Rancang Bangun Sistem Pengangkatan Air Menggunakan Motor AC dengan Sumber Listrik Tenaga Surya.
Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2014
ISSN: 2088-9984
Rancang Bangun Sistem Pengangkatan Air
Menggunakan Motor AC dengan Sumber Listrik
Tenaga Surya
Cok. Gede Indra Partha, I Wayan Arta Wijaya, dan I Nyoman Setiawan
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik, Universitas Udayana
Bali, Indonesia
e-mail: cokindra@ee.unud.ac.id
Abstrak—Melihat letak geograis Indonesia pada daerah khatulistiwa yang sangat potensial, mengakibatkan
intensitas radiasi matahari yang bisa dimanfaatkan cukup merata sepanjang tahun. Sumber energi surya di
Indonesia memiliki intensitas rata-rata sekitar 4.8 kWh/m2/hari. Energi surya yang terdapat di Pulau Bali sangat
cocok dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif. Banyak daerah- daerah pertanian di Bali berbentuk trasiring,
dengan sumber mata air berada lebih rendah dari permukaan tanah pertanian. melihat permasalahan di atas,
dalam penelitian ini dilakukan sebuah rancang bangun sistem pengangkatan air menggunakan motor AC dengan
sumber listrik tenaga surya. Dalam rancang bangun ini menggunakan empat panel surya sebagai sumber energi
listrik dan sebuah penstabil tegangan/ regulator 12 Volt. Untuk merubah arus DC menjadi AC, menggunakan
sebuah inverter. Untuk menaikan air digunakan sebuah pompa AC 220 Volt ; 60 Watt. Hasil dari rancang bangun
sistem pengangkatan air dengan sumber energi listrik tenaga surya, pada kondisi cuaca cerah dapat menaikkan
air selama tujuh jam/hari, yaitu dari pukul 09.00-15.00 dan menghasilkan debit air 2100 liter/hari (5,0 liter/menit)
dengan total head 2,6 meter.
Kata kunci: Tenaga Surya, energi alternatif
I.
kapasitas energi surya di atas rata-rata [5]. Dengan
intensitas sinar matahari di Provinsi Bali sangat baik
maka energi matahari sangat tepat dimaanfaatkan sebagai
energi alternatif. Kelebihan dari energi matahari adalah,
energi yang diperbaharui, tidak menyebabkan polusi
udara, tersedia hampir di mana-mana dan sepanjang
tahun. Melihat permasalahan tersebut, dalam penelitian
ini akan dirancang sistem pengangkatan air menggunakan
motor AC dengan sumber listrik tenaga surya. Setelah
perancangan rancang bangun sistem pengangkatan air
dengan sumber listrik tenaga surya, diharapkan dapat
membantu proses pengangkatan air, terutama pada daerah
pertanian yang sumber mata airnya berada lebih rendah
dari permukaan tanah pertanian
Pendahuluan
Air merupakan suatu kebutuhan dasar manusia yang
sangat penting, baik itu untuk keperluan hidup seharihari maupun untuk kebutuhan yang menunjang proses
produksi. Dengan kondisi pada daerah pertanian yang
memiliki sumber mata air yang berada lebih rendah
dari permukaan tanah pertanian, dimana proses untuk
membawa air dari permukaan tanah yang lebih rendah,
sampai ke permukaan tanah pertanian memerlukan tenaga
dan waktu yang cukup banyak jika menggunakan cara
yoltaiang konvensional. Oleh sebab itu dibutuhkan suatu
teknologi pompanisasi yang baik untuk memudahkan
pengangkatan air tersebut. Dengan kondisi di daerah
pertanian yang tidak dijangkau aliran listrik PLN, seiring
dengan kemajuan teknologi pompanisasi untuk menaikkan
air dari sumber mata air yang berada lebih rendah
dari permukaan tanah, dapat memanfaatkan teknologi
Pembangkit Listrik Tenaga Surya, sebagai sumber energi
untuk mengatasi permasalahan tersebut.
Melihat letak Geograis Indonesia pada daerah
khatulistiwa yang sangat potensial, yang mengakibatkan
intensitas radiasi matahari yang bisa dimanfaatkan cukup
merata sepanjang tahun. Berdasarkan data penyinaran
matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia,
sumber energi surya di Indonesia memiliki intensitas ratarata sekitar 4.8 kWh/m2/hari. Provinsi Bali mempunyai
II.
KajIan PustaKa
A. Potensi Matahari
Negara Indonesia dengan letak geograis yang strategis
memiliki banyak kekayaan alam yang dapat dimanfaatkan
sebagai sumber energi yang diperbaharui contohnya
energi angin, air, panas bumi maupun biomassa dan energi
matahari. Potensi pemanfaatan energi sinar matahari atau
sinar surya di Indonesia sangatlah besar dengan keadaan
iklimnya yang tropis. Saat ini pemanfaatan energi surya
merupakan salah satu hal yang sedang dikembangkan oleh
pemerintah Indonesia khususnya di Bali [3]. Indonesia
84
ISSN: 2088-9984
Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2014
merupakan daerah sekitar katulistiwa dan daerah tropis
dengan luas daratan hampir 2 juta Km2, dikaruniai
penyinaran matahari lebih dari 6 jam sehari atau 2.400 jam
dalam setahun. Pada keadaan cuaca cerah permukaan bumi
menerima sekitar 1000Wh/m2. Pemanfaatan energi surya
sebagai sumber energi listrik di Indonesia ditargetkan
akan mencapai 25 MW pada tahun 2020.
Selain untuk memenuhi listrik pedesaan, energi surya
diharapkan juga mampu berperan sebagai salah satu
sumber energi alternatif di wilayah perkotaan ataupun
pedesaan, yang dimanfaatkan untuk lampu penerangan
jalan, penyediaan listrik untuk rumah peribadahan, sarana
umum, sarana pelayanan kesehatan, Kantor Pelayanan
Umum Pemerintah, hingga untuk pompa air (solar power
supply for waterpump) yang digunakan untuk pengairan
irigasi atau sumber air bersih [3].
B. Periode Jatuh Sinar Matahari
atau energi cahaya menjadi energi listrik [2]. Sistem
photovoltaic ini bekerja dengan prinsip efek photovoltaic.
Efek photovoltaic adalah fenomena dimana suatu
sel photovoltaic dapat menyerap energi cahaya dan
merubahnya menjadi energi listrik [8] [9]. Efek
photovoltaic ini dideinisikan sebagai suatu fenomena
munculnya beda potensial listrik akibat kontak dua
elektroda yang dihubungkan dengan sistem padatan atau
cairan saat diexpose di bawah energi cahaya. Energi solar
atau radiasi cahaya terdiri dari biasan foton-foton yang
memiliki tingkat energi yang berbeda-beda. Perbedaan
tingkat energi dari foton cahaya inilah yang akan
menentukan panjang gelombang dari spektrum cahaya.
Foton yang terserap oleh sel PV inilah yang akan memicu
timbulnya energi listrik.
D. Pompa
Pompa adalah suatu alat yang berfungsi untuk
mengalirkan, memindahkan dan mensirkulasikan zat
cair incompressible dengan cara menaikan tekanan dan
kecepatan dari suatu tempat ke tempat lain, atau dengan
kata lain pompa adalah alat yang merubah energi mekanik
dari suatu alat penggerak (driver) menjadi energi potensial
yang berupa head, sehingga zat cair tersebut memiliki
tekanan sesuai dengan head yang dimilikinya[7].
Agar zat cair tersebut mengalir, maka diperlukan
energi tekan yang diberikan pompa, dan energi tekan
ini harus mampu membatasi berbagai macam kerugiankerugian yang terjadi sepanjang lintasan atau instalasi
pipa yang dilalui zat tersebut. Perpindahan zat cair ini
dapat mendatar, tegak lurus atau arah campuran keduanya.
Pada perpindahan zat cair yang tegak lurus harus dapat
mengatasi hambatan-hambatan, seperti yang terdapat pada
pemindahan zat cair arah mendatar, yaitu adanya hambatan
gesekan. Hambatan gesekan ini akan mempengaruhi
kecepatan aliran dan adanya perbedaan head antara sisi
isap (suction) dengan sisi tekan (discharge).
E. Motor AC
Untuk mendapatkan output yang maksimal, maka
permukaan PV array harus dipasang atau dihadapkan tegak
lurus dengan jatuhnya sinar matahari. Agar mengenai
semua bidang pada PV array, mengingat poros bumi
mempunyai kemiringan tetap 23,450 selama mengitari
matahari, maka sinar matahari tidaklah selalu jatuh tegak
lurus dengan garis khatulistiwa, akan tetapi pada saat-saat
tertentu saja. Ini juga disebabkan karena bumi memiliki
banyak iklim. Dalam satu tahun periode jatuhnya sinar
matahari ke bumi dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Periode 21 Maret sampai dengan 20 Juni, terjadi
penyimpangan sebesar 23,450 kearah garis balik utara
(northern hemisphere) terhadap garis khatulistiwa.
2. Periode 21 Juni sampai dengan 20 September, sinar
matahari jatuh ke bumi tepat pada garis khatulistiwa.
3. Periode 21 September sampai dengan 20 Desember,
di mana pada saat ini terjadi penyimpangan sebesar
23,450 kearah garis balik selatan (southern hemisphere)
terhadap garis khatulistiwa.
4. Periode 21 Desember sampai dengan 20 Maret, sinar
matahari jatuh ke bumi tepat pada garis khatulistiwa.
C. Photovoltaic (PV)
Motor arus bolak-balik (AC) menggunakan arus listrik
bolak balik secara teratur pada rentang waktu tertentu.
Motor listrik AC memiliki dua buah bagian dasar listrik:
“stator” dan “rotor” [1]. Stator merupakan komponen listrik
statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk
memutar sumbu motor. Kecepatan motor AC lebih sulit
dikendalikan, untuk mengatasi pengendalian kecepatan
motor AC dapat dilengkapi dengan pengendalian frekuensi
untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus
menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor
yang paling populer di industri karena kehandalannya
dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup
murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah
motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat
yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC) [7].
F. Regulator
Photovoltaic (PV) adalah suatu sistem atau cara
langsung (direct) untuk mentransfer radiasi matahari
Regulator adalah rangkaian regulasi atau pengatur
tegangan keluaran dari sebuah catu daya. Regulator
Gambar 1. Orbit Bumi dan Sudut Penyimpangan.
85
Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2014
ISSN: 2088-9984
tegangan digunakan untuk menstabilkan keluaran tegangan
dari sumber daya atau power supply [4]. Unit sumber daya
(power supply) biasanya terdiri atas rangkaian penyearah
dan ilter. Keluaran tegangan dari sumber daya yang
belum distabilkan sangat dipengaruhi oleh perubahan
tegangan masukan (listrik jala-jala) dan perubahan beban.
Oleh karena itu tujuan regulator tegangan adalah untuk
mengatasi kedua pengaruh tersebut, sehingga dapat
memperoleh tegangan keluaran yang stabil.
G. Inverter
Mulai
Observasi Awal
Perakitan sistem
pompa AC dan PLTS
Perbaikan
Pengujian sistem pompa
AC dan PLTS
Inverter adalah perangkat elektronika yang
dipergunakan untuk mengubah tegangan DC (Direct
Current) menjadi tegangan AC (Alternating Curent).
Output suatu inverter dapat berupa tegangan AC dengan
bentuk gelombang sinus (sine wave), gelombang kotak
(square wave) dan sinus modiikasi (sine wave modiied).
Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan
battery, tenaga surya, atau sumber tegangan DC lainnya.
Apakah
rangkaian
bekerja?
Pengambilan data pada
sistem pompa AC dan
sistem PLTS
III. MetodelogI PenelItIan
Pembahasan
A. Analisis Data
Simpulan
Analisis data dilakukan secara deskritif, dengan
analisa perhitungan pada data yang diperoleh dengan
urutan sebagai berikut:
1. Menentukan jumlah panel surya PV yang akan
digunakan pada sistem pengangkatan air menggunakan
motor AC dengan sumber listrik tenaga surya.
2. Menentukan jenis motor AC yang akan diperlukan
untuk mengangkat air dengan sumber listrik tenaga
surya.
3. Pengukuran berapa besar debit air yang bisa diangkat
oleh pompa AC dengan sumber listrik tenaga surya.
4. Perhitungan daya dari setiap tegangan dan arus setiap
pengukuran dengan rumus sebagai berikut :
P = VxI
Selesai
Gambar 2. Alur Penelitian rancang bangun sistem pengangkatan air
dengan sumber listrik tenaga surya.
mendapatkan tegangan 12 Volt, selanjutnya menggunakan
inverter untuk mengubah dari arus searah DC yang keluar
dari regulator 12 Volt menjadi arus bolak-balik AC. Beban
berupa pompa AC 220 Volt sebagai alat penggerak untuk
menaikkan air.
B. Pengujian dan Pembahasan Rancang Bangun Sistem
Pengangkatan Air Menggunakan Motor AC Dengan
Sumber Listrik Tenaga Surya.
(1)
5. Eisiensi dari pompa air menggunakan motor AC untuk
menaikkan air dengan sumber listrik tenaga surya.
η = POUT / PIN x100%
Pada pengujian dan pembahasan ini, akan dilakukan
pengujian dan pembahasan dari setiap masing-masing
komponen yang digunakan pada rancang bangun sistem
pengangkatan air menggunakan motor AC dengan sumber
listrik tenga surya, untuk mendapatkan hasil yang lebih
baik. Maka akan dilakukan pengujian setiap bagian yang
dibuat meliputi:
(2)
B. Alur Penelitian
Secara sistematik langkah-langkah dari sistem
pengangkatan air dengan motor AC ini dapat di tunjukan
penelitian pada Gambar 2.
IV. hasIl dan PeMbahasan
A. Rancang Bangun Sistem Pengangkatan Air
Menggunakan Motor AC dengan Sumber Listrik
Tenaga Surya (PLTS)
Perancangan sistem pengangkatan air pada percobaan
ini adalah untuk mengetahui bagaimana cara kerja dari
pompa AC jika menggunakan tenaga surya sebagai
pembangkit listrik utamanya. Penggunakan regulator
12 Volt sebagai penstabil tegangan agar bisa tetap
Gambar 3. Rancang Bangun Sistem Pengangkatan Air Menggunakan
Motor AC Dengan Sumber Listrik Tenaga Surya (PLTS).
86
ISSN: 2088-9984
Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2014
1. Pengujian Rangkaian Panel Surya tanpa beban
2. Pengujian rangkaian Panel Surya dengan beban 1 Ohm
3. Pengujian tegangan output dan Regulator 12 Volt saat
berbeban
4. Pengujian tegangan dan arus pada inverter 12 Volt
DC-220 Volt AC dengan beban motor AC 220 Volt;
60 Watt.
5. Pengujian pompa AC dengan menghitung berapa debit
air yang bisa dihasilkan.
B.1 Pengujian Panel Surya Tanpa Beban
Gambar 5. blok diagram pengukuran arus dan tegangan panel surya
dengan beban penuh.
Panel surya merupakan komponen yang sangat
penting karena sebagai sumber pembangkit listrik yang
akan mensuplay arus dan tegangan pada rancang bangun
sistem pengangkatan air menggunakan motor AC dengan
sumber listrik tenaga surya. Daya input yang kemudian
menentukan daya listrik dari sel surya, semakin besar daya
input yang diperoleh panel surya, listrik yang dihasilkan
panel surya semakin besar. Daya listrik adalah besaran
yang diturunkan dari tegangan dan arus, sehingga nilai
tegangan dan arus yang di hasilkan merupakan nilai
kelistrikan yang dimiliki panel surya. Pengujian tanpa
beban ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar
tegangan yang dihasilkan oleh panel surya.
Hasil pengukuran dari panel surya tanpa beban dapat
diperhatikan pada Tabel 1.
B.2 Pengujian Panel Surya dengan Beban Penuh.
Pengujian panel surya dengan beban penuh ini
dimaksudkan mengukur output dari panel surya dengan
menambahkan tahanan sebesar 1 Ohm sebagai beban,
untuk lebih jelasnya dapat diperhatikan pada blok diagram
pengukuran arus dan tegangan pada Gambar 5.
Untuk mengetahui daya dari panel surya dapat dicari
dengan persamaan daya listrik yaitu:
P = V.I.R
Berikut adalah perhitungan daya dari pengukuran pada
panel surya dengan beban 1 ohm
Tabel 1. Hasil Pengukuran Panel Surya Tanpa Beban.
No
Waktu
Teg Panel
Surya (Volt)
Kondisi Cuaca
1
07.00
17.87
Cerah
2
08.00
18.38
Cerah
3
09.00
18.49
Cerah
4
10.00
18.82
Cerah
5
11.00
18.19
Berawan
6
12.00
18.26
Berawan
7
13.00
18.67
Cerah
8
14.00
17.91
9
15.00
10
P =V.I.R
Tabel 2. Hasil Pengukuran Kapasitas Panel Surya Dengan Beban 1
Ohm.
No
Waktu
Teg
Panel
Surya
(Volt)
I Panel
Surya
(Amp)
Daya
Panel
Surya
(Watt)
Kondisi
Cuaca
Berawan
1
07.00
4.87
3.88
18.89
Cerah
18.22
Cerah
2
08.00
5.76
4.50
25.92
Cerah
16.00
17.83
Cerah
3
09.00
9.43
7.38
69.59
Cerah
11
17.00
17.76
Berawan
4
10.00
10.79
8.11
87.50
Cerah
12
18.00
16.75
Berawan
5
11.00
11.22
8.59
96.37
Cerah
Rata – rata
18.12
Maks
18.82
6
12.00
12.46
9.30
115.8
Cerah
Min
16.75
7
13.00
11.68
8.39
97.99
Cerah
8
14.00
10.74
8.01
86.02
Cerah
9
15.00
9.33
7.32
68.29
Cerah
10
16.00
7.64
5.99
45.76
Cerah
11
17.00
3.21
2.57
8.249
Berawan
12
18.00
1.07
0.84
0.954
Berawan
Rata –
rata
8.183
6.24
60.11
Maks
12.46
9.30
115.8
Min
1.07
0.84
0.954
Gambar 4. Blok diagram Pengukuran Tegangan Panel Surya tanpa beban.
87
Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2014
ISSN: 2088-9984
Tabel 3 Hasil Pengukuran Rancang bangun Sistem pengangkatan
dengan beban motor AC 220 Volt ; 60 Watt.
= 10.93 x 7.36 x 1
= 80.44 Watt
Hasil pengukuran dari panel surya dengan beban 1
Ohm dalam waktu 12 jam, dengan kondisi cuaca yang
berubah-ubah. di tunjukkan pada Tabel 2.
B.3 Pengujian Rancang Bangun Sistem Pengangkatan
Air Menggunakan Motor AC dengan Sumber Listrik
Tenaga Surya (PLTS)
Pada rancang bangun sistem pengangkatan air
menggunakan motor AC dengan sumber listrik tenaga
surya ini akan memanfaatkan sebuah inverter 12 Volt
DC-220 Volt AC, sesuai dengan fungsi dari inverter yaitu
merubah arus searah DC menjadi arus bolak-balik AC,
karena output yang dihasilkan regulator 12 Volt sebagai
penstabil tegangan masih berupa arus DC, sedangkan pada
rancang bangun sistem pengangkatan air menggunakan
sumber energi tenaga surya ini, memanfaatkan arus AC
untuk menggerakkan motor AC 220; 60 Watt. Dalam
inverter tegangan DC 12 Volt akan di kendalikan dengan
sistem lip-lop atau menggunakan IC timer 555, sehingga
menjadi arus AC yang kemudian dialirkan kebelitan
sekunder yang terdapat di dalam trafo sehingga lilitan
primer akan menghasilkan tegangan kurang lebih 220 Volt
AC. Cara kerja yang dimiliki inverter ini hampir sama
dengan cara kerja dari trafo Step Up. Selanjutnya pada
rancang bangun ini, output yang dihasilkan inverter 12
Volt DC-220 Volt AC selanjutnya akan menjadi input dari
beban inverter 220 Volt AC yaitu pompa AC 220 Volt; 60
Watt, untuk lebih jelas mengenai rancang bangun dengan
sumber energi listrik tenaga surya, dapat diperhatikan blok
diagram Gambar 6.
Dengan arus yang dihasilkan 0.3 Amper AC. Maka
dapat ditentukan daya inverter 12 Volt DC-220 Volt AC
dengan persamaan:
Arus
inverter
dibebani
motor
AC
(Amp)
Daya
inverter
di
bebani
Motor
AC
(Watt)
Motor
AC
Kondisi
Cuaca
No
Jam
Teg.
inverter
dibebani
motor
AC
(Volt)
1
07.00
2.584
0.1
0.258
OFF
Berawan
2
08.00
3.981
0.1
0.398
OFF
Cerah
3
09.00
201.7
0.2
20.17
ON
Cerah
4
10.00
201.4
0.2
40.28
ON
Cerah
5
11.00
201.1
0.2
40.22
ON
Cerah
6
12.00
201.9
0.2
40.38
ON
Cerah
7
13.00
202.2
0.2
40.44
ON
Cerah
8
14.00
201.6
0.2
40.32
ON
Cerah
9
15.00
202.2
0.2
40.45
ON
Cerah
10
16.00
201.3
0.2
40.26
ON
Cerah
11
17.00
3.943
0.2
0.394
OFF
Berawan
12
18.00
2.719
0.1
0.271
OFF
Berawan
Rata
–rata
135.9
0.2
26.38
Maks
202.2
0.2
40.45
Min
2.719
0.1
0.271
B.4 Pengukuran Total Head Dan Debit Air Dari Motor
AC 220 Volt ; 60 Watt.
Pada rancang bangun sistem pengangkatan air dengan
sumber energi tenaga surya ini akan memanfaatkan pompa
celup, karena pompa celup ini bisa langsung dimasukkan
ke dalam air, pompa celup yang dipergunakan adalah
pompa celup yamano, dengan spesiikasi sebagai berikut:
Tegangan
Daya motor
Hmax
Qmax
P = V.I.R
= 201.7 x 0.2 x 1
= 40.34 Watt
Jadi daya yang dihasilkan inverter 12 Volt DC - 220
Volt AC dengan dibebani motor AC 220 Volt ; 60 Watt
dalam kondisi ON dan menaikkan air adalah sebesar 40.34
Watt, kondisi ini motor pompa sudah mulai beroperasi.
Hasil pengukuran tegangan dan arus selama dua belas
jam dengan kondisi cuaca yang berbeda-beda seperti
ditunjukan pada Tabel 3.
: 220 - 240 V ~ 50 Hz
: 60 Watt
: 2. 6m
: 2400 L/H.
Pada spesiikasi di atas adalah kemampuan
maksimal yang dimiliki oleh pompa celup Yamano yang
membutuhkan tegangan 220 – 240 Volt AC, total daya
yang diperlukan pompa adalah 60 Watt, dengan total head
2,6 meter dan jumlah air yang dapat dihasilkan pompa
hisap ini adalah 2400 liter per jam.
Setelah melakukan penelitian selama beberapa kali,
debit air yang bisa di naikkan adalah 5 liter/menit, dengan
total head 2,6 meter. Percobaan yang dilakukan pada
kondisi cerah. Hasil pengujian pengangkatan air dapat
di tunjukkan pada gambar 4.4. pada gambar 4.4 (a)
menunjukkan debit air yang bisa di naikkan oleh pompa
AC selama satu menit yang diukur pada sebuah bejana.
Untuk gambar (b) adalah hasil tegangan dari regulator 12
Volt pada saat dibebani dengan inverter 220 Volt, dengan
hasil yang ditunjukkan 11.01 Volt DC. Sedangkan gambar
(c) adalah menunjukkan hasil pengukuran tegangan dari
Gambar 6 rancang bangun dengan sumber energi listrik tenaga surya
dengan pompa motor AC 220 V; 60 W.
88
ISSN: 2088-9984
Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2014
inverter 12 Volt DC – 220 Volt AC yang dibebani pompa
AC 220;60 Watt pada saat kondisi On dan disaat pompa
menaikkan air yaitu adalah 202.1 Volt AC dengan arus 0.2
amper. Setelah mengetahui debit air yang dapat dinaikkan
pompa AC 220;60 Watt adalah 5 liter/menit, maka dapat
diketahui per jam pompa AC dengan sumber energi panel
surya dapat menaikkan 300 liter air/jam. Dengan kondisi
cuaca cerah, rancang bangun sistem pengangkatan air
dengan sumber energi tenaga surya, dapat menaikkan air
selama tujuh jam/hari. Dengan demikian dalam sehari
pompa AC 220 Volt ; 60 Watt, dapat menghasilkan 2100
liter/hari.
Selanjutnya dapat diketahui eisiensi dari pompa AC
dengan hasil pengukuran pada tabel 4.4 di atas pada
rancang bangun sistem pengangkatan air menggunakan
motor AC dengan sumber energi tenaga surya dengan
rumus sebagai berikut:
η = POUT / PIN x100%
V.
KesIMPulan
Dari Pengujian dan pembahasan Rancang Bangun
Sistem Pengangkatan Air Menggunakan Motor AC dengan
Sumber Listrik Tenaga Surya (PLTS), maka dapat ditarik
kesimpulan sebagai berikut :
1. Rancang bangun sistem pengangkatan air dengan
sumber energi tenaga surya, menggunakan empat buah
panel surya, sebuah penstabil tegangan/regulator 12
Volt, sebuah inverter 12 Volt DC-220 Volt AC, yang
dapat menggerakkan pompa AC 220;60 Watt dengan
putaran nominal pada kondisi cuaca cerah.
2. Pada rancang bangun sistem pengangkatan air dengan
sumber energi tenaga surya, dapat mengangkat 5 liter
air/menit dengan total head 2,6 meter. Pada kondisi
cuaca cerah, dalam satu hari rancang bangun sistem
pengangkatan air dengan sumber energi tenaga
surya, dapat bekerja selama tujuh jam sehingga dapat
menaikkan air 2100 liter/hari.
3. Eisiensi dari rancang bangun sistem pengangkatan
air dengan sumber listrik tenaga surya, pada kondisi
maksimum adalah 91,86%.
Dalam penelitian berikutnya di harapkan dapat di
lengkapi dengan penambahan penyimpanan energi listrik
seperti accu atau baterai, sehingga energi yang dihasilkan
dapat disimpan sebagai energi cadangan dan dapat
dipergunakan untuk keperluan lainnya.
η = 202.1 / 220 x100%
η = 91.86%
Jadi dapat diketahui eisiensi dari rancang bangun
sistem pengangkatan air menggunakan motor AC 220 Volt
; 60 Watt, dengan sumber energi panel surya, pada kondisi
On dan menaikkan air adalah 91.86 %.
RefeRensI
[1]
A.E. Fitzgerald, SC.D., “Dasar-dasar
Northeastern university, 1983.
[2]
Castaner, L., Markvart, T., “Practical Handbook of Photovoltaic :
Fundamentals and Applications”, UK., 2003.
[3]
BAPPEDA, “Peak Hour per Day untuk daerah Bali”, 2004.
[4]
David E. Higginbotham, S.M., “Electrical Engineering Section”,
United States Coast Guard Academy.
[5]
Schweizer-Ries, P., Fitriana, I., “The BANPRES-LTSMDProgramme, Report on the Questionaire”, ISE – Fraunhofer, 1998.
[6]
Skema-penstabil-tegangan-12-volt-20a,
http://skemarangkaianpcb.com/search/
(diakses pada: Rabu 20
Maret 2013).
[7]
Sularso, “Pompa Dan Komperesor : Pemilihan, Pemakaian Dan
Pemeliharaan”, PT Pradnya Paramita, Bandung, 2004.
[8]
Tom markvart and Luis Castaner, “Practical Handbook of
Photovoltaics Fundamentals and Application”, Edisi 1. United
Kingdom: Elsevier, 2003.
[9]
Tom Markvart and Luis Castaner, “Solar Cell Materials,
Manufacture and Operation”, United Kingdom: Elsevier, 2003.
(a)
(b)
(c)
Gambar 4.4 (a) Hasil air yang bisa dinaikkan dalam waktu 1 menit
oleh pompa AC, (b) Hasil pengukuran Tegangan regulator 12 volt
dibebani inverter 220 Volt pada kondisi On, dan menaikkan air. (c) Hasil
Tegangan inverter 12 Volt DC-220 Volt AC dibebani pompa AC 220
Volt ; 60 Watt. pada kondisi On disaat menaikkan air.
89
Elektro
Teknik”,
ISSN: 2088-9984
Rancang Bangun Sistem Pengangkatan Air
Menggunakan Motor AC dengan Sumber Listrik
Tenaga Surya
Cok. Gede Indra Partha, I Wayan Arta Wijaya, dan I Nyoman Setiawan
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik, Universitas Udayana
Bali, Indonesia
e-mail: cokindra@ee.unud.ac.id
Abstrak—Melihat letak geograis Indonesia pada daerah khatulistiwa yang sangat potensial, mengakibatkan
intensitas radiasi matahari yang bisa dimanfaatkan cukup merata sepanjang tahun. Sumber energi surya di
Indonesia memiliki intensitas rata-rata sekitar 4.8 kWh/m2/hari. Energi surya yang terdapat di Pulau Bali sangat
cocok dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif. Banyak daerah- daerah pertanian di Bali berbentuk trasiring,
dengan sumber mata air berada lebih rendah dari permukaan tanah pertanian. melihat permasalahan di atas,
dalam penelitian ini dilakukan sebuah rancang bangun sistem pengangkatan air menggunakan motor AC dengan
sumber listrik tenaga surya. Dalam rancang bangun ini menggunakan empat panel surya sebagai sumber energi
listrik dan sebuah penstabil tegangan/ regulator 12 Volt. Untuk merubah arus DC menjadi AC, menggunakan
sebuah inverter. Untuk menaikan air digunakan sebuah pompa AC 220 Volt ; 60 Watt. Hasil dari rancang bangun
sistem pengangkatan air dengan sumber energi listrik tenaga surya, pada kondisi cuaca cerah dapat menaikkan
air selama tujuh jam/hari, yaitu dari pukul 09.00-15.00 dan menghasilkan debit air 2100 liter/hari (5,0 liter/menit)
dengan total head 2,6 meter.
Kata kunci: Tenaga Surya, energi alternatif
I.
kapasitas energi surya di atas rata-rata [5]. Dengan
intensitas sinar matahari di Provinsi Bali sangat baik
maka energi matahari sangat tepat dimaanfaatkan sebagai
energi alternatif. Kelebihan dari energi matahari adalah,
energi yang diperbaharui, tidak menyebabkan polusi
udara, tersedia hampir di mana-mana dan sepanjang
tahun. Melihat permasalahan tersebut, dalam penelitian
ini akan dirancang sistem pengangkatan air menggunakan
motor AC dengan sumber listrik tenaga surya. Setelah
perancangan rancang bangun sistem pengangkatan air
dengan sumber listrik tenaga surya, diharapkan dapat
membantu proses pengangkatan air, terutama pada daerah
pertanian yang sumber mata airnya berada lebih rendah
dari permukaan tanah pertanian
Pendahuluan
Air merupakan suatu kebutuhan dasar manusia yang
sangat penting, baik itu untuk keperluan hidup seharihari maupun untuk kebutuhan yang menunjang proses
produksi. Dengan kondisi pada daerah pertanian yang
memiliki sumber mata air yang berada lebih rendah
dari permukaan tanah pertanian, dimana proses untuk
membawa air dari permukaan tanah yang lebih rendah,
sampai ke permukaan tanah pertanian memerlukan tenaga
dan waktu yang cukup banyak jika menggunakan cara
yoltaiang konvensional. Oleh sebab itu dibutuhkan suatu
teknologi pompanisasi yang baik untuk memudahkan
pengangkatan air tersebut. Dengan kondisi di daerah
pertanian yang tidak dijangkau aliran listrik PLN, seiring
dengan kemajuan teknologi pompanisasi untuk menaikkan
air dari sumber mata air yang berada lebih rendah
dari permukaan tanah, dapat memanfaatkan teknologi
Pembangkit Listrik Tenaga Surya, sebagai sumber energi
untuk mengatasi permasalahan tersebut.
Melihat letak Geograis Indonesia pada daerah
khatulistiwa yang sangat potensial, yang mengakibatkan
intensitas radiasi matahari yang bisa dimanfaatkan cukup
merata sepanjang tahun. Berdasarkan data penyinaran
matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia,
sumber energi surya di Indonesia memiliki intensitas ratarata sekitar 4.8 kWh/m2/hari. Provinsi Bali mempunyai
II.
KajIan PustaKa
A. Potensi Matahari
Negara Indonesia dengan letak geograis yang strategis
memiliki banyak kekayaan alam yang dapat dimanfaatkan
sebagai sumber energi yang diperbaharui contohnya
energi angin, air, panas bumi maupun biomassa dan energi
matahari. Potensi pemanfaatan energi sinar matahari atau
sinar surya di Indonesia sangatlah besar dengan keadaan
iklimnya yang tropis. Saat ini pemanfaatan energi surya
merupakan salah satu hal yang sedang dikembangkan oleh
pemerintah Indonesia khususnya di Bali [3]. Indonesia
84
ISSN: 2088-9984
Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2014
merupakan daerah sekitar katulistiwa dan daerah tropis
dengan luas daratan hampir 2 juta Km2, dikaruniai
penyinaran matahari lebih dari 6 jam sehari atau 2.400 jam
dalam setahun. Pada keadaan cuaca cerah permukaan bumi
menerima sekitar 1000Wh/m2. Pemanfaatan energi surya
sebagai sumber energi listrik di Indonesia ditargetkan
akan mencapai 25 MW pada tahun 2020.
Selain untuk memenuhi listrik pedesaan, energi surya
diharapkan juga mampu berperan sebagai salah satu
sumber energi alternatif di wilayah perkotaan ataupun
pedesaan, yang dimanfaatkan untuk lampu penerangan
jalan, penyediaan listrik untuk rumah peribadahan, sarana
umum, sarana pelayanan kesehatan, Kantor Pelayanan
Umum Pemerintah, hingga untuk pompa air (solar power
supply for waterpump) yang digunakan untuk pengairan
irigasi atau sumber air bersih [3].
B. Periode Jatuh Sinar Matahari
atau energi cahaya menjadi energi listrik [2]. Sistem
photovoltaic ini bekerja dengan prinsip efek photovoltaic.
Efek photovoltaic adalah fenomena dimana suatu
sel photovoltaic dapat menyerap energi cahaya dan
merubahnya menjadi energi listrik [8] [9]. Efek
photovoltaic ini dideinisikan sebagai suatu fenomena
munculnya beda potensial listrik akibat kontak dua
elektroda yang dihubungkan dengan sistem padatan atau
cairan saat diexpose di bawah energi cahaya. Energi solar
atau radiasi cahaya terdiri dari biasan foton-foton yang
memiliki tingkat energi yang berbeda-beda. Perbedaan
tingkat energi dari foton cahaya inilah yang akan
menentukan panjang gelombang dari spektrum cahaya.
Foton yang terserap oleh sel PV inilah yang akan memicu
timbulnya energi listrik.
D. Pompa
Pompa adalah suatu alat yang berfungsi untuk
mengalirkan, memindahkan dan mensirkulasikan zat
cair incompressible dengan cara menaikan tekanan dan
kecepatan dari suatu tempat ke tempat lain, atau dengan
kata lain pompa adalah alat yang merubah energi mekanik
dari suatu alat penggerak (driver) menjadi energi potensial
yang berupa head, sehingga zat cair tersebut memiliki
tekanan sesuai dengan head yang dimilikinya[7].
Agar zat cair tersebut mengalir, maka diperlukan
energi tekan yang diberikan pompa, dan energi tekan
ini harus mampu membatasi berbagai macam kerugiankerugian yang terjadi sepanjang lintasan atau instalasi
pipa yang dilalui zat tersebut. Perpindahan zat cair ini
dapat mendatar, tegak lurus atau arah campuran keduanya.
Pada perpindahan zat cair yang tegak lurus harus dapat
mengatasi hambatan-hambatan, seperti yang terdapat pada
pemindahan zat cair arah mendatar, yaitu adanya hambatan
gesekan. Hambatan gesekan ini akan mempengaruhi
kecepatan aliran dan adanya perbedaan head antara sisi
isap (suction) dengan sisi tekan (discharge).
E. Motor AC
Untuk mendapatkan output yang maksimal, maka
permukaan PV array harus dipasang atau dihadapkan tegak
lurus dengan jatuhnya sinar matahari. Agar mengenai
semua bidang pada PV array, mengingat poros bumi
mempunyai kemiringan tetap 23,450 selama mengitari
matahari, maka sinar matahari tidaklah selalu jatuh tegak
lurus dengan garis khatulistiwa, akan tetapi pada saat-saat
tertentu saja. Ini juga disebabkan karena bumi memiliki
banyak iklim. Dalam satu tahun periode jatuhnya sinar
matahari ke bumi dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Periode 21 Maret sampai dengan 20 Juni, terjadi
penyimpangan sebesar 23,450 kearah garis balik utara
(northern hemisphere) terhadap garis khatulistiwa.
2. Periode 21 Juni sampai dengan 20 September, sinar
matahari jatuh ke bumi tepat pada garis khatulistiwa.
3. Periode 21 September sampai dengan 20 Desember,
di mana pada saat ini terjadi penyimpangan sebesar
23,450 kearah garis balik selatan (southern hemisphere)
terhadap garis khatulistiwa.
4. Periode 21 Desember sampai dengan 20 Maret, sinar
matahari jatuh ke bumi tepat pada garis khatulistiwa.
C. Photovoltaic (PV)
Motor arus bolak-balik (AC) menggunakan arus listrik
bolak balik secara teratur pada rentang waktu tertentu.
Motor listrik AC memiliki dua buah bagian dasar listrik:
“stator” dan “rotor” [1]. Stator merupakan komponen listrik
statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk
memutar sumbu motor. Kecepatan motor AC lebih sulit
dikendalikan, untuk mengatasi pengendalian kecepatan
motor AC dapat dilengkapi dengan pengendalian frekuensi
untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus
menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor
yang paling populer di industri karena kehandalannya
dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup
murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah
motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat
yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC) [7].
F. Regulator
Photovoltaic (PV) adalah suatu sistem atau cara
langsung (direct) untuk mentransfer radiasi matahari
Regulator adalah rangkaian regulasi atau pengatur
tegangan keluaran dari sebuah catu daya. Regulator
Gambar 1. Orbit Bumi dan Sudut Penyimpangan.
85
Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2014
ISSN: 2088-9984
tegangan digunakan untuk menstabilkan keluaran tegangan
dari sumber daya atau power supply [4]. Unit sumber daya
(power supply) biasanya terdiri atas rangkaian penyearah
dan ilter. Keluaran tegangan dari sumber daya yang
belum distabilkan sangat dipengaruhi oleh perubahan
tegangan masukan (listrik jala-jala) dan perubahan beban.
Oleh karena itu tujuan regulator tegangan adalah untuk
mengatasi kedua pengaruh tersebut, sehingga dapat
memperoleh tegangan keluaran yang stabil.
G. Inverter
Mulai
Observasi Awal
Perakitan sistem
pompa AC dan PLTS
Perbaikan
Pengujian sistem pompa
AC dan PLTS
Inverter adalah perangkat elektronika yang
dipergunakan untuk mengubah tegangan DC (Direct
Current) menjadi tegangan AC (Alternating Curent).
Output suatu inverter dapat berupa tegangan AC dengan
bentuk gelombang sinus (sine wave), gelombang kotak
(square wave) dan sinus modiikasi (sine wave modiied).
Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan
battery, tenaga surya, atau sumber tegangan DC lainnya.
Apakah
rangkaian
bekerja?
Pengambilan data pada
sistem pompa AC dan
sistem PLTS
III. MetodelogI PenelItIan
Pembahasan
A. Analisis Data
Simpulan
Analisis data dilakukan secara deskritif, dengan
analisa perhitungan pada data yang diperoleh dengan
urutan sebagai berikut:
1. Menentukan jumlah panel surya PV yang akan
digunakan pada sistem pengangkatan air menggunakan
motor AC dengan sumber listrik tenaga surya.
2. Menentukan jenis motor AC yang akan diperlukan
untuk mengangkat air dengan sumber listrik tenaga
surya.
3. Pengukuran berapa besar debit air yang bisa diangkat
oleh pompa AC dengan sumber listrik tenaga surya.
4. Perhitungan daya dari setiap tegangan dan arus setiap
pengukuran dengan rumus sebagai berikut :
P = VxI
Selesai
Gambar 2. Alur Penelitian rancang bangun sistem pengangkatan air
dengan sumber listrik tenaga surya.
mendapatkan tegangan 12 Volt, selanjutnya menggunakan
inverter untuk mengubah dari arus searah DC yang keluar
dari regulator 12 Volt menjadi arus bolak-balik AC. Beban
berupa pompa AC 220 Volt sebagai alat penggerak untuk
menaikkan air.
B. Pengujian dan Pembahasan Rancang Bangun Sistem
Pengangkatan Air Menggunakan Motor AC Dengan
Sumber Listrik Tenaga Surya.
(1)
5. Eisiensi dari pompa air menggunakan motor AC untuk
menaikkan air dengan sumber listrik tenaga surya.
η = POUT / PIN x100%
Pada pengujian dan pembahasan ini, akan dilakukan
pengujian dan pembahasan dari setiap masing-masing
komponen yang digunakan pada rancang bangun sistem
pengangkatan air menggunakan motor AC dengan sumber
listrik tenga surya, untuk mendapatkan hasil yang lebih
baik. Maka akan dilakukan pengujian setiap bagian yang
dibuat meliputi:
(2)
B. Alur Penelitian
Secara sistematik langkah-langkah dari sistem
pengangkatan air dengan motor AC ini dapat di tunjukan
penelitian pada Gambar 2.
IV. hasIl dan PeMbahasan
A. Rancang Bangun Sistem Pengangkatan Air
Menggunakan Motor AC dengan Sumber Listrik
Tenaga Surya (PLTS)
Perancangan sistem pengangkatan air pada percobaan
ini adalah untuk mengetahui bagaimana cara kerja dari
pompa AC jika menggunakan tenaga surya sebagai
pembangkit listrik utamanya. Penggunakan regulator
12 Volt sebagai penstabil tegangan agar bisa tetap
Gambar 3. Rancang Bangun Sistem Pengangkatan Air Menggunakan
Motor AC Dengan Sumber Listrik Tenaga Surya (PLTS).
86
ISSN: 2088-9984
Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2014
1. Pengujian Rangkaian Panel Surya tanpa beban
2. Pengujian rangkaian Panel Surya dengan beban 1 Ohm
3. Pengujian tegangan output dan Regulator 12 Volt saat
berbeban
4. Pengujian tegangan dan arus pada inverter 12 Volt
DC-220 Volt AC dengan beban motor AC 220 Volt;
60 Watt.
5. Pengujian pompa AC dengan menghitung berapa debit
air yang bisa dihasilkan.
B.1 Pengujian Panel Surya Tanpa Beban
Gambar 5. blok diagram pengukuran arus dan tegangan panel surya
dengan beban penuh.
Panel surya merupakan komponen yang sangat
penting karena sebagai sumber pembangkit listrik yang
akan mensuplay arus dan tegangan pada rancang bangun
sistem pengangkatan air menggunakan motor AC dengan
sumber listrik tenaga surya. Daya input yang kemudian
menentukan daya listrik dari sel surya, semakin besar daya
input yang diperoleh panel surya, listrik yang dihasilkan
panel surya semakin besar. Daya listrik adalah besaran
yang diturunkan dari tegangan dan arus, sehingga nilai
tegangan dan arus yang di hasilkan merupakan nilai
kelistrikan yang dimiliki panel surya. Pengujian tanpa
beban ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar
tegangan yang dihasilkan oleh panel surya.
Hasil pengukuran dari panel surya tanpa beban dapat
diperhatikan pada Tabel 1.
B.2 Pengujian Panel Surya dengan Beban Penuh.
Pengujian panel surya dengan beban penuh ini
dimaksudkan mengukur output dari panel surya dengan
menambahkan tahanan sebesar 1 Ohm sebagai beban,
untuk lebih jelasnya dapat diperhatikan pada blok diagram
pengukuran arus dan tegangan pada Gambar 5.
Untuk mengetahui daya dari panel surya dapat dicari
dengan persamaan daya listrik yaitu:
P = V.I.R
Berikut adalah perhitungan daya dari pengukuran pada
panel surya dengan beban 1 ohm
Tabel 1. Hasil Pengukuran Panel Surya Tanpa Beban.
No
Waktu
Teg Panel
Surya (Volt)
Kondisi Cuaca
1
07.00
17.87
Cerah
2
08.00
18.38
Cerah
3
09.00
18.49
Cerah
4
10.00
18.82
Cerah
5
11.00
18.19
Berawan
6
12.00
18.26
Berawan
7
13.00
18.67
Cerah
8
14.00
17.91
9
15.00
10
P =V.I.R
Tabel 2. Hasil Pengukuran Kapasitas Panel Surya Dengan Beban 1
Ohm.
No
Waktu
Teg
Panel
Surya
(Volt)
I Panel
Surya
(Amp)
Daya
Panel
Surya
(Watt)
Kondisi
Cuaca
Berawan
1
07.00
4.87
3.88
18.89
Cerah
18.22
Cerah
2
08.00
5.76
4.50
25.92
Cerah
16.00
17.83
Cerah
3
09.00
9.43
7.38
69.59
Cerah
11
17.00
17.76
Berawan
4
10.00
10.79
8.11
87.50
Cerah
12
18.00
16.75
Berawan
5
11.00
11.22
8.59
96.37
Cerah
Rata – rata
18.12
Maks
18.82
6
12.00
12.46
9.30
115.8
Cerah
Min
16.75
7
13.00
11.68
8.39
97.99
Cerah
8
14.00
10.74
8.01
86.02
Cerah
9
15.00
9.33
7.32
68.29
Cerah
10
16.00
7.64
5.99
45.76
Cerah
11
17.00
3.21
2.57
8.249
Berawan
12
18.00
1.07
0.84
0.954
Berawan
Rata –
rata
8.183
6.24
60.11
Maks
12.46
9.30
115.8
Min
1.07
0.84
0.954
Gambar 4. Blok diagram Pengukuran Tegangan Panel Surya tanpa beban.
87
Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2014
ISSN: 2088-9984
Tabel 3 Hasil Pengukuran Rancang bangun Sistem pengangkatan
dengan beban motor AC 220 Volt ; 60 Watt.
= 10.93 x 7.36 x 1
= 80.44 Watt
Hasil pengukuran dari panel surya dengan beban 1
Ohm dalam waktu 12 jam, dengan kondisi cuaca yang
berubah-ubah. di tunjukkan pada Tabel 2.
B.3 Pengujian Rancang Bangun Sistem Pengangkatan
Air Menggunakan Motor AC dengan Sumber Listrik
Tenaga Surya (PLTS)
Pada rancang bangun sistem pengangkatan air
menggunakan motor AC dengan sumber listrik tenaga
surya ini akan memanfaatkan sebuah inverter 12 Volt
DC-220 Volt AC, sesuai dengan fungsi dari inverter yaitu
merubah arus searah DC menjadi arus bolak-balik AC,
karena output yang dihasilkan regulator 12 Volt sebagai
penstabil tegangan masih berupa arus DC, sedangkan pada
rancang bangun sistem pengangkatan air menggunakan
sumber energi tenaga surya ini, memanfaatkan arus AC
untuk menggerakkan motor AC 220; 60 Watt. Dalam
inverter tegangan DC 12 Volt akan di kendalikan dengan
sistem lip-lop atau menggunakan IC timer 555, sehingga
menjadi arus AC yang kemudian dialirkan kebelitan
sekunder yang terdapat di dalam trafo sehingga lilitan
primer akan menghasilkan tegangan kurang lebih 220 Volt
AC. Cara kerja yang dimiliki inverter ini hampir sama
dengan cara kerja dari trafo Step Up. Selanjutnya pada
rancang bangun ini, output yang dihasilkan inverter 12
Volt DC-220 Volt AC selanjutnya akan menjadi input dari
beban inverter 220 Volt AC yaitu pompa AC 220 Volt; 60
Watt, untuk lebih jelas mengenai rancang bangun dengan
sumber energi listrik tenaga surya, dapat diperhatikan blok
diagram Gambar 6.
Dengan arus yang dihasilkan 0.3 Amper AC. Maka
dapat ditentukan daya inverter 12 Volt DC-220 Volt AC
dengan persamaan:
Arus
inverter
dibebani
motor
AC
(Amp)
Daya
inverter
di
bebani
Motor
AC
(Watt)
Motor
AC
Kondisi
Cuaca
No
Jam
Teg.
inverter
dibebani
motor
AC
(Volt)
1
07.00
2.584
0.1
0.258
OFF
Berawan
2
08.00
3.981
0.1
0.398
OFF
Cerah
3
09.00
201.7
0.2
20.17
ON
Cerah
4
10.00
201.4
0.2
40.28
ON
Cerah
5
11.00
201.1
0.2
40.22
ON
Cerah
6
12.00
201.9
0.2
40.38
ON
Cerah
7
13.00
202.2
0.2
40.44
ON
Cerah
8
14.00
201.6
0.2
40.32
ON
Cerah
9
15.00
202.2
0.2
40.45
ON
Cerah
10
16.00
201.3
0.2
40.26
ON
Cerah
11
17.00
3.943
0.2
0.394
OFF
Berawan
12
18.00
2.719
0.1
0.271
OFF
Berawan
Rata
–rata
135.9
0.2
26.38
Maks
202.2
0.2
40.45
Min
2.719
0.1
0.271
B.4 Pengukuran Total Head Dan Debit Air Dari Motor
AC 220 Volt ; 60 Watt.
Pada rancang bangun sistem pengangkatan air dengan
sumber energi tenaga surya ini akan memanfaatkan pompa
celup, karena pompa celup ini bisa langsung dimasukkan
ke dalam air, pompa celup yang dipergunakan adalah
pompa celup yamano, dengan spesiikasi sebagai berikut:
Tegangan
Daya motor
Hmax
Qmax
P = V.I.R
= 201.7 x 0.2 x 1
= 40.34 Watt
Jadi daya yang dihasilkan inverter 12 Volt DC - 220
Volt AC dengan dibebani motor AC 220 Volt ; 60 Watt
dalam kondisi ON dan menaikkan air adalah sebesar 40.34
Watt, kondisi ini motor pompa sudah mulai beroperasi.
Hasil pengukuran tegangan dan arus selama dua belas
jam dengan kondisi cuaca yang berbeda-beda seperti
ditunjukan pada Tabel 3.
: 220 - 240 V ~ 50 Hz
: 60 Watt
: 2. 6m
: 2400 L/H.
Pada spesiikasi di atas adalah kemampuan
maksimal yang dimiliki oleh pompa celup Yamano yang
membutuhkan tegangan 220 – 240 Volt AC, total daya
yang diperlukan pompa adalah 60 Watt, dengan total head
2,6 meter dan jumlah air yang dapat dihasilkan pompa
hisap ini adalah 2400 liter per jam.
Setelah melakukan penelitian selama beberapa kali,
debit air yang bisa di naikkan adalah 5 liter/menit, dengan
total head 2,6 meter. Percobaan yang dilakukan pada
kondisi cerah. Hasil pengujian pengangkatan air dapat
di tunjukkan pada gambar 4.4. pada gambar 4.4 (a)
menunjukkan debit air yang bisa di naikkan oleh pompa
AC selama satu menit yang diukur pada sebuah bejana.
Untuk gambar (b) adalah hasil tegangan dari regulator 12
Volt pada saat dibebani dengan inverter 220 Volt, dengan
hasil yang ditunjukkan 11.01 Volt DC. Sedangkan gambar
(c) adalah menunjukkan hasil pengukuran tegangan dari
Gambar 6 rancang bangun dengan sumber energi listrik tenaga surya
dengan pompa motor AC 220 V; 60 W.
88
ISSN: 2088-9984
Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2014
inverter 12 Volt DC – 220 Volt AC yang dibebani pompa
AC 220;60 Watt pada saat kondisi On dan disaat pompa
menaikkan air yaitu adalah 202.1 Volt AC dengan arus 0.2
amper. Setelah mengetahui debit air yang dapat dinaikkan
pompa AC 220;60 Watt adalah 5 liter/menit, maka dapat
diketahui per jam pompa AC dengan sumber energi panel
surya dapat menaikkan 300 liter air/jam. Dengan kondisi
cuaca cerah, rancang bangun sistem pengangkatan air
dengan sumber energi tenaga surya, dapat menaikkan air
selama tujuh jam/hari. Dengan demikian dalam sehari
pompa AC 220 Volt ; 60 Watt, dapat menghasilkan 2100
liter/hari.
Selanjutnya dapat diketahui eisiensi dari pompa AC
dengan hasil pengukuran pada tabel 4.4 di atas pada
rancang bangun sistem pengangkatan air menggunakan
motor AC dengan sumber energi tenaga surya dengan
rumus sebagai berikut:
η = POUT / PIN x100%
V.
KesIMPulan
Dari Pengujian dan pembahasan Rancang Bangun
Sistem Pengangkatan Air Menggunakan Motor AC dengan
Sumber Listrik Tenaga Surya (PLTS), maka dapat ditarik
kesimpulan sebagai berikut :
1. Rancang bangun sistem pengangkatan air dengan
sumber energi tenaga surya, menggunakan empat buah
panel surya, sebuah penstabil tegangan/regulator 12
Volt, sebuah inverter 12 Volt DC-220 Volt AC, yang
dapat menggerakkan pompa AC 220;60 Watt dengan
putaran nominal pada kondisi cuaca cerah.
2. Pada rancang bangun sistem pengangkatan air dengan
sumber energi tenaga surya, dapat mengangkat 5 liter
air/menit dengan total head 2,6 meter. Pada kondisi
cuaca cerah, dalam satu hari rancang bangun sistem
pengangkatan air dengan sumber energi tenaga
surya, dapat bekerja selama tujuh jam sehingga dapat
menaikkan air 2100 liter/hari.
3. Eisiensi dari rancang bangun sistem pengangkatan
air dengan sumber listrik tenaga surya, pada kondisi
maksimum adalah 91,86%.
Dalam penelitian berikutnya di harapkan dapat di
lengkapi dengan penambahan penyimpanan energi listrik
seperti accu atau baterai, sehingga energi yang dihasilkan
dapat disimpan sebagai energi cadangan dan dapat
dipergunakan untuk keperluan lainnya.
η = 202.1 / 220 x100%
η = 91.86%
Jadi dapat diketahui eisiensi dari rancang bangun
sistem pengangkatan air menggunakan motor AC 220 Volt
; 60 Watt, dengan sumber energi panel surya, pada kondisi
On dan menaikkan air adalah 91.86 %.
RefeRensI
[1]
A.E. Fitzgerald, SC.D., “Dasar-dasar
Northeastern university, 1983.
[2]
Castaner, L., Markvart, T., “Practical Handbook of Photovoltaic :
Fundamentals and Applications”, UK., 2003.
[3]
BAPPEDA, “Peak Hour per Day untuk daerah Bali”, 2004.
[4]
David E. Higginbotham, S.M., “Electrical Engineering Section”,
United States Coast Guard Academy.
[5]
Schweizer-Ries, P., Fitriana, I., “The BANPRES-LTSMDProgramme, Report on the Questionaire”, ISE – Fraunhofer, 1998.
[6]
Skema-penstabil-tegangan-12-volt-20a,
http://skemarangkaianpcb.com/search/
(diakses pada: Rabu 20
Maret 2013).
[7]
Sularso, “Pompa Dan Komperesor : Pemilihan, Pemakaian Dan
Pemeliharaan”, PT Pradnya Paramita, Bandung, 2004.
[8]
Tom markvart and Luis Castaner, “Practical Handbook of
Photovoltaics Fundamentals and Application”, Edisi 1. United
Kingdom: Elsevier, 2003.
[9]
Tom Markvart and Luis Castaner, “Solar Cell Materials,
Manufacture and Operation”, United Kingdom: Elsevier, 2003.
(a)
(b)
(c)
Gambar 4.4 (a) Hasil air yang bisa dinaikkan dalam waktu 1 menit
oleh pompa AC, (b) Hasil pengukuran Tegangan regulator 12 volt
dibebani inverter 220 Volt pada kondisi On, dan menaikkan air. (c) Hasil
Tegangan inverter 12 Volt DC-220 Volt AC dibebani pompa AC 220
Volt ; 60 Watt. pada kondisi On disaat menaikkan air.
89
Elektro
Teknik”,