## Perancangan Mesin Pompa Air Tenaga Surya untuk Mengurangi Konsumsi Listrik Skala Rumahan
Zaenal Arifin 1* , Aries Jehan Tamamy 1 , dan Nur Islahudin 2
1 Program Studi Teknik Elektro, Universitas Dian Nuswantoro, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia 2 Program Studi Teknik Industri, Universitas Dian Nuswantoro, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia
* Corresponding author, e -mail : xzaenal@dsn.dinus.ac.id
Abstrak — Salah satu peralatan rumah tangga yang mengkonsumsi daya listrik cukup besar adalah mesin pompa  air.  Hampir  setiap  rumah  yang  memanfaatkan  air  sumur,  menggunakan  mesin  pompa  air  untuk menyedot air dari dalam tanah ke dalam bak penampungan air sementara (tandon air). Untuk mengurangi beban listrik dalam pemenuhan kebutuhan distribusi air untuk skala rumah tangga, dapat dilakukan dengan membuat sistem pompa air yang dilengkapi dengan Panel Surya (PV). Panel surya atau PV yang digunakan pada riset ini mempunyai kapasitas 100 WP yang terdiri dari 2 buah PV 50 WP dirangkai secara pararel. PV  yang  digunakan  berjenis  monocrystal  dengan  merek  SHINYOKU.  Pengujian  dilakukan  dengan mengukur  debit  air  pompa  air  dan  membandingkannya  dengan  daya  yang  dibutuhkan  oleh  pompa  air tersebut. Dalam perhitungan debit air, pompa air mampu mengalirkan air dengan volume 8,5 liter/menit. Daya pompa air diukur dengan menggunakan watt meter, daya yang dibutuhkan oleh pompa air tersebut sebesar 223 watt/hour. Durasi waktu yang dibutuhkan untuk mengisi penuh tandon air berukuran 1000 liter yaitu selama 2 jam atau 119 menit dengan mengkonsumsi 450 watt. Apabila dikalkulasikan selama 1 bulan (30 hari), dengan mamnfaatkan sistem pompa air tenaga surya dapat mengurangi konsumsi daya hingga 13500 watt atau 13,5Kw.
Kata Kunci : Mesin Pompa Air, Panel Surya (PV), Daya, Debit Air.
Abstract — One of the household appliances which consumes quite a large amount of electricity is a water pumping machine. Almost every house that uses well water, uses a water pumping machine to suck water from the ground into a temporary water reservoir (water reservoir). To reduce the electricity load in meeting the needs of water distribution for household scale, can be done by making a water pump system that is equipped with a Solar Panel (PV). Solar panels or PV that are used in this research have a capacity of 100 WP consisting of  2 pieces of 50 WP PV arranged in  parallel.  The type of  PV used  is monocrystal with SHINYOKU brand. The testing is done by measuring the output capacity of a water pump and compare it with the power needed by the water pump. In the calculation of water discharge, the water pump is able to pump water with a volume of 8.5 liters / minute. The water pump power was measured using a watt meter, the power needed by the water pump is 223 watt/hour. The duration of time needed to fully fill a 1000 liter water reservoir is 2 hours or 119 minutes consumes 450 watt. If calculated for 1 month (30 days), using a solar water pump system could reduce power consumptions up to 13500 w or 13.5 Kw.
Keywords : Water Pump, Solar Panel (PV), Power, Output Capasity.

## Pendahuluan
Rencana pencabutan subsidi tarif listrik mengakibatkan  biaya  yang  dikeluarkan  oleh masyarakat  akan  meningkat.  Pencabutan  subsidi listrik  dilakukan  secara  bertahap  mulai  dari  tahun 2019  hingga  2020[1].  Salah  satu  peralatan  rumah tangga  yang  mengkonsumsi  daya  listrik  cukup besar adalah mesin pompa air. Dalam Skala rumah tangga, mesin pompa air yang digunakan rata – rata memiliki kebutuhan daya hingga 300
watt/hour[2][3]. Pompa tersebut memiliki kemampuan  mengalirkan  air  dengan  debit  5
liter/menit    hingga  10  liter/menit  tergantung  dari panjang serta kedalaman pipa yang masuk ke dalam sumur.
Hampir  setiap  rumah  yang  memanfaatkan  air sumur,  menggunakan  mesin  pompa  air  untuk menyedot  air  dari  dalam  tanah  ke  dalam  bak penampungan  air  sementara  (tandon  air)[4]. Kebutuhan  air  masing  –  masing  rumah  tangga tergantung  dari  jumlah  orang  pada  setiap  rumah. Menurut  data  yang  dikeluarkan  oleh  kementrian Pekerjaan  Umum  (PU)  kebutuhan  air  bersih  per orang untuk 1 hari adalah 60 – 70 liter[5]. Kapasitas
tandon  yang  umumnya  terpasang  pada  skala rumahan  yaitu  sebesar  1000  liter[6].  Tandon tersebut  dapat  memenuhi  kebutuhan  air  selama  1 hari hingga 2 hari tergantung dari jumlah penghuni dari  rumah  tersebut.  Dengan  rata  –  rata  debit  air yang  mampu  disalurkan  oleh  pompa  air  tersebut, maka dibutuhkan waktu selama 2 jam hingga 3 jam untuk  dapat  mengisi  tandon  tersebut  ke  kondisi penuh.
Dengan beban listrik sebesar 300 watt/hour, maka konsumsi daya dibandingnkan dengan waktu yang dibutuhkan  untuk  melakukan  pengisian  tandon 1000  liter  lebih  dari  500  watt.  Apabila  pompa  air tersebut  menyala  1  hari  sekali,  total  daya  yang dibutuhkan  untuk  pemenuhan  air  selama  1  bulan (30  hari)  lebih  dari  15  Kw.  Untuk  mengurangi beban  listrik  dalam  pemenuhan  kebutuhan distribusi  air  untuk  skala  rumah  tangga,  dapat dilakukan dengan membuat sistem pompa air yang sumber daya listriknya dipasok oleh sinar matahari. Secara  sederhana,  sistem  tersebut  memanfaatkan panel  surya  sebagai  alat  konversi  sumber  cahaya matahari  menjadi  energi  listrik,  baterai  sebagai perangkat  penyimpanan  daya  sementara,  serta pompa  air  yang  dilengkapi  dengan  inverter  agar mampu  bekerja  dengan  sumber  arus  DC  dari baterai[7].

## Perancangan Sistem Pompa Air Tenaga Surya
Rancangan pompa air tenaga surya terdiri dari :
1. Panel surya (PV)
2. Baterai
3. Inverter
4. Mesin pompa air
5. Charger control

## 2.1.  Panel Surya (PV)
Panel  surya  atau  (PV)  memiliki  peranan  merubah intensitas  sinar  matahari  menjadi  energi  listrik. Semakin  besar  intensitas  matahari,  maka  akan semakin besar pula energi yang dapat dikonversikan[8].  Untuk  memenuhi  kebutuhan listrik  guna  mensuplai  mesin  pompa  air  melalui baterai, maka diperlukan ukuran yang cukup dalam implementasinya.  PV  yang  digunakan  untuk mengkonversi sinar matahari menjadi energi listrik memiliki kapasitas 100 WP yang terdiri dari 2 buah PV  50  WP  dirangkai  secara  pararel.  PV  yang digunakan  berjenis  monocrystal  dengan  merek
SHINYOKU.  Dalam  waktu  satu  hari,  mampu memperoleh  daya  maksimum  selama  4  jam  dan pada  cuaca  cerah  mampu  menghasilkan  daya hingga 600 watt dalam hitungan hari[9].

## Gambar 1. Spesifikasi Panel Surya

## 2.2.  Baterai
Dalam  penentuan  kapasitas  baterai,  dilakukan analisa  perkiraan  penyimpanan  baterai,  dengan kebutuhan beban harian dalam penggunaan mesin pompa  air  [10].  Baterai  yang  digunakan  memiliki kapasitas  50  Ampere  dengan  tegangan  12  V. Baterai tersebut berjenis aki hybrid dengan merek GS HYBRID 50 A. Baterai tersebut dipilih karena perawatan  yang  mudah  serta  dapat  dilakukan pengisian  berulang  kali.  Selain  hal  tersebut, kapasitas baterai juga menjadi pertimbangan guna mampu  digunakan  untuk  mensuplai  daya  mesin pompa air melalui inverter[11].

## Gambar 2. Baterai GS Hybrid

## 2.3. Inverter
Inverter  merupakan  peralatan  yang  berfungsi sebagai  pengubah  arus  DC  menjadi  AC.  Inverter yang baik, memiliki  kemampuan konversi  dengan effisiensi  yang  tinggi  dan  memiliki  keluaran gelombang  sinus  yang  baik[12].  Karena  beban memiliki kebutuhan daya AC 220 V 300 Watt/hour, maka diperlukan inverter untuk mengubah sumber DC  dari  baterai  menjadi  AC.  Inverter  yang digunakan  adalah  Pure  Sine  Wave  (PSW)  dengan merek  VISERO  500  watt  karena  daya  yang dibutuhkan untuk melakukan supply ke pompa air
sebesar 300 watt. Beban motor sangat berpengaruh terhadap kualitas gelombang sinus yang dihasilkan oleh  inverter[13].  Apabila  gelombang  sinus  yang dihasilkan  tidak memliki  kualitas  yang  bagus,  hal tersebut  dapat  berpengaruh  pada  putaran  motor mesin  pompa  air[14].  Inverter  PSW  digunakan karena dapat menghasilkan gelombang sinus yang baik serta effisiensi diatas 90%.
Gambar 3. Inverter PSW VISARO 500 watt

## 2.4.  Mesin Pompa
Mesin  pompa  air  digunakan  sebagai  alat  untuk mendistribusikan  air  dari  sumber  air  (sumur)  ke tempat  penyimpanan  air  sementara  seperti  bak mandi  dan  tandon  air[15].  Kapasitas  bak penampungan air memliki ukuran yang bervariasi, umumnya,  kapasitas  tersebut  disesuaikan  dengan jumlah anggota keluarga yang ada di suatu rumah. Bak  penampungan  air  umumnya  akan  diisi  setiap hari  sekali.  Ukuran  tandon  yang  digunakan  pada penelitian ini  memliki  kapasitas  1000  liter.  Untuk mendisitribusikan  air,  digunakan  pompa  sumur dangkal  dengan  tingkat  delaman  sumur  12  meter dari  permukaan  tanah.  Peneliti  menggunakan pompa  air  Shimizu  PS-135  E.  Pompa  tersebut memiliki spesifikasi seperti pada tabel di bawah ini.
Tabel 1. Spesifikasi Shimizu PS–135 E
Output 125 watt Input 0.3 Kilo watt Panjang Pipa 9 m Total Head Max. 33 m Head 5 m          |  20 m Kapasitas 28 l/min   |  10 l/min

## Gambar 4. Shimizu PS-135 E
2.5. Charger Control
Proses pengisian daya dari PV ke baterai, dilakukan dengan peralatan charger control. Di dalam charger control  terdapat Maximum  Power  Point  Tracking (MPPT) yang bekerja dengan metode Pulse Width Modulation (PWM). Charger control juga memiliki peranan  memutus  aliran  daya  dari  PV  ketika kondisi  baterai  telah  penuh  secara  otomatis[16]. Charger control yang digunakan memiliki kapasitas 30  A  dan  dilengkapi  dengan  indikator  kapasitas baterai[17].

## Gambar 5. Charger Control

## Hasil dan Pembahasan
Seluruh  peralatan  yang  dibutuhkan  kemudian dirangkai seperti pada gambar berikut.
Gambar 6. Rangkaian Pompa Air Tenaga Surya
Pada  tahap  awal  pengujian,  PV  merubah  energi sinar matahari menjadi energi listrik untuk mengisi baterai. Dengan pemanfaatan 100 WP panel surya, dalam1 hari mampu mengisi baterai secara penuh. Pengisian  baterai  dimulai  pada  jam  07.00  hingga jam  17.00.  Antara  jam  07.00  hingga  09.00 pengisian baterai berjalan efektif dengan rata – rata lux sebesar 6000-10.000 lux. Setelah jam 9.00 lux meningkat  hingga  lebih  dari  10.000  lux  sehingga pengisian  baterai  menjadi  optimum  sampai  jam
16.00. Setelah jam 16.00 pengisian baterai menjadi kurang optimum karena lux mulai turun.
Tabel 2.  Pengisian Baterai Menggubakan PV 100 WP No Jam Lux Tegangan (V) 1 05-06 119 12,68 2 06-07 2672 13,11 3 07-08 5946 14,27 4 08-09 8050 14,74 5 09-10 10396 14,69 6 10-11 11168 14,55 7 11-12 26716 14,49 8 12-13 54578 13,79 9 13-14 56455 13,44 10 14-15 54877 13,39 11 15-16 18770 13,31 12 16-17 7450 13,02 13 17-18 921 12,74 14 18-19 0 12,63
Pengujian  dilakukan  dengan  mengukur  kecepatan debit  air  yang  mampu  dialirkan  oleh  pompa  air dengan  daya  yang  dibutuhkan  oleh  pompa  air tersebut.  Dalam  perhitungan  debit  air,  pompa  air mampu  mengalirkan  air  dengan  volume  8,5 liter/menit.
Gambar 7. Perakitan Inverter Dengan Mesin

## Pompa Air
Penurunan  kapasitas  debit  air  dipengaruhi  oleh panjang  pipa  dari  sumber  air  menuju  bak penampungan  air  sepanjang  28  meter,  dengan posisi tandon berada pada ketinggian 5 meter diatas tanah.
Gambar 8. Pengukuran Daya Pompa Air
Dengan  menggunakan  watt  meter,  daya  yang dibutuhkan  oleh  pompa  air  tersebut  sebesar  223 watt/hour. Konsumsi daya yang muncul pada watt meter merupakan daya rata – rata yang diserap oleh beban  setiap  jamnya  (wh).  Pada  menu  watt  meter terdapat  perekaman  jumlah  daya  yang  mengalir dalam durasi waktu yang dapat disesuaikan. Durasi waktu  yang  dibutuhkan  untuk  mengisi  penuh tandon air berukuran 1000 liter yaitu selama 2 jam (119  menit).  Dengan  durasi  waktu  tersebut,  daya yang dikonsumsi mencapai 450 watt. Dan kapasitas baterai tersisa 20%.

## Kesimpulan
Pengujian serta pengambilan data mesin pompa air tenaga surya dapat dilakukan dengan baik. Pompa air  mampu  mengalirkan  air  dengan  debit  air mencapai  8,5  liter/menit.  Dengan  daya rata  – rata 223 watt/jam. Durasi waktu yang dibutuhkan untuk mengisi tandon 1000 liter yaitu 119 menit (2 jam) sehingga  mengkonsumsi  daya  450  watt  dengan kapasitas  baterai  tersisa  20%.  Agar  sistem  pompa air dapat berjalan lebih baik lagi, perlu penambahan kapasitas  baterai  agar  baterai  tidak  cepat  rusak karena sisa daya yang tersimpan pada batarei terlalu rendah. Apabila dikalkulasikan selama 1 bulan (30 hari),  dengan  memanfaatkan  mesin  pompa  air tenaga surya dapat menghemat hingga 13500 watt atau 13,5 Kw.

## Ucapan Terima Kasih
Terima kasih penulis sampaikan kepada Lembaga Penelitian  dan  Pengabdian  Masyarakat  (LPPM) Universitas  Dian  Nuswantoro  serta  Fakultas Teknik Universitas Dian Nuswantoro karena telah memfasilitasi penelitian yang penulis lakukan.

## Daftar Pustaka
[1]. Merdeka.com “Subsidi Dicabut, Tarif Listrik Pelanggan 900  VA  Naik  Mulai  Januari  2020”  4  September  2019 diakses pada 3 Desember 2019.
[2]. Santosa  I.  “Analisa  Intensitas  Konsumsi  Listrik  Melalui Audit  Energi  Skala  Rumah  Tangga”.  Jurnal  Universitas Pncasakti Tegal, vol. 15 No. 2. Oktober 2017.
[3]. Sanurya  P.P,  “Audit  Energi  dan  Analisis  Peluang Penghematan  Konsumsi  Energi  Listrik  pada  Rumah Tangga”.  MEDIA  MESIN,  Vol.  15  No.  1  ISSN  1411- 4348. Januari 2014.
[4]. Arjuna CS, Maulana Y, Akib A. “Analisis Kinerja Pompa Tanah  Agar  Sesuai  Dengan  Kapasitas  Feed  yang Dibutuhkan  JIG  Primer  Pada  Kapal  Isap  Produksi  17  di Laut  Cupat  Luar,  Unit  Penambangan  Laut  Bangka  PT Timah (Persero) Tbk”. 2017.
[5]. Peraturan Menteri Pekerjaan Umum. “Standar Pelayanan Minimal Bidang Pekerjaan Umum dan Penataan Ruang”. Kementrian Pekerjaan Umum No. 14/PRT/M/2010.
[6]. I  Wahyudi.  “Analisis  Perbandingan  Pompa  Guna Pemenuhan  Kebutuhan  Air  Bersih  PDAM  Kota Probolinggo”. Skripsi Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Jember, Jawa Timur 2013.
[7]. Iq timal Z., Ira D. S., Syahrizal. "Aplikasi Sistem Tenaga Surya  Sebagai  Sumber  Tenaga  Listrik  Pompa  Air". KITEKTRO : Jurnal Online Teknik elekktro. Vol. 3 No. 1 2019 Hal. 1-8 e-ISSN : 2252-7036.
[8]. Hasan.,  Hasnawiya.  "Perancangan  Pembangkit  Listrik Tenaga  Surya  di  pulai  Saugi".  Skirpsi  mahasiswa repository Universitas Hasanuddin.
[9]. Z  Arifin,  H  Rahadian.  “Rancang  Bangun  Stand  -  Alone Automatic  Rain  Gauge  (ARG)  Berbasis  Panel  Surya”. JNTE. 2302-2949. 2017.
[10]. Chico  H.  B.  A.  Teguh  E.  MiftahulA.  "Prototype  Sistem Pompa  Air  Tenaga  Surya  Untuk  Meningkatkan Produktivitas Hasil Pertanian". ABDIMAS Vol. 21 No. 2 2017.
[11]. MT  Afif,  Ayu  PP.  “Analisis  Perbandingan  Baterai Lithium-Ion,  Lithium-Polymer,  Lead  Acid  dan  Nickel- Metal  Hydride  pada  Penggunaan  Mobil  Listrik”.  Jurnal Rekayasa Mesin Vol. 6, No.2 2015. 2477-6041Yamin L, Wanming C. Implementation of Single Precision Floating Point  Square  Root  on  FPGAs.  IEEE  Symposium  on FPGA for Custom Computing Machines. Napa. 226-232. 2008.
[12]. Agus  T.  A.  Indra  T.P.  Wayan  A.  W." Perbandingan Penggunaan  Motor  DC  Dengan  AC  Sebagai  Penggerak Pompa  Air  Yang  Disuplai  Oleh  Sistem  Pembangkit Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS)".  ProsidingConference  on
Smrat-Green  Technology  in  Elektrical  and  Information Systems  (CSGTEIS)  Universitas  Udayana  Bali  ISBN  : 978-602-7776-72-2. 2013
[13]. Lukman S. Ma’un B. “Pengaruh Distorsi Tegangan Catu Pada Efisiensi Motor Induksi 1,5 KW”. Modern Electrical Engineering  Technology  and  Its  Applications  Seminar (MEETAS 2010) Bandung 20 Maret 2010.
[14]. Robby  F.  Soeprapto,  Hery  P.  "Pengaruh  Bentuk Gelombang  Sinus  Termodifikasi  (Modified  Sine  Wave) Terhadap  Unjuk  Kerja  Motor  Induksi  Satu  Fasa". Repository skripsi mahasiswa Universitas Brawijaya.
[15]. Gede  I.P.  Wayan  A.W.  Nyoman  S.  "Rancang  Bangun Sistem  Pengangkatan  Air  Menggunakan  Motor  AC dengan Sumber Listrik Tenaga Surya". Seminar Nasional dan  Expo  Teknik  Elektro  Universitas  Udayana  2014. ISSN: 2088-9984.
[16]. Angelina  E.  T.  A.  J.  "Sumber  Energi  Listrik  dengan Sistem  Hybrid  (Solar  Panel  dan  Jaringan  Listrik  Pln)". Jurnal Widya Teknik Vol. 10 No. 1 Hal. 42 - 53. 2011.
[17]. AJ  Tamamy,  Z  Arifin,  A  Amalia.  “Desain  Low-Cost Sistem Monitoring Pengukuran Potensi Tenaga Matahari dan  Tenaga  Angin”.  Jurnal  Rekayasa  Elektrika  (JRE), Universitas Syiah Kuala, Aceh. 2019.

## Biodata Penulis
Zaenal  Arifin,  staff  pengajar  di  Universitas Dian  Nuswantoro  Semarang.  Menempuh pendidikan  S1  Teknik  Elektro  di  Universitas Dian  Nuswantoro  Semarang  dan  menempuh pendidikan  S2  Electrical  and  Computer Engineering  di  South  China  University  of Technology (SCUT).
Aries  Jehan  Tamamy,  staff  pengajar  di Universitas  Dian  Nuswantoro  Semarang. Menempuh  pendidikan  S1  Teknik  Elektro  di Universitas  Dian  Nuswantoro  Semarang  dan menempuh  pendidikan  S2  Electrical  and Computer  Engineering  di  South  China University of Technology (SCUT).
Nur  Islahudin,  staff  pengajar  di  Universitas Dian  Nuswantoro  Semarang.  Menempuh pendidikan  D3  Teknik  Mesin  di  Politeknik Negeri  Semarang,  menempuh  pendidikan  S1 Teknik  Industri  di  Universitas  Pancasila,  dan menempuh  pendidikan  S2  Teknik  Industri  di Institut Teknologi Bandung (ITB).