KAJIAN SISTEM PENGANGKATAN AIR TENAGA SU
KAJIAN SISTEM PENGANGKATAN AIR TENAGA SURYA DI GUA PLAWAN,
DESA GIRICAHYO, KECAMATAN PURWOSARI , KABUPATEN GUNUNG
KIDUL, DI YOGYAKARTA
Cecep Setiawan, Ahmad Agus Setiawan, Sihana
Jurusan Teknik Fisika Universitas Gadjah Mada
INTISARI
Pengangkatan Air Tenaga Surya (PATS) Gua Plawan dibangun pada tahun 2008
untuk memenuhi kebutuhan air masyarakat di Desa Giricahyo, Kecamatan Purwosari,
Kabupaten Gunungkidul DI Yogyakarta. Sistem PATS berkapasitas 12 kWp (kilowatt peak)
digunakan untuk menggerakkan 10 buah pompa submersibel yang disusun dalam dua sistem
pemompaan. Sistem PATS mengalami kerusakan dan tidak berfungsi sejak tahun 2010.
Penelitian ini dimaksudkan untuk mengkaji sistem PATS berdasarkan data karakteristik
setiap komponen. Pada penelitian ini dibatasi pada analisis terhadap komponen panel surya,
pompa, kontroller dan sistem perkabelan.
Secara umum, panel surya masih dalam kondisi baik namun terdapat penurunan
efisiensi. Nilai efisiensi terukur pada 15, 21 dan 22 September 2013 adalah sebesar 7,1010,88% dari efisiensi normal sebesar 13,89%. Beberapa panel surya mengalami hot spot yang
berdampak pada penurunan efisiensi yang cukup signifikan yaitu 4,52 – 5,7%. Pompa telah
mengalami korosi dan scaling pada bagian mekaniknya sehingga mampu menghambat
pergerakan pompa saat digunakan. Namun secara elektrik, pompa masih dalam kondisi baik.
Kontroller mayoritas mengalami kerusakan pada komponen regulator. Perbaikan kontroller
hanya dapat dilakukan dengan probabilitas 33,3%. Sistem perkabelan masih dalam kondisi
baik walaupun terdapat peningkatan nilai hambatan.
Rekomendasi perbaikan yang dapat dilakukan adalah: mengganti panel surya yang
memiliki hot spot dan memasang panel surya secara permanen dengan sudut 8o ke arah utara.
Pompa harus dilakukan perbaikan pada komponen mekaniknya seperti rotor, kopling dan
sambungan perpipaan. Untuk mengatasi scaling, diperlukan pembersihan pompa secara
berkala. Kontroller hanya dapat diperbaiki sebayak 3 buah dan sisanya diganti. Kemudian
perkabelan perlu direlokasi ke lahan dengan rendah aktifitas atau membuat jalur bawah tanah.
Biaya investasi untuk perbaikan adalah Rp 127.507.000,-.
Kata kunci : PATS, panel surya, pompa, kontroller, sistem perkabelan
I.
Pendahuluan
I.1. Latar belakang
Air merupakan salah satu kebutuhan
pokok manusia. Kementrian Pekerjaan
Umum menunjukkan bahwa kebutuhan air
pokok untuk masyarakat Indonesia adalah
sebesar 30 liter per hari. Jika ditambah
dengan kebutuhan penunjang lainnya maka
menjadi 70 liter per hari [1]. Berbeda dengan
masyarakat di Gunung kidul yang mayoritas
memiliki struktur tanah batuan karst. Kondisi
ini menyebabkan tanah menjadi gerasang
dan keberadaan air sulit di eksplorasi.
Daerah Istimewa Yogyakarta, telah
banyak membangun sistem pengangkatan air
tenaga surya (PATS) untuk menanggulangi
masalah
tersebut.
teknologi
yang
memanfaatkan solar cell sebagai pembangkit
listrik tenaga surya digunakan untuk
menggerakkan pompa meski di daerah
terpencil sekalipun.
Gambar 1 Peta persebaran PATS di DI
Yogyakarta
Masyarakat Desa Giricahyo, Kecamatan
Purwosari, Kabupaten Gunung Kidul
merupakan salah satunya. Sampai saat ini
masyarakat hanya mengandalkan air tadah
hujan sebagai sarana pemenuhan kebutuhan
air. Ketika musim kemarau masyarakat harus
berjalan kaki ribuan meter dengan lintasan
berbukit untuk mendapatkan air dan atau
membeli air dari penyedia air dengan harga
Rp 100.000 sampai Rp 150.000 per tangki
(5.000 L). Dengan kondisi masyarakat Desa
Giricahyo yang hanya bermatapencaharian
petani, biaya untuk memenuhi kebutuhan air
ini sangat sulit bagi mereka.
Ditengah gersangnya Desa Giricahyo
terdapat satu sumber air yang besar yang
berada di dalam Gua Plawan. Water Plant
Community bersama dengan Universitas
Gadjah Mada dan Kementrian Pekerjaan
Umum pada tahun 2007 membangun sebuah
sistem pengangkatan air bertenaga surya
untuk memenuhi kebutuhan air masyarakat.
Panel surya berkapasitas 12 kWp (Kilo Watt
Peak) berhasil mengangkatkan air sebesar 50
m3 untuk memenuhi kebutuhan air
masyarakat Giricahyo dan sekitarnya [2].
Namun sangat disayangkan pada tahun 2010
sistem mengalami kerusakan dan tidak
berfungsi lagi sampai sekarang.
Upaya perbaikan telah dilakukan baik
dari pemerintah daerah, pusat maupun
swadaya masyarakat, namun sampai masih
belum memberikan dampak yang jelas
terhadap sistem. Komponen-komponen
SWPS (Solar Water Pumping Sistem) sudah
semakin memprihatinkan karena tidak
terawat dan tidak dipakai. Padahal, tingkat
kerusakan akan semakin parah jika dibiarkan
secara berlarut-larut tanpa adanya perawatan
yang berkelanjutan. Sampai saat ini belum
adaya kajian mengenai kondisi eksisting
SWPS di Gua Plawan ini sehingga dalam
penelitian akan dilakukan studi evaluasi
sistem pengangkatan air bertanaga surya di
Gua Plawan sehingga dapat memberikan
gambaran kepada pemerintah, masyarakat
mengenai kondisi sistem dan memberikan
rekomendasi perbaikan yang dapat dilakukan
dengan biaya seminimal mungkin. Analisis
juga akan dilengkapi dengan efisiensi
masing-masing komponen untuk mengetahui
degradasi kinerja pada komponen SWPS
yang telah lama tidak terpakai dan terawat.
I.2. Tujuan penelitian
Tujuan dari penelitian ini mengetahui
kondisi sistem PATS malalui analisis
parameter kinerja yang meliputi pada:
1. Identifikasi kinerja panel surya,
2. Identifikasi aspek penuaan dari pompa,
3. Identifikasi aspek penuaan pada sistem
kontroller dan
4. Identifikasi nilai resistensi pada sistem
perkabelan
II.
Studi Pustaka
Studi pustaka yang menjadi rujukan
dalam penelitian ini adalah penelitian yang
dilakukan oleh Roni Eka A (2012) yang
merancang sistem pengangkatan air tenaga
surya di Dusun Sureng, Kecamatan Tepus,
Kabupaten Gunung Kidul. Perancangan
sistem PATS yang memiliki kapasitas 5,2
kWp panel surya yang digunakan untuk
menggerakkan dua buah pompa pada dua
step pemompaan. Hasil perancangan mampu
mengangkat air dengan debit sebesar 0,9 l/s
dan mampu memenuhi kebutuhan air sebesar
36,5 % kebutuhan penduduk [3].
sentrifugal memiliki debit besar namun tidak
efisien pada ketinggian yang tinggi.
Sedangkan pompa helikal memiliki debit
yang kecil namun mampu memiliki efisien
yang besar pada ketinggian yang tinggi [6].
Faktor lain yang mempengaruhi pada
penurunan kinerja adalah usia atau penuaan.
Kurva bathtub menunjukkan kehandalan
sistem terhadap waktu.
Gambar 2. Skema PATS Dusung Sureng [3]
Yusuf Bachtiar (2012) melakukan studi
analisis dan evaluasi sistem PATS di Dusun
Sejatidesa, Desa Sumberarum, Kecamatan
Moyudan, Kabupaten Sleman. Sistem PATS
memiliki kapasitas 3,6 kWp yang
mengangkat air dari sumber mata air di
Sungai kali Progo. Kerusakan PATS
disebabkan oleh tidak aktifnya kontroller dan
jaringan kabel yang terputus. Hasil dari
penelitian ini memberikan rekomendasi
perbaikan SWPS yang berupa penggantian
kontroller dan jaringan perkabelan yang
perlu diganti, serta penambahan satu jalur
pipa untuk optimalisasi kinerja system [4].
Analisis kinerja pada Evaluasi sistem
PATS juga dilakukan oleh Ilham (2013)
untuk mengevaluasi sistem yang dirancang
oleh
Roni.
Hasil
yang
diperoleh
menunjukkan efisiensi sistem hanya 80,54 %
dan kebutuhan maksimal yang dapat
dipenuhi adalah 26,41 % [5].
Banyak
faktor
yang
dapat
mempengaruhi penurunan kinerja pada
sistem. Salah satu penyebab penurunan
kinerja adalah ketidak sesuaian pada
pemilihan komponen PATS. Igib (2013)
melakukan kajian kinerja pada beberapa
pompa submersible bertenaga surya. Hasil
dari pengujian bahwa pompa jenis
Gambar 3. Kurva Bathtub [7]
Pada kurva dibagi menjadi tiga waktu
utama kehandalan sistem. Infant Mortality
Period adalah probabilitas kegagalan pada
awal pemakaian, useful life period sebagai
waktu pemakaian sistem dan wearout period
sebagai waktu akhir penuaan. Semakin lama
pemakaian pada peralatan akan menurunkan
kinerja sistem sampai pada kerusakan
tertentu.
III. Dasar Teori
III.1. Radiasi Matahari
Matahari adalah salah satu sumber
energi bagi sistem tata surya. Energi yang
dihasilkan matahari berasal dari reaksi fusi
yang terjadi pada inti matahari. Jumlah
energi total yang dihasilkan dari reaksi fusi
ini dapat mencapai 4 x1026 W [8]. Energi
dipancarkan ke seluruh bagian matahari yang
dilakukan dengan cara radiasi.
Cahaya matahari yang sampai ke
permukaan bumi mengalami pengurangan
intensitas sekitar 30%. Hal ini disebabkan
karena atmosfer bumi mampu menghambat
sebagian dari cahaya matahari yang masuk
kedalam bumi [8]. Berikut ini adalah
beberapa perlakukan cahaya matahari oleh
atmosfer :
a. Dihamburkan oleh partikel atmosfer,
terutama pada cahaya dengan panjang
gelombang yang pendek (lebih kecil dari
λ-4).
b. Dihamburkan karena aerosol, seperti
debu, asap dan kabut.
c. Diserap oleh gas atmosfer seperti ozon,
oksigen, uap air, dan karbondioksida.
III.2. Pembangkit Listrik Tenaga Surya
III.2.1. Sel Surya
Sel surya atau sel photovoltaic
merupakan satu komponen semikonduktor
yang mampu membangkitkan arus listrik dari
energi radiasi matahari. Karakteristik sel
surya dapat didekati dengan dioda p-n
Junction. Terminal anoda dipasang sebagai
bagian yang lebih positif dan katoda sebagai
terminal yang lebih negatif.
Gambar 5. Eksitasi energi elektron dari
radiasi matahari [8]
III.2.2 Karakteristik Panel Surya
Sel surya pada umumnya memiliki
hambatan parasitik dan hambatan shunt yang
berpengaruh terhadap efisiensi. Berikut ini
adalah rangkaian equivalen dari panel surya.
Gambar 6. Rangkaian Equivalent dari
Photodioda [8]
Persamaan model dioda tunggal yang
digunakan untuk menggambarkan arus
operasional yang dihasilkan modul PV
dinyatakan dengan persamaan sebagai
berikut:
=
Gambar 4. Device pada sel surya [9]
Sinar matahari yang mengenai anoda
akan meningkatkan energi elektron sehingga
mampu mencapai energi gap pada
semikonduktor. Dengan demikian elektron
yang tereksitasi energi ini mampu melompat
dari anoda ke katoda sehingga menghasilkan
arus listrik.
−
−1 −
(3.1)
Dimana :
= arus yang dibangkitkan cahaya (A)
= arus jenuh balik
= hambatan seri pada sel Surya
= hambatan sgunt dan
= jumlah sel yang tersusun seru
= efisiensi faktor ideal dioda
= tegangan termal
Kurva karakteristik I vs V yang
dihasilkan oleh panel surya dapat
merepresentasikan daya yang dihasilkan.
Pada pengukuran kinerja pada panel
surya, tegangan dan arus akan memberikan
informasi untuk mengetahui daya yang
keluar dari panel surya. Secara umum nilai
daya keluaran dapat diketahui dengan
menggunakan rumus sebagai berikut
/
Gambar 7. Kurva Karakteristik I-V pada Sel
Surya [8]
Terdapat dua parameter utama yang menjadi
output pada solar cell diantaranya adalah [8]
1. Short circuit current (Isc) adalah arus
maksimum yang mampu dihasilkan sel
surya pada keadaan hubung singkat
2. Tegangan Open circuit (Voc) adalah
tegangan sel surya pada keadaan
rangkaian terbuka atau ketika tidak ada
arus listrik yang mengalir.
Ketika Open circuit maka arus listrik adalah
nol maka tegangan dapat direpresentasikan
dalam rumus sebagai berikut
=
!"
#
%
&
+1
(3.2)
Pada kurva I-V terdapat titik maksimum
yang dapat dihasilkan oleh panel surya. Titik
ini merupakan kondisi dimana daya yang
dihasilkan mencapai titik maksimum dengan
I dan P yang juga penyebab maksimum.
Proses penurunan fungsi pada persamaan
(3.2) dengan dV juga akan memperoleh hasil
maksimum yang dapat diperoleh sehingga
akan menghasilkan rumus umum tegangan
maksimum pada Persamaan 3.3:
()
=
−
!"
#
ln
,-
!" ⁄#
+1
(3.3)
Dimana Vmp selalu lebih kecil dari Voc.
Daya keluaran maksimum yang dapat
diperoleh oleh panel surya dari iradiasi
matahari maksimum (1000 W/m2) dijadikan
parameter utama pada identifikasi panel
surya yang biasa disebut sebagai Watt Peak
(Wp).
01
=
01
(3.4)
01
Sedangkan efisiensi panel surya, 2 ,
didefinisikan sebagai daya maksimal yang
dapat dihasilkan panel surya pada suatu
kondisi standar, 34 , dibandingkan dengan
intensitas matahari, 356 , yang jatuh ke
permukaan panel surya dalam luasan A.
Secara matematis dapat dinyatakan sebagai
berikut:
7=
8,
89: ; <
(3.5)
III.2.3 Hot Spot Area pada Panel Surya
Hot spot area merupakan kerusakan
permanen yang terjadi pada sel surya akibat
adanya peningkatan suhu lokal pada panel
surya [12]. Apabila dalam satu atau lebih
modul surya pada sistem seri sel surya
mengalami kerusakan, maka sel surya pasif
dapat menyarap daya listrik yang dihasilkan
oleh
modul
aktif
sehingga
akan
menyebabkan penurunan efisiensi pada panel
surya.
III.3. Pompa
Pompa adalah mesin atau peralatan
mekanis yang digunakan untuk menaikkan
cairan dari dataran rendah ke dataran tinggi
atau untuk mengalirkan fluida dari daerah
bertekanan rendah ke daerah yang
bertekanan tinggi. Pompa juga dapat
digunakan sebagai penguat laju aliran pada
suatu sistem jaringan perpipaan.
Pompa diklasifikasikan menjadi dua
yaitu pompa positive Displacement dan
Rotodynamic. Pompa perpindahan positif
(positif displascement pump) adalah pompa
yang bekerja menghisap zat cair, kemudian
menekan zat cair tersebut untuk selanjutnya
dikeluarkan memalui katup atau lubang
keluar. Pompa rotodinamik (rotodynamic
pump atau non positive displacement pump)
merupakan pompa yang menggunakan
impeler bersudu yang berputas dalam fluida
untuk memberikan percepatan tangensial
terhadap fluida secara terus menerus untuk
meningkatkan energi fluida. Tujuan pompa
ini adalah untuk mengubah energi mekanik
menjadi energi tekanan fluida yang
digunakan dalam seluruh sistem pemipaan
[10].
III.4. Tinjauan Sifat Aliran Fluida
Jenis aliran dalam pipa terbagi menjadi
3 jenis yaitu laminar, transisi dan turbulen.
Untuk mengetahui jenis aliran fluida
dilakukan identifikasi nilai bilangan Reynold
yang dapat diketahui berdasarkan persamaan
di bawah ini
=
=>?
@
(3.7)
Batasan untuk setiap besaran nilai
bilangan Reynolds dibagi menjadi 3 [16],
yaitu:
a. Re
DESA GIRICAHYO, KECAMATAN PURWOSARI , KABUPATEN GUNUNG
KIDUL, DI YOGYAKARTA
Cecep Setiawan, Ahmad Agus Setiawan, Sihana
Jurusan Teknik Fisika Universitas Gadjah Mada
INTISARI
Pengangkatan Air Tenaga Surya (PATS) Gua Plawan dibangun pada tahun 2008
untuk memenuhi kebutuhan air masyarakat di Desa Giricahyo, Kecamatan Purwosari,
Kabupaten Gunungkidul DI Yogyakarta. Sistem PATS berkapasitas 12 kWp (kilowatt peak)
digunakan untuk menggerakkan 10 buah pompa submersibel yang disusun dalam dua sistem
pemompaan. Sistem PATS mengalami kerusakan dan tidak berfungsi sejak tahun 2010.
Penelitian ini dimaksudkan untuk mengkaji sistem PATS berdasarkan data karakteristik
setiap komponen. Pada penelitian ini dibatasi pada analisis terhadap komponen panel surya,
pompa, kontroller dan sistem perkabelan.
Secara umum, panel surya masih dalam kondisi baik namun terdapat penurunan
efisiensi. Nilai efisiensi terukur pada 15, 21 dan 22 September 2013 adalah sebesar 7,1010,88% dari efisiensi normal sebesar 13,89%. Beberapa panel surya mengalami hot spot yang
berdampak pada penurunan efisiensi yang cukup signifikan yaitu 4,52 – 5,7%. Pompa telah
mengalami korosi dan scaling pada bagian mekaniknya sehingga mampu menghambat
pergerakan pompa saat digunakan. Namun secara elektrik, pompa masih dalam kondisi baik.
Kontroller mayoritas mengalami kerusakan pada komponen regulator. Perbaikan kontroller
hanya dapat dilakukan dengan probabilitas 33,3%. Sistem perkabelan masih dalam kondisi
baik walaupun terdapat peningkatan nilai hambatan.
Rekomendasi perbaikan yang dapat dilakukan adalah: mengganti panel surya yang
memiliki hot spot dan memasang panel surya secara permanen dengan sudut 8o ke arah utara.
Pompa harus dilakukan perbaikan pada komponen mekaniknya seperti rotor, kopling dan
sambungan perpipaan. Untuk mengatasi scaling, diperlukan pembersihan pompa secara
berkala. Kontroller hanya dapat diperbaiki sebayak 3 buah dan sisanya diganti. Kemudian
perkabelan perlu direlokasi ke lahan dengan rendah aktifitas atau membuat jalur bawah tanah.
Biaya investasi untuk perbaikan adalah Rp 127.507.000,-.
Kata kunci : PATS, panel surya, pompa, kontroller, sistem perkabelan
I.
Pendahuluan
I.1. Latar belakang
Air merupakan salah satu kebutuhan
pokok manusia. Kementrian Pekerjaan
Umum menunjukkan bahwa kebutuhan air
pokok untuk masyarakat Indonesia adalah
sebesar 30 liter per hari. Jika ditambah
dengan kebutuhan penunjang lainnya maka
menjadi 70 liter per hari [1]. Berbeda dengan
masyarakat di Gunung kidul yang mayoritas
memiliki struktur tanah batuan karst. Kondisi
ini menyebabkan tanah menjadi gerasang
dan keberadaan air sulit di eksplorasi.
Daerah Istimewa Yogyakarta, telah
banyak membangun sistem pengangkatan air
tenaga surya (PATS) untuk menanggulangi
masalah
tersebut.
teknologi
yang
memanfaatkan solar cell sebagai pembangkit
listrik tenaga surya digunakan untuk
menggerakkan pompa meski di daerah
terpencil sekalipun.
Gambar 1 Peta persebaran PATS di DI
Yogyakarta
Masyarakat Desa Giricahyo, Kecamatan
Purwosari, Kabupaten Gunung Kidul
merupakan salah satunya. Sampai saat ini
masyarakat hanya mengandalkan air tadah
hujan sebagai sarana pemenuhan kebutuhan
air. Ketika musim kemarau masyarakat harus
berjalan kaki ribuan meter dengan lintasan
berbukit untuk mendapatkan air dan atau
membeli air dari penyedia air dengan harga
Rp 100.000 sampai Rp 150.000 per tangki
(5.000 L). Dengan kondisi masyarakat Desa
Giricahyo yang hanya bermatapencaharian
petani, biaya untuk memenuhi kebutuhan air
ini sangat sulit bagi mereka.
Ditengah gersangnya Desa Giricahyo
terdapat satu sumber air yang besar yang
berada di dalam Gua Plawan. Water Plant
Community bersama dengan Universitas
Gadjah Mada dan Kementrian Pekerjaan
Umum pada tahun 2007 membangun sebuah
sistem pengangkatan air bertenaga surya
untuk memenuhi kebutuhan air masyarakat.
Panel surya berkapasitas 12 kWp (Kilo Watt
Peak) berhasil mengangkatkan air sebesar 50
m3 untuk memenuhi kebutuhan air
masyarakat Giricahyo dan sekitarnya [2].
Namun sangat disayangkan pada tahun 2010
sistem mengalami kerusakan dan tidak
berfungsi lagi sampai sekarang.
Upaya perbaikan telah dilakukan baik
dari pemerintah daerah, pusat maupun
swadaya masyarakat, namun sampai masih
belum memberikan dampak yang jelas
terhadap sistem. Komponen-komponen
SWPS (Solar Water Pumping Sistem) sudah
semakin memprihatinkan karena tidak
terawat dan tidak dipakai. Padahal, tingkat
kerusakan akan semakin parah jika dibiarkan
secara berlarut-larut tanpa adanya perawatan
yang berkelanjutan. Sampai saat ini belum
adaya kajian mengenai kondisi eksisting
SWPS di Gua Plawan ini sehingga dalam
penelitian akan dilakukan studi evaluasi
sistem pengangkatan air bertanaga surya di
Gua Plawan sehingga dapat memberikan
gambaran kepada pemerintah, masyarakat
mengenai kondisi sistem dan memberikan
rekomendasi perbaikan yang dapat dilakukan
dengan biaya seminimal mungkin. Analisis
juga akan dilengkapi dengan efisiensi
masing-masing komponen untuk mengetahui
degradasi kinerja pada komponen SWPS
yang telah lama tidak terpakai dan terawat.
I.2. Tujuan penelitian
Tujuan dari penelitian ini mengetahui
kondisi sistem PATS malalui analisis
parameter kinerja yang meliputi pada:
1. Identifikasi kinerja panel surya,
2. Identifikasi aspek penuaan dari pompa,
3. Identifikasi aspek penuaan pada sistem
kontroller dan
4. Identifikasi nilai resistensi pada sistem
perkabelan
II.
Studi Pustaka
Studi pustaka yang menjadi rujukan
dalam penelitian ini adalah penelitian yang
dilakukan oleh Roni Eka A (2012) yang
merancang sistem pengangkatan air tenaga
surya di Dusun Sureng, Kecamatan Tepus,
Kabupaten Gunung Kidul. Perancangan
sistem PATS yang memiliki kapasitas 5,2
kWp panel surya yang digunakan untuk
menggerakkan dua buah pompa pada dua
step pemompaan. Hasil perancangan mampu
mengangkat air dengan debit sebesar 0,9 l/s
dan mampu memenuhi kebutuhan air sebesar
36,5 % kebutuhan penduduk [3].
sentrifugal memiliki debit besar namun tidak
efisien pada ketinggian yang tinggi.
Sedangkan pompa helikal memiliki debit
yang kecil namun mampu memiliki efisien
yang besar pada ketinggian yang tinggi [6].
Faktor lain yang mempengaruhi pada
penurunan kinerja adalah usia atau penuaan.
Kurva bathtub menunjukkan kehandalan
sistem terhadap waktu.
Gambar 2. Skema PATS Dusung Sureng [3]
Yusuf Bachtiar (2012) melakukan studi
analisis dan evaluasi sistem PATS di Dusun
Sejatidesa, Desa Sumberarum, Kecamatan
Moyudan, Kabupaten Sleman. Sistem PATS
memiliki kapasitas 3,6 kWp yang
mengangkat air dari sumber mata air di
Sungai kali Progo. Kerusakan PATS
disebabkan oleh tidak aktifnya kontroller dan
jaringan kabel yang terputus. Hasil dari
penelitian ini memberikan rekomendasi
perbaikan SWPS yang berupa penggantian
kontroller dan jaringan perkabelan yang
perlu diganti, serta penambahan satu jalur
pipa untuk optimalisasi kinerja system [4].
Analisis kinerja pada Evaluasi sistem
PATS juga dilakukan oleh Ilham (2013)
untuk mengevaluasi sistem yang dirancang
oleh
Roni.
Hasil
yang
diperoleh
menunjukkan efisiensi sistem hanya 80,54 %
dan kebutuhan maksimal yang dapat
dipenuhi adalah 26,41 % [5].
Banyak
faktor
yang
dapat
mempengaruhi penurunan kinerja pada
sistem. Salah satu penyebab penurunan
kinerja adalah ketidak sesuaian pada
pemilihan komponen PATS. Igib (2013)
melakukan kajian kinerja pada beberapa
pompa submersible bertenaga surya. Hasil
dari pengujian bahwa pompa jenis
Gambar 3. Kurva Bathtub [7]
Pada kurva dibagi menjadi tiga waktu
utama kehandalan sistem. Infant Mortality
Period adalah probabilitas kegagalan pada
awal pemakaian, useful life period sebagai
waktu pemakaian sistem dan wearout period
sebagai waktu akhir penuaan. Semakin lama
pemakaian pada peralatan akan menurunkan
kinerja sistem sampai pada kerusakan
tertentu.
III. Dasar Teori
III.1. Radiasi Matahari
Matahari adalah salah satu sumber
energi bagi sistem tata surya. Energi yang
dihasilkan matahari berasal dari reaksi fusi
yang terjadi pada inti matahari. Jumlah
energi total yang dihasilkan dari reaksi fusi
ini dapat mencapai 4 x1026 W [8]. Energi
dipancarkan ke seluruh bagian matahari yang
dilakukan dengan cara radiasi.
Cahaya matahari yang sampai ke
permukaan bumi mengalami pengurangan
intensitas sekitar 30%. Hal ini disebabkan
karena atmosfer bumi mampu menghambat
sebagian dari cahaya matahari yang masuk
kedalam bumi [8]. Berikut ini adalah
beberapa perlakukan cahaya matahari oleh
atmosfer :
a. Dihamburkan oleh partikel atmosfer,
terutama pada cahaya dengan panjang
gelombang yang pendek (lebih kecil dari
λ-4).
b. Dihamburkan karena aerosol, seperti
debu, asap dan kabut.
c. Diserap oleh gas atmosfer seperti ozon,
oksigen, uap air, dan karbondioksida.
III.2. Pembangkit Listrik Tenaga Surya
III.2.1. Sel Surya
Sel surya atau sel photovoltaic
merupakan satu komponen semikonduktor
yang mampu membangkitkan arus listrik dari
energi radiasi matahari. Karakteristik sel
surya dapat didekati dengan dioda p-n
Junction. Terminal anoda dipasang sebagai
bagian yang lebih positif dan katoda sebagai
terminal yang lebih negatif.
Gambar 5. Eksitasi energi elektron dari
radiasi matahari [8]
III.2.2 Karakteristik Panel Surya
Sel surya pada umumnya memiliki
hambatan parasitik dan hambatan shunt yang
berpengaruh terhadap efisiensi. Berikut ini
adalah rangkaian equivalen dari panel surya.
Gambar 6. Rangkaian Equivalent dari
Photodioda [8]
Persamaan model dioda tunggal yang
digunakan untuk menggambarkan arus
operasional yang dihasilkan modul PV
dinyatakan dengan persamaan sebagai
berikut:
=
Gambar 4. Device pada sel surya [9]
Sinar matahari yang mengenai anoda
akan meningkatkan energi elektron sehingga
mampu mencapai energi gap pada
semikonduktor. Dengan demikian elektron
yang tereksitasi energi ini mampu melompat
dari anoda ke katoda sehingga menghasilkan
arus listrik.
−
−1 −
(3.1)
Dimana :
= arus yang dibangkitkan cahaya (A)
= arus jenuh balik
= hambatan seri pada sel Surya
= hambatan sgunt dan
= jumlah sel yang tersusun seru
= efisiensi faktor ideal dioda
= tegangan termal
Kurva karakteristik I vs V yang
dihasilkan oleh panel surya dapat
merepresentasikan daya yang dihasilkan.
Pada pengukuran kinerja pada panel
surya, tegangan dan arus akan memberikan
informasi untuk mengetahui daya yang
keluar dari panel surya. Secara umum nilai
daya keluaran dapat diketahui dengan
menggunakan rumus sebagai berikut
/
Gambar 7. Kurva Karakteristik I-V pada Sel
Surya [8]
Terdapat dua parameter utama yang menjadi
output pada solar cell diantaranya adalah [8]
1. Short circuit current (Isc) adalah arus
maksimum yang mampu dihasilkan sel
surya pada keadaan hubung singkat
2. Tegangan Open circuit (Voc) adalah
tegangan sel surya pada keadaan
rangkaian terbuka atau ketika tidak ada
arus listrik yang mengalir.
Ketika Open circuit maka arus listrik adalah
nol maka tegangan dapat direpresentasikan
dalam rumus sebagai berikut
=
!"
#
%
&
+1
(3.2)
Pada kurva I-V terdapat titik maksimum
yang dapat dihasilkan oleh panel surya. Titik
ini merupakan kondisi dimana daya yang
dihasilkan mencapai titik maksimum dengan
I dan P yang juga penyebab maksimum.
Proses penurunan fungsi pada persamaan
(3.2) dengan dV juga akan memperoleh hasil
maksimum yang dapat diperoleh sehingga
akan menghasilkan rumus umum tegangan
maksimum pada Persamaan 3.3:
()
=
−
!"
#
ln
,-
!" ⁄#
+1
(3.3)
Dimana Vmp selalu lebih kecil dari Voc.
Daya keluaran maksimum yang dapat
diperoleh oleh panel surya dari iradiasi
matahari maksimum (1000 W/m2) dijadikan
parameter utama pada identifikasi panel
surya yang biasa disebut sebagai Watt Peak
(Wp).
01
=
01
(3.4)
01
Sedangkan efisiensi panel surya, 2 ,
didefinisikan sebagai daya maksimal yang
dapat dihasilkan panel surya pada suatu
kondisi standar, 34 , dibandingkan dengan
intensitas matahari, 356 , yang jatuh ke
permukaan panel surya dalam luasan A.
Secara matematis dapat dinyatakan sebagai
berikut:
7=
8,
89: ; <
(3.5)
III.2.3 Hot Spot Area pada Panel Surya
Hot spot area merupakan kerusakan
permanen yang terjadi pada sel surya akibat
adanya peningkatan suhu lokal pada panel
surya [12]. Apabila dalam satu atau lebih
modul surya pada sistem seri sel surya
mengalami kerusakan, maka sel surya pasif
dapat menyarap daya listrik yang dihasilkan
oleh
modul
aktif
sehingga
akan
menyebabkan penurunan efisiensi pada panel
surya.
III.3. Pompa
Pompa adalah mesin atau peralatan
mekanis yang digunakan untuk menaikkan
cairan dari dataran rendah ke dataran tinggi
atau untuk mengalirkan fluida dari daerah
bertekanan rendah ke daerah yang
bertekanan tinggi. Pompa juga dapat
digunakan sebagai penguat laju aliran pada
suatu sistem jaringan perpipaan.
Pompa diklasifikasikan menjadi dua
yaitu pompa positive Displacement dan
Rotodynamic. Pompa perpindahan positif
(positif displascement pump) adalah pompa
yang bekerja menghisap zat cair, kemudian
menekan zat cair tersebut untuk selanjutnya
dikeluarkan memalui katup atau lubang
keluar. Pompa rotodinamik (rotodynamic
pump atau non positive displacement pump)
merupakan pompa yang menggunakan
impeler bersudu yang berputas dalam fluida
untuk memberikan percepatan tangensial
terhadap fluida secara terus menerus untuk
meningkatkan energi fluida. Tujuan pompa
ini adalah untuk mengubah energi mekanik
menjadi energi tekanan fluida yang
digunakan dalam seluruh sistem pemipaan
[10].
III.4. Tinjauan Sifat Aliran Fluida
Jenis aliran dalam pipa terbagi menjadi
3 jenis yaitu laminar, transisi dan turbulen.
Untuk mengetahui jenis aliran fluida
dilakukan identifikasi nilai bilangan Reynold
yang dapat diketahui berdasarkan persamaan
di bawah ini
=
=>?
@
(3.7)
Batasan untuk setiap besaran nilai
bilangan Reynolds dibagi menjadi 3 [16],
yaitu:
a. Re