dilakukan  untuk  mengetahui  daya  dukung  atau  kemampuan gaya dorong air terjun di sekitar wilayah mitra.
Pada  tahap  kedua  dilakukan  sosialisasi  pertama  pada masyarakat  terkait  dengan  instalasi  PLTA  pikohidro. Selanjutnya  dilakukan  realisasi  dan  pemasangan  PLTA pikohidro  bekerja  sama  dengan  kelompok  masyarakat  dan pemerintah setempat.
Pada  tahap  akhir  dilakukan  pengujian  dan  perbaikan sistem  PLTA  skala  kecil  sampai  sistem  ini  bekerja  dengan baik.  Dalam  tahapan  ini  sistem  sudah  terintegrasi  dengan sarana penyediaan air bersih dan penerangan jalan di lokasi kegiatan.  Sosialisasi  kedua  pada  tahapan  ini  terkait  dengan pemanfaatan dan perawatan PLTA pikohidro.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Kegiatan  ini  merupakan  salah  satu  bentuk  transformasi hasil  penelitian  yang  telah  dilaksanakan  sebelumnya. Penelitian  terkait  dengan  PLTA  pikohidro  yang  telah dilakukan  adalah  konfigurasi  ideal  konverter  energinya  dan keseimbangan  putaran  konverter  energi  tersebut  dengan gaya dorong pada ujung pipa penstock [4].  Untuk itu, dalam kegiatan  ini  sistem  mekanis  PLTA  pikohidro  yaitu  sumber gaya  dorong  dan  konverter  energi  akan  diproduksi  sendiri. Komponen  lainnya  khususnya  sistem  intrumentasi  belum bisa diproduksi sendiri tetapi sudah banyak dipasaran seperti generator listrik dan stabilizer [5,6].
Dalam  kegiatan  ini  telah  berhasil  direalisasikan  sebuah sistem  pembangkit  listrik  tenaga  air  pikohidro  dengan  daya 2-3  kW.  Sistem  tersebut  terdiri  atas  empat  bagian  utama. Bagian  pertama  adalah  bak  penampung  ( forebay  tank) dan pipa  pesat  ( penstock) .  Bak  penampungan  berfungsi  untuk menampung  air  dari  sumber  aliran  dan  mengatur  debit  air. Pipa  pesat  berfungsi  untuk  memadatkan  aliran  air  dari  bak penampungan  sehingga  menghasilkan  kecepatan  dan tekanan  tinggi  sebelum  diarahkan  untuk  memutar  turbin [7,8].  Kedua,  turbin  dan  sistem konverter  untuk mengkonversi  energi  potensial  air  menjadi  energi  mekanik [4,9].  Ketiga,  generator  yang  dihubungkan  dengan  turbin dan  sistem  konverter  untuk  menghasilkan  energi  listrik. Keempat, stabilizer atau  alat  yang  berfungi  untuk menormalkan  energi  listrik  dari  generator  untuk  mencegah terjadinya  fluktuasi  tegangan  [5].  Sistem  PLTA  pikohidro tersebut  terintegrasi  dengan  sarana  penyediaan  air  bersih yang sudah tersedia di lokasi mitra dan sumber aliran listrik untuk  penerangan  jalan  yang  sedang  direalisasikan.  Proses instalasi  dan  bentuk  real  sistem  PLTA  pikohidro diperlihatkan pada Gambar 4 dan 5.
Gambar 4. Kegiatan instalasi PLTA picohidro
Gambar 5. Bentuk riil PLTA pikohidro
Turbin  dan  generator  dapat  dihubungkan  dengan  cara direct  copel (gandengan  langsung)  dan indirect  copel (gandengan  menggunakan  sabuk)  [2].  Gandengan  langsung akan memutar generator listrik dengan kecepatan yang sama dengan  kecepatan  sumbu  turbin,  sehingga  cara  ini  tidak memungkinkan  untuk  menambah  kecepatan  putaran generator.  Gandengan  tidak  langsung  atau  menggunakan sabuk  akan  memutar  generator  listrik  setelah  terhubung dengan sabuk [1]. Kecepatan  putarannya  sangat bergantung pada  desain  gandengan  antara  turbin  dan  generator, sehingga  cara  ini  memungkinkan  untuk  menambah kecepatan putaran generator listrik. Gandengan turbin secara
tidak  langsung  umumnya  terdiri  atas  beberapa  roda  yang terhubung  secara  seporos  dan  serantai.    Hubungan  antara roda-roda tersebut dengan turbin berfungsi untuk mengoptimalkan  proses  konversi  energi  potensial  menjadi energi  mekanik  sehingga  disebut  konverter  energi  [4]. Bentuk  gandengan  yang  ideal  untuk  PLTA  pikohidro diperlihatkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Bentuk riil model gandengan konverter energi
Generator  listrik  adalah  alat  yang  memproduksi  energi listrik  dari  sumber  mekanik  dengan  menggunakan  induksi elektromagnetik.  Generator  berfungsi  sebagai  pembangkit arus  listrik,  tetapi  tidak  menciptakan  muatan  listrik,  yang telah  ada  di  dalam  kawat  konduktif  dari  lilitannya.  Ini kurang  lebih  analogi  dengan  pompa  air,  yang  menciptakan aliran  air  tetapi  tidak  menciptakan  air  di  dalamnya. Berdasarkan  arus  listrik  yang  ditimbulkan  generator  terdiri atas  dua  jenis,  yaitu  generator  listrik alternating  current (AC)    menggunakan alternator dan dirrect  current (DC) menggunakan dinamo. Dalam alternator, terdapat dua kutub magnet  yang  saling  berhadapan  sehingga  mengakibatkan timbulnya  medan  magnet  dan  di  dalamnya  terdapat kumparan  yang berputar pada porosnya dan  mengakibatkan jumlah  gaya  magnet  menjadi  berubah-ubah.  Arus  listrik yang dihasilkan alternator bersifat bolak balik bergelombang.  Amplitudonya  bergantung  kepada  medan magnet,  jumlah  dari  lilitan  tersebut,  dan  luas  kumparannya [5].  Bentuk  riil  generator  tersebut  diperlihatkan  pada Gambar 7.
Gambar 7. Generator listrik PLTA pikohidro
Salah satu alat yang sering digunakan untuk menstabilkan tegangan  dan  frekuensi  pada  generator  induksi  adalah  VSI ( voltage  source  inverter )  dan  ELC  ( electronic  load converter ).  Sistem  VSI  berfungsi  untuk  mempertahankan tegangan  generator  induksi  selalu  berada  pada  kondisi konstan dengan cara mengatur besaran dari nilai arus reaktif yang  masuk  ke  sistem  generator  induksi.  Sementara rangkaian  ELC  atau  yang  sering  disebut  juga  dengan dump load berfungsi untuk mempertahankan generator selalu pada kondisi  beban  penuh  dengan  cara  mengatur  besaran  dari nilai  RMS  ( Root  Mean  Squared )  tegangan  yang  melewati dump  load .  Dengan  mempertahankan  generator  selalu berada  pada  kondisi  beban  penuh  maka  frekuensi  tegangan dari  sistem  generator  dapat  dijaga  pada  kondisi  konstan. Dengan  pemasangan  rangkaian  VSI  ( Voltage  Source Inverter )  dan  ELC  ( Electronic  Load  Controler )  sebagai pengatur  elektrik  pada  sistem  generator  induksi  maka frekuensi  dan  tegangan  keluaran  dari  generator  induksi tersebut  dapat  distabilkan  [5]. Stabilizer yang  digunakan dalam kegiatan ini diperlihatkan pada Gambar 8.
Gambar 8. Stabilizer PLTA pikohidro
Dalam  kegiatan  ini  telah  berhasil  direalisasikan  PLTA dalam skala kecil di Desa Pakuncen, Kecamatan Bobot Sari, Kabupaten  Purbalingga,  Jawa  Tengah.  Sistem  PLTA  ini secara teoretis mampu membangkitkan energi listrik sebesar 3 kW sehingga termasuk dalam kelompok PLTA pikohidro. Pada  awal  perancangan  dan  realisasi  diketahui  bahwa kondisi lokasi mempunyai sumber air yang memadai, tetapi karena  perubahan  musim  pembangkit  ini  belum  mampu bekerja secara optimal.
Salah  satu  faktor  teknis  yang  menyebabkan  sistem  ini tidak mampu bekerja secara optimal adalah kurangnya debit air  pada  bak  penampungan.  Kondisi  tersebut  menyebabkan gaya dorong air pada ujung pipa pesat untuk memutar turbin tidak  bekerja  secara  optimal.  Mencermati  kondisi  tersebut maka pada tahapan berikutnya akan dilakukan penyempurnaan desain bak penampungan untuk mengoptimalkan  gaya  dorong  air  pada  ujung  pipa  pesat. Salah  satu  rencana  teknis  yang  akan  dilaksanakan  adalah membuat  saluran  pembuangan  air  dari  warga  dan  sumber mata  air  pada  lokasi  kegiatan  sehingga  sistem  ini  tetap bekerja secara optimal pada musim kemarau.

## IV. KESIMPULAN
Kegiatan  yang  telah  dilaksanakan  telah  menghasilkan sebuah  sistem  PLTA  pikohidro.  Berdasarkan  analisis  dan
pengukuran  yang  telah  dilakukan,  maka  diketahui  bahwa sistem  tersebut  mampu  menghasilkan  energi  listrik  sebesar 3kW  dalam  kondisi  debit  air  yang  normal.  Dalam  kondisi debit  air  yang  tidak  normal,  sistem  ini  tetap  bekerja  namun mengalami fluktuasi tegangan listrik.
Pada  lokasi  yang  dipilih  dalam  kegiatan  ini,  diketahui bahwa  kebutuhan  masyarakat  terhadap  sistem  yang  telah direalisasikan  cukup  tinggi  khususnya  untuk  penerangan jalan  dan  penyediaan  air  bersih  tetapi  kurang  didukung sumber air yang memadai jika terjadi musim kemarau yang berkepanjangan.  Untuk  itu,  pada  kegiatan  selanjutnya khususnya  yang  terkait  dengan  realisasi  PLTA  pikohidro disarankan  memilih  lokasi  dengan  ketersediaan  sumber  air yang  memadai.  Selain  itu,  perlu  dipertimbangkan  tingkat kebutuhan  masyarakat  terhadap  sistem  PLTA  pikohidro yang akan dibangun.
Keberlanjutan kegiatan ini adalah  masyarakat diharapkan mampu memanfaatkan PLTA pikohidro ini untuk mendorong  peningkatan  ekonomi.  Selain  itu,  sistem  ini diharapkan  diharapkan  menjadi  media  pembelajaran  terkait dengan  pembuatan  PLTA  pikohidro  khususnya  bagi mahasiswa Unsoed. Teknologi sederhana ini juga diharapkan dapat diterapkan di lokasi lain yang membutuhkan.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Kegiatan  ini  dilaksanakan  atas  biaya  dana  DIPA Direktorat  Jenderal  Pendidikan  Tinggi  Tahun  2015  dengan Nomor DIPA-023.04.1.673453/2015 Tanggal 14 Nopember 2014  Nomor  Kontrak:  2264/UN23.14/PN/2015.    Untuk  itu, kami  mengucapkan  terima  kasih  kepada  penyandang  dana kegiatan  ini.  Terima  kasih  juga  kami  ucapkan  kepada masyarakat dan pemerintah Desa Pakuncen Purbalingga atas kerjasamanya selama kegiatan ini dilaksanakan.

## PUSTAKA
[1] Zulkarnain,  H.  Soekarno  dan  A.  Berlian,  Sistem  Piko  Hidro untuk  Daerah  Terpencil, Publikasi  P3TEK ,  vol.  1.  no.  1, 2002, hal. 20-26.
[2] Soekarno  H.,  T.  Anggono  dan  A.  Heriansyah,  Komponen Dasar  dalam  Perencanaan  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mini- Mikrohidro, Publikasi P3TEK , vol. 1. no. 1, 2002, hal. 8-12.
[3] Jorfri B.S. Perancangan Turbin Air untuk Sistem Pembangkit Listrik  Tenaga  Mikro  Hidro  (Studi  Kasus  Desa  Way  Gison Kec.Sekincau  Kab.  Lampung  Barat). Jurnal  Sains  dan Inovasi , vol. no.1, 2009, hal. 57-64.
[4] Aminuddin  J,  dan  A.  N.  Aziz,  Analisis  Konfigurasi  Ideal Konverter  Energi  PLTA  Pikohidro  berdasarkan  persamaan Euler-Lagrange dan Metode Runge-Kutta, Seminar Nasional
Pembangunan Pedesaan , LPPM-Unsoed. September 2013.
[5] Irasari  P  dan  D  Hidayati,  Nurafni,  Analisis  Prototipe Generator  Kecepatan  Rendah  Untuk  Pembangkit  Listrik Skala  Kecil, Majalah  Teknologi  Indonesia ,  vol.  29,  no.  1, 2006, hal. 47-51.
[6] Caxaria  G.A,  D.M  Sousa,  and  H.M  Ramos,  Small  scale hydropower:  generator  analysis  and  optimization  for  water supply systems, World Renewable Energy Congres, Sweden, 8-13 May 2011, Lingköping-Sweden, hal. 1386-1393.
[7] Schetz  J.  A,  A.E  Fuhs,  and  J.A  Schetz,  Fundamentals  of Fluid  Mechanics,  2 nd Eddition, Wiley-Interscience ,  USA, 1999.
[8] Alexander  K.V,  and  E.P.  Giddens,  Optimum  Penstocks  for Low  Head  Micro  Hydro  Schemes, Renewable  Energy ,  vol. 33, issue 03, 2008, pp. 507-519.
[9] Ho-Yan  B,  and  W.  D  Lubitz,  Performance  evaluation  of Cross-flow  Turbine  for  Low-head  Application, World Renewable  Energy  Congress ,  Sweden,  8-13  May  2011, Lingköping-Sweden, pp. 1394-1399.