## JURNAL ILMIAH FLASH
Vol. 6 No. 1, Halaman: 37 - 41 Juni 2020

## PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA UNTUK PENYIRAMAN LAHAN PERTANIAN
Mychael Gatriser Pae 1 *, Maria D. Badjowawo 2 , Ofran Tiran 3 1,2, 3 Politeknik Negeri Kupang
* E-mail: mychel.pae@mail.ugm.ac.id

## Abstrak
Perancangan PLTS ini sebagai alternatif penyiraman lahan pertanian pada musim kemarau oleh kelompok tani Nekamese di Desa Nunmafo Kecamatan Amabi Oefeto Timur. Adapun kapasitas beban  listrik yang digunakan adalah 125 WP, dengan durasi penyiraman selama 1 jam. Kapasitas panel surya yang digunakan adalah 200 WP dengan  menggunakan  sistem  penyimpanan  baterai  berkapasitas  80  Ah/12V.  Untuk  mengoperasikan  beban pompa air, sistem ini menggunakan inverter dengan kapasitas 600 Watt, dan charger controller sebagai proteksi pengisian ke baterai dan inverter dengan nominal arus 20 A.
Kata kunci : PLTS, Penyiraman, Panel surya, Inverter, Baterai, charger controller

## PENDAHULUAN
Photovoltaic
(PV) adalah sebuah peralatan semikunduktor yang dapat mengubah  energi  matahari  menjadi  energi listrik. Photovoltaic merupakan  suatu  panel yang  terdiri  dari  beberapa  sel  dan  beragam jenis. Photovoltaic merupakan  irisan  bahan silicon, ini  telah  diproses  sedemikian  rupa sehingga  memiliki  sifat –sifat  semikonduktor. Sebagai  akibat  sifat  semikonduktor,  akan timbul  tegangan  listrik  diantara  kontak  sisi depan  dengan  kontak  sisi  belakang  ketika cahaya  matahari  menimpa  permukaan  depan photovoltaic . Salah satu teknologi yang dapat digunakan  untuk  menggerakan  motor  pompa air  sumur  dangkal  adalah  Pembangkit  Listik Tenaga  Surya  (PLTS).  Pembangkit  Listrik Tenaga  Surya  merupakan  pembangkit  listrik yang  menggunakan  sinar  matahari  sebagai sumber  energi.  Selain  itu,  Pembangkit  Listrik Tenaga  Surya  biayanya  lebih  murah  karena tidak  menggunakan  bahan  bakar,  hanya membutuhkan  sedikit  perawatan  dan  ramah lingkungan.
Oleh  karena  itu,  diperlukan  sebuah  alat yang  dapat  membantu  meringankan  aktifitas mereka  dalam  hal  menimbah  air  yakni memanfaatkan motor pompa air, yang bersumber  dari  PLTS.  Sesuai  dengan  latar tersebut,  maka  penulis  mengambil  sebuah judul “Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Untuk Penyiraman Laha n Pertanian”. Iklim  di  Kabupaten  Kupang  musim kemarau  lebih  panjang  atau  lebih  lama dibandingkan musim hujan atau basah, dimana selama  8  bulan  mengalami  musim  kemarau dan 4 bulan mengalami musim hujan. Rata-rata
kelembaban  udara  di  Kabupaten  Kupang sebesar  76,6%,  tekanan  udara  1.010,42 milibar, dan rata-rata suhu udara di atas 27,26º.
Bila musim kemarau tiba,  para petani di Kabupaten  Kupang  khususnya  pada  Desa Nunmafo,  RT  15,  RW  08.  Kec  Amabi  Oefeto Timur  akan  mengalami  krisis  air  untuk penyiraman  lahan  pertanian.  Ini  dikarenakan sungai-sungai  dan  sumur  masyarakat  yang mengering,  sehingga  untuk  penyiraman  lahan pertanian pada musim kemarau, masyarakat di Kabupaten  Kupang  harus  menempuh  jarak yang  terbilang  jauh  sebagai  salah  satu  akses penyiraman lahan pertanian. Maka tidak dapat di  pungkiri  jika  musim  kemarau  tiba,  hasil pertanian  masyarakat  di  Kabupaten  Kupang akan mengalami pemerosotan karena kekeringan  juga  akan  berdampak  pada perekonomian mayarakat di NTT khususnya di Kabupaten Kupang.
Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dikembangkan  suatu  sistem  Pembangkit  Litrik Tenaga  Surya  (PLTS)  sebagai  alternatif penyiraman  lahan  pertanian  pada  musim kemarau di Kabupaten Kupang, dan diharapkan penelitian ini akan sangat berguna bagi  kepentingan  umum  khususnya  bagi masyarakat  di  Desa  Nunmafo  Amabi  Oefeto Timur Kabupaten Kupang.

## METODE PENELITIAN
Metode yang digunakan dalam penelitian ini  adalah  metode  penelitian  tindakan  ( Action Research ),  yaitu  suatu  bentuk  penelitian reflektif  diri  secara  kolektif  dilakukan  peneliti dalam  situasi  sosial  untuk  meningkatkan penalaran dan keadilan praktek, serta pemahaman  mengenai  praktek  dan  terhadap
situasi  tempat  dilakukan  praktek  penelitian. Diagram  pelaksanaan  kegiatan  Penelitian ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian Pada  perancangan  ini,  perlu  dianalisa  modul surya  agar  mempunyai  performa  yang  baik. Jika  pada  intensitas  radiasi  1.000  W/m 2 dan temperatur 25ºC, maka dengan menggunakan angka  radiasi  hasil  pengukuran  1592W/m 2 /1000  W/m 2 =  1,5Wh.  Jika  spesifikasi  modul tegangan  V mpp =  18,30  Volt,  dan  Arus  (I mpp )  = 5,47Ampere,  maka  untuk  mendapatkan  daya modul  dengan  menggunakan  ersaman  (2-1) adalah sebagai berikut :
Pn = V x I (1)
Lama  waktu  radiasi  rata-rata  (t r )  =  1,5 Wh/m 2 /hari (hasil pengukuran) Sehingga dalam satu hari setiap modul harus mampu mensuplai energi  rata-rata  maka  untuk  mendapatkan energi rata-rata dengan menggunakan persaman (2) adalah sebagaci berikut :
E modul = P n . t r (2)
Untuk  perhitungan  kapasitas  baterai maka  yang  perlu  diperhatikan  adalah  waktu otonomi  baterai  yang  dipahami  sebagai estimasi lama waktu operasional baterai. Makin tinggi  kapasitas  baterai  yang  diperlukan  maka waktu  otonomi  juga  perlu  diperbesar  agar
kemampuan  baterai  dalam  menyimpan  energi dapat  terpenuhi.  Waktu  otonomi  yang  biasa digunakan  di  daerah  equator  adalah  t oton =  2 hari. t (waktu) otonomi atau waktu dimana tidak adanya penyinaran  matahari dgunakan 2 hari, maka  untuk  mendapatkan  kapasitas  baterai dengan menggunakan persaman 3 dan 4.
Muatan Baterai (Q) harian  = P/V (3) Jadi Muatan Baterai (Q oton ) = Q x t oton (4)
Secara keseluruhan, berdasarkan hasil analisis dan  perhitungan,  maka  digram  perancangan sistem  penyiraman  lahan  pertanian  seperti Gambar 2.
Gambar 2. Diagram instalasi perancangan PLTS Penyiraman Lahan Pertanian

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Arus dan tegangan Keluaran dari panel surya  adalah  berupa  listrik  arus  searah  (DC) yang  besar  tegangan  keluarnya  tergantung dengan  jumlah  sel  surya  yang  dipasang didalam  panel  surya  dan  banyaknya  sinar matahari yang menyinari panel surya tersebut. Keluaran  dari  panel  surya  ini  sudah  dapat dgunakan langsung ke beban yang memerlukan  sumber  tegangan  DC  ,  dengan konsumsi  arus  yang  kecil.  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  ini  harus dihubungkan  ke  sebuah  media  penyimpanan (storage) . Dalam hal  ini adalah baterai. Tetapi ini tidak langsung dihubungkan begitu saja dari panel surya ke baterai, tetapi harus dihubungkan  ke  rangkaian  Solar  Charger Controler,  dimana  didalam  rangkaian  tersebut

## Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Untuk Penyiraman Lahan Pertanian
Pae*, Badjowawo 2 , Tiran 3 39
terdapat  rangkaian  pengisi  baterai  otomatis (Automatic Charger).
.

## HASIL
Pengukuran  Arus  dan  Tegangan  system PLTS  penggerak  motor  pompa  air  otomatis dapat dilihat pada tabel 1 sebagai berikut:

## Tabel 1. Pengukuran Arus dan Tegangan.
Pengukuran arus dan tegangan dilakukan  selama  10  jam  dimulai  pukul  07.00 sampai 17. 00. Dari hasil pengukuran diketahui tegngan  tertinggi  dihasilkan  pada  pukul  12.00 yaitu 19.28 V dengan arus 5.51 A. Sedangkan Tegangan  dan  arus  terendah  dihasilkan  pada pukul  17.00  yaitu  dengan  nominal  tegangan 3.75 V, dengan arus sebesar 3.75.
Hasil  analisis  baterai  pada  tahapan kedua  ini  menunjukkan  presentase  kapasitas baterai  yang  telah  dikosongkan  (terpakai) terhadap kapasitas maksimumnya, sedangkan SOC adalah presentase kapasitas baterai yang masih  tersedia  (tersisa)  terhadap  kapasitas maksimumnya.  Pada  hasil  analisis  DOD ditunjjukan pada Gambar 3.
Gambar 3. Hubungan DOD dan Lifetime
Baterai
Kurva di atas mendeskripsikan hubungan DOD dan  umur  baterai.  Sumbu    X  mendefenisikan
presentase  pengosongan  karena  penggunaan baterai, Sumbu Y mendefenisikan jumlah siklus pengisian  baterai.  Sedangkan Max  Power, OpzS, Solar  Power, OSP.HG,  OGI,  dan  GroE adalah  jenis  baterai.  Untuk  mengetahui  umur baterai berdasarkan jenisnya, DOD, dan siklus pengisian  baterai  maka  dapat  dilihat  pada kurva, misalnya pada karakteristik baterai Solar Power. DOD yang terpakai sebesar 50%, maka berdasarkan  kurva  di  atas Life  time baterai tersebut adalah :
Umur Baterai = 2800 365 = 7 tahun.
Hal ini berlaku untuk setiap karakteristik baterai sesuai  dengan  manufaktur    dari  produsen baterai. Kurva di atas berlaku bagi baterai tipe VRLA  OpzS  yang  terdapat  di  dalam  kurva  di atas.
Umur  baterai  secara  kalender  biasanya berkisar hingga beberapa tahun. Namun, hal ini juga  sangat  dipengaruhi  oleh  SOC  atau seberapa  penuh  kapasitas  baterai  tersebut dengan suhu. Karakteristik penggunaan baterai berdasarkan  suhu  kerja  dapat  dilihat  pada Gambar 4 di bawah ini.

## Gambar 4. Hubungan Umur Penyimpanan
Baterai dan Suhu Kurva di atas mendeskripsikan hubungan  umur  penyimpanan  baterai  dan suhu.  Sumbu    X  mendefenisikan  waktu penyimpanan  (t)  dalam  bulan,  Sumbu  Y mendefenisikan kapasitas baterai yang tersisa. Untuk  mengetahui  umur  baterai  berdasarkan suhu  dan  kapasitas  maka  dapat  dilihat  pada kurva,  Misalnya  pada  suhu  40ºC  dengan kapasitas  baterai  C10  yang  artinya  kapasitas baterai  yang  tersedia  selama  10  jam,  waktu penyimpanan hanya sekitar 4 bulan. Sedangkan  pada  suhu  ruang  25ºC,  waktu penyimpanan bisa sampai 12 bulan ( 1 tahun) atau lebih jika perawatan lebih baik. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi suhu
batterai  maka semakin pendek umur baterai.

## PEMBAHASAN
1.  Perhitungan Jumlah Modul
Jika pada intensitas radiasi 1.000 W/m 2 dan temperatur 25ºC, maka dengan menggunakan  angka radiasi hasil pengukuran 1592W/m 2 /1000  W/m 2 =  1,5Wh.  Jika spesifikasi  modul  tegangan  V mpp =  18,30  Volt, dan  Arus  (I mpp )  =  5,47Ampere,  maka  untuk mendapatkan daya modul dengan menggunakan  ersaman  (1)  adalah  sebagai berikut :
Pn = V x I
= 18,30 x 5,47 = 100,101 Va
Dalam  perancangan  ini  modul  yang digunakan  adalah  2  buah  modul  PV  dengan spesifikasi yang sama, maka untuk mendapatkan  daya  nominal  (P n )  dari  panel menggunakan  persaman  (2)  adalah  sebagai berikut :
Pn = 2 x 100,101= 200,202 Watt
Lama  waktu  radiasi  rata-rata  (t r )  =  1,5 Wh/m 2 /hari (hasil  pengukuran).  Sehingga dalam  satu  hari  setiap  modul  harus  mampu mensuplai energi rata-rata maka  untuk mendapatkan energi rata-rata:
E modul = P n . t r
= 101,202 x 1,5 = 151,803Wh/hari
Dan  diasumsikan  bahwa  waktu  yang dibutuhkan  sistem  untuk  regenerasi  baterai, berarti  dalam  kondisi  tanpa  beban,  adalah  1 hari.  maka  untuk  mendapatkan  jumlah  modul (N)  untuk  dapat  mensuplai  kebutuhan  beban sebesar 125 Wh/hari dengan waktu otonomi 2 hari adalah sebagai berikut :
N = (E tot . t oton ) / (E modul . t regen )
= (101,202x2) / (151,803x1) = 202,404/151,808=1,3 modul atau disetarakan dengan  2  modul  agar  daya  output  yang dihasilkan lebih besar.
Jadi  menggunakan  modul  dengan  Pmax  100 Wp  dalam  mensuplai  daya  listrik  125  Watt cukup menggunakan 2 unit modul.
2.  Kapasitas Baterai Untuk mengetahui berapa besar kapasitas
daya baterai (Ah) maka yang perlu diperhatikan adalah  waktu  otonomi  baterai  yang  dipahami sebagai  estimasi  lama  waktu  operasional baterai.  Makin  tinggi  kapasitas  baterai  yang diperlukan  maka  waktu  otonomi  juga  perlu diperbesar  agar  kemampuan  baterai  dalam menyimpan energi dapat terpenuhi.
Waktu  otonomi  yang  biasa  digunakan  di daerah  equator  adalah  t oton =  2  hari.  t  (waktu) otonomi  atau  waktu  dimana  tidak  adanya penyinaran matahari dgunakan 2 hari, maka:
Muatan Baterai (Q) harian  = P/V
= 125/12 = 10,41Ah
Jadi Muatan Baterai (Q oton ) = Q x t oton
= 10,41 x 2 = 20,82 Ah
Jika  diperhitungkan  tingkat  pengosongan baterai  biasanya  50-70%,  maka  digunakan rata-ratanya  sehingga  diambil  50%.  Maka kapasitas  baterai  (K N )  baterai  yang  sesuai adalah:
K N =  33,34  Ah  /  0.5  =  66,68  Ah  atau  setara dengan 80 Ah
3.  Waktu Operasi Sistem
Jika  daya  atau  beban  uji  yang digunakan  sebesar  125  W  maka  dengan menggunakan baterai 80
Ah dapat menghidupkan beban 125 Watt dengan jumlah jam operasi seperti perhitungan berikut.
Untuk  mendapatkan  waktu  operasi  beban dengan daya 125 Watt, Jika diketahui tegangan sistem  adalah  12  Volt,  dan  kapasitas  baterai adalah 80 Ah adalah sebagai berikut :
P = I x V
= 80Ah x 12Volt = 960 Wh
Pada  perancangan  ini  menggunakan  1  buah baterai, maka :
P = 1 x 960 Wh = 960 Wh
Jadi waktu beroperasi beban adalah :
t = 960 / 125 = 7,64 jam

## Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Untuk Penyiraman Lahan Pertanian
Pae*, Badjowawo 2 , Tiran 3 41
Dari  hasil  penelitian  ini  didapatkan beberapa  kesimpulan  maupun  saran  antara lain  adalah:  Perancangan  PLTS  ini  sebagai alternatif  penyiraman  lahan  pertanian  pada musim kemarau oleh kelompok tani Nekamese di  Desa  Nunmafo  Kecamatan  Amabi  Oefeto Timur.  Adapun  kapasitas  beban  listrik  yang digunakan  adalah  125  WP,  dengan  durasi penyiraman  selama  1  jam.  Kapasitas  panel surya yang digunakan adalah 200 WP dengan menggunakan  sistem  penyimpanan  baterai berkapasitas 80
Ah/12V.
Untuk mengoperasikan  beban  pompa  air,  sistem  ini menggunakan  inverter  dengan  kapasitas  600 Watt,  dan charger  controller sebagai  proteksi pengisian  ke  baterai  dan  inverter  dengan nominal arus 20 A.
Penuaan umur baterai diakibatkan oleh pengisian  dan  juga  sangat  dipengaruhi  oleh siklus  kedalaman  pengosongan  baterai  Depth Of  Discharge  (DOD).  Semakin  dalam  DOD yang  diberlakukan  pada  suatu  baterai,  maka semakin  pendek  pula  usia  pakai  dari  baterai tersebut.  Selain  itu,  suhu  atau  temparature dimana  baterai  tersebut  di  simpan  juga mempengaruhi  umur  baterai,  semakin  tinggi temparature  maka  semakin  pendek  usia bateraiBagaimana menentukan kapasitas daya baterai,  karakteristik  kerja  baterai  siklus  kerja, life timenya dan Dept Of Discharge (DOD).
Adapun saran sebagai acuan pengembangan  dari  penelitian  ini  antara  lain: bagi  masyarakat  di  daerah  terisolir  yang menggunakan  alat  ini  selalu  memperhatikan perawatan  dan  perbaikan  maka  dari  itu masyarakat  harus  diberi  pemahaman  agar nantinya  jika  ada  kerusakan  masyarakat  bisa melakukan  perawatan  dan  perbaikan  dengan sendirinya  agar  peralatan  ini  bisa  digunakan dalam jangka waktu yang sangat panjang dan tidak mudah rusak. Selain dari segi perawatan, penambahan kapasitas baterai sangat diperlukan agar masyarakat mampu mengoperasikan  sistem  dengan  durasi  waktu yang lebih lama.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada  Politeknik  Negeri  Kupang  yang  telah memberikan  ijin  kepada  tim  peneliti  untuk melakukan  penelitian  ini.  Selanjutnya,  ucapan terimakasih kepada Bapak Daud Obed Bekak, S.T.,M.T dan Ibu Maria D. Badjowawo, ST, MT yang  telah  berkontribusi  sebagai  pembimbing dalam pennelitian ini, serta sdr. Ofran Tiran dan teman –  teman  yang  telah  membantu  dalam kelancaran penelitian ini. Kepada Tim
Pengelola Jurnal FLASH, penulis mengucapkan  terima  kasih  atas  bantuan  dan perannya dalam mereview hasil penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  Aminoto,  Anryan,  2017.  Cara  seting  timer listrik. http://super sury aled.com /2017 /11 /10- cara-seting-timer-listrik: diakses tanggal 21 juli 2019
[2].  Anonim,2012. Solar energi diagram. http//xtenologi.blogspot.com/2012/11/09- solar-energi-diagram:  diakses  tanggal  10 juni 2019
[3].  Bali,Wilhelmus loli. 2017.Penggunaan photovoltaiku untuk  menggerakan  motor pompa air secara otomatis.Kupang:Politeknik Negeri Kupang
[4].  Dadan Hamdani, 2011.pengujian stand alone  photovoltaic  system (SAPS)  untuk aplikasi kelistrikan daerah terpencil. Jurnal FMIPA Univ Mulawarman.
[5]. Mark Hankins, 1991: “Asumsi rugi-rugi (loses) pada sistem dianggap sebesar 15% “ small solar electric system
[6].  Raditya,Galih, 2017.Sejarah sel surya dan perkembanganya: diakses pada tanggal 25 juni 2019
[7].  Rahmatika  Elmi,  2019.  Jenis-jenis  pompa air. https://www.99.co/blog/ indonesia/ jenis-pompa-air/2019/11/03: diakse tanggal 22 juli 2019
[8]. Rotib.Windy,  2007.“Aplikasi  Sel  Surya Sebagai Sumber Energi Alternatif”, [online]. Tersedia: http://www.Forumsains.com . [`15 maret 2007]
[9].  Sigalingging, Karmon. 1995. Pembangkit Listrik Tenaga Surya . Bandung: Tarsito
[10]. Widjan, 2017, Komponen apa saja yang harus ada dalam PLTS,artikel. https://kelistrikanku.com/2017/01/kompone n-bagian-panel-surya.hmtl. Diakses pada 8 juli 2019