LAPORAN ENPER.docx

LAPORAN PRAKTIKUM ENERGI PERTANIAN
PEMANFAATAN SOLAR CELL








NURLAILA RAHMAH
05021181419100







PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN
JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
2016
BAB 1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pada era globalisai ini, kebutuhan listrik semakin dibutuhkan karena kecanggihan teknologi pada barang-barang elektronik yang memerlukan arus listrik dalam penggunaannya. Sistem hidroponik yang digunakan untuk penanaman sayuran memiliki komponen penyusun yang juga membutuhkan arus listrik untuk menyalurkan air pada setiap pipa. Hidroponik adalah istilah yang digunakan untuk menjelaskan tentang cara bercocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai media pertanamannya. Teknologi hidroponik dapat menggantikan peran dan 7 fungsi tanah serta menyuplai kebutuhan tanaman untuk pertumbuhan optimalnya. Selain itu, penggunaan sistem hidroponik tidak mengenal musim dan tidak memerlukan lahan yang luas dibandingkan dengan media tanah dan menghasilkan satuan produktivitas yang sama.
Kebutuhan energi listrik di Indonesia semakin meningkat seiring meningkatnya jumlah penduduk. Jika kebutuhan energi listrik semakin dibutuhkan, maka diperlukan energi terbarukan untuk memenuhi kebutuhan listrik penduduk. Energi terbarukan dapat diciptakan dengan mengubah energi matahari menjadi energi listrik dengan menggunakan Solar cell. Teknologi solar cell dapat menyerap photon dari sinar matahari dan mengonversi menjadi listrik. Solar cell (Photovoltaic) biasanya dikemas dalam sebuah unit yang disebut modul. Solar cell mulai populer akhir-akhir ini, karena mulai menipisnya cadangan energi fosil dan isu global warming. Energi yang dihasilkan solar cell juga sangat murah karena sumber energi matahari sangat berlimpah dan bisa didapatkan secara gratis. Oleh sebab itulah dalam penggunaan pompa air pada sistem hidroponik menggunakan arus listrik yang berasal dari Solar Cell.
Tujuan
Tujuan dari dibuatnya laporan ini adalah supaya pembaca memahami pemanfaatan solar cell dalam menghasilkan arus listrik untuk penggunaaan sistem hidroponik.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
Pengertian Solar Cell
Solar cell atau panel surya adalah alat untuk mengkonversi tenaga matahari menjadi energi listrik. Photovoltaic adalah teknologi yang berfungsi untuk mengubah atau mengkonversi radiasi matahari menjadi energi listrik secara langsung. Photovoltaic biasanya dikemas dalam sebuah unit yang disebut modul. Dalam sebuah modul surya terdiri dari banyak sel surya yang bisa disusun secara seri maupun paralel sedangkan yang dimaksud dengan surya adalah sebuah elemen semikonduktor yang dapat mengkonversi energi surya menjadi energi listrik atas dasar efek fotovoltaik. Solar cell mulai popular akhir-akhir ini, selain mulai menipisnya cadangan energi fosil dan isu global warming. Energi yang dihasilkan juga sangat murah karena sumber energi (matahari) bisa didapatkan secara gratis. Solar cell dapat dilihat pada gambar dibawah ini (Rosidi, 2016).
Prinsip Kerja Solar Cell
Proses penghasilan energi listrik terjadi jika pemutusan ikatan elektron pada atom-atom yang tersusun dalam kristal semikonduktor ketika diberikan sejumlah energi. Salah satu bahan semikonduktor yang biasa digunakan sebagai sel surya adalah kristal Silicon. Ketika suatu kristal silikon ditambahkan dengan unsur golongan kelima, misalnya arsen, maka atom-atom arsen itu akan menempati ruang diantara atom-atom silicon yang mengakibatkan munculnya elektron bebas pada material campuran tersebut. Elektron bebas tersebut berasal dari kelebihan elektron yang dimiliki oleh arsen terhadap linkungan sekitarnya, dalam hal ini adalah silicon. Semikonduktor jenis ini kemudian diberi nama semikonduktor tipe-n (Rosidi, 2016).
Hal yang sebaliknya terjadi jika kristal silicon ditambahkan oleh insur golongan ketiga, misalnya boron, maka kurangnya elektron valensi boron dibandingkan dengan silicon mengakibatkan munculnya hole yang bermuatan positif pada semikonduktor tersebut. Semikonduktor ini dinamakan semikonduktor tipe-p. Adanya tambahan pembawa muatan tersebut mengakibatkan semikonduktor ini akan lebih banyak menghasilkan pembawa muatan ketika diberikan sejumlah energi tertentu, baik pada semikonduktor tipe-n maupun tipe-p. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n disambungkan maka akan terjadi difusi hole dari tipe-p menuju tipe-n dan difusi electron dari tipe-n menuju tipe-p. Difusi tersebut akan meninggalkan daerah yang lebih positif pada batas tipe-n dan daerah lebih negative pada batas tipe-p (Rosidi, 2016).
Adanya perbedaan muatan pada sambungan p-n disebut dengan daerah deplesi akan mengakibatkan munculnya medan listrik yang mampu menghentikan laju difusi selanjutnya. Medan listrik tersebut mengakibatkan munculnya arus drift. Arus drift yaitu arus yang dihasilkan karena kemunculan medan listrik. Namun arus ini terimbangi oleh arus difusi sehingga secara keseluruhan tidak ada arus listrik yang mengalir pada semikonduktor sambungan p-n tersebut. Sebagaimana yang kita ketahui bersama, elektron adalah partikel bermuatan yang mampu dipengaruhi oleh medan listrik. kehadiran medan listrik pada elektron dapat mengakibatkan elektron bergerak. Hal inilah yang dilakukan pada Solar cell sambungan p-n, yaitu dengan menghasilkan medan listrik pada sambungan p-n agar elektron dapat mengalir akibat kehadiran medan listrik tersebut. Ketika junction disinari, photon yang mempunyai electron sama atau lebih besar dari lebar pita electron tersebut akan menyebabkan eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi dan akan meninggalkan hole pada pita valensi. Elektron dan hole ini dapat bergerak dalam material sehingga menghasilkan pasangan electron-hole. Apabila ditempatkan hambatan pada terminal sel surya, maka electron dari area-n akan kembali ke area-p sehingga menyebabkan perbedaan potensial dan arus akan mengalir (Rosidi, 2016).
Komponen Solar Cell
Solar Charge Controller
Solar Charge Controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan diambil dari baterai ke beban. Solar charge controller mengatur overcharging (kelebihan pengisian karena batere sudah penuh) dan kelebihan voltase dari panel surya/Solar Cell. Kelebihan voltase dan pengisian akan mengurangi umur baterai. Solar charge controller menerapkan teknologi Pulse width modulation (PWM) untuk mengatur fungsi pengisian baterai dan pembebasan arus dari baterai ke beban. Panel surya Solar Cell 12 Volt umumnya memiliki tegangan output 16 - 21 Volt. Jadi tanpa solar charge controller, baterai akan rusak oleh over-charging dan ketidakstabilan tegangan baterai umumnya di-charge pada tegangan 14 - 14.7 Volt. Beberapa fungsi detail dari solar charge controller adalah sebagai berikut:
Mengatur arus untuk pengisian ke baterai, menghindari overcharging, dan overvoltage.
Mengatur arus yang dibebaskan/ diambil dari baterai agar baterai tidak 'full discharge', dan overloading.
Monitoring temperatur baterai (Rosidi, 2016).
Seperti yang telah disebutkan di atas solar charge controller yang baik biasanya mempunyai kemampuan mendeteksi kapasitas baterai. Bila baterai sudah penuh terisi maka secara otomatis pengisian arus dari panel surya/SolarCell berhenti. Cara deteksi adalah melalui monitor level tegangan bateray. Solar charge controller akan mengisi baterai sampai level tegangan tertentu, kemudian apabila level tegangan drop, maka baterai akan diisi kembali. Solar Charge Controller biasanya terdiri dari: 1 input (2 terminal) yang terhubung dengan output panel surya/Solar Cell, 1 output (2 terminal) yang terhubung dengan baterai / aki dan 1 output (2 terminal) yang terhubung dengan beban ( load ). Arus listrik DC yang berasal dari baterai tidak mungkin masuk ke panel sel surya karena biasanya ada 'diode protection' yang hanya melewatkan arus listrik DC dari panel surya/solar cell ke baterai (Rosidi, 2016).
Battery
Menurut Rosidi (2016) battery adalah alat penyimpan tenaga listrik arus searah (DC). Ada beberapa jenis baterai/aki di pasaran yaitu jenis aki basah/ konvensional, hybrid dan MF (Maintenance Free). Aki basah/konvensional berarti masih menggunakan asam sulfat (H2SO4) dalam bentuk cair, sedangkan aki MF sering disebut juga aki kering karena asam sulfatnya sudah dalam bentuk gel/selai. Dalam hal mempertimbangkan posisi peletakkannya maka aki kering tidak mempunyai kendala, lain halnya dengan aki basah. Aki konvensional juga kandungan timbalnya (Pb) masih tinggi sekitar 2,5%untuk masing-masing sel positif dan negatif, sedangkan jenis hybrid kandungan timbalnya sudah dikurangi menjadi masing-masing 1,7%, hanya saja sel negatifnya sudah ditambahkan unsur Calsium, sedangkan aki MF/aki kering sel positifnya masih menggunakan timbal 1,7% tetapi sel negatifnya sudah tidak menggunakan timbal melainkan Calsium sebesar 1,7%. Pada Calsium battery Asam Sulfatnya (H2SO4) masih berbentuk cairan, hanya saja hampir tidak memerlukan perawatan karena tingkat penguapannya kecil sekali dan dikondensasi kembali. Secara garis besar, battery dibedakan berdasarkan aplikasi dan konstruksinya. Berdasarkan aplikasi maka battery dibedakan untuk automotif, marine dan deep cycle. Deep cycle itu meliputi battery yang biasa digunakan untuk PV (Photovoltaic) dan back up power. Sedangkan secara konstruksi maka battery dibedakan menjadi type basah, gel dan AGM (Absorbed Glass Mat). Battery jenis AGM biasanya juga dikenal dgn VRLA (Valve Regulated Lead Acid).
Inverter
Power inverter adalah suatu alat elektronik yang bisa merubah arus/tenaga aki menjadi arus listrik PLN, sehingga fungsi power inverter adalah sebagai listrik cadangan karena apabila arus aki/tenaga dari aki sudah habis (kosong) maka aki yang sudah kosong perlu diisi ulang kembali dengan alat yang bernama charger aki atau bisa juga mengecas aki dengan solar panels. Power inverter juga ada 2 macam, yaitu power inverter dengan charger aki dan power invertertanpa charger aki. Power inverter yang dilengkapi charger aki ini sudah satu paket dengan charger aki sehingga selain bisa merubah arus aki menjadi PLN maka juga bisa untuk mengecas aki. Namun perlu diingat power inverter yang dilengkapi charger aki ini tetap membutuhkan listrik PLN untuk mengecas aki karena memang power inverter yang dilengkapi charger aki ini bukanlah pembangkit listrik. Bagi orang awam biasanya output inverter dimasukkan input charger aki dengan tujuan agar bisa mengecas tanpa listrik PLN dan tanpa panel surya, namun yang terjadi adalah power inverter akhirnya meledak karena kesalahan berpikir orang awam tersebut. Perlu dicatat bahwa power inverter bukanlah pembangkit listrik. Fungsi power inverter hanyalah merubah arus aki menjadi PLN dan untuk mengecas aki tetap membutuhkan charger aki yang dialiri dari arus PLN (Iqsan, 2013).

Penerapan Sistem Hidroponik dalam Budidaya Sayuran
Sistem budidaya secara hidroponik sering diterapkan untuk mengatasi kekurangan lahan pertanian, yang dalam hal ini adalah tanaman pangan dalam khususnya sayuran. Budidaya pertanian yang menggunakan teknologi hidroponik tidak lepas dari sarana yang dapat menunjang optimalisasi dalam pertumbuhan dan perkembangan tanaman (Tim Karya Tani Mandiri, 2010). Bertanam secara hidroponik dapat berkembang dengan cepat, karena cara ini mempunyai banyak kelebihan. Kelebihan yang utama adalah tanaman dapat tumbuh dan berproduksi lebih baik dibandingkan dengan teknik penanaman biasa. Kelebihan lainnya yaitu perawatan lebih praktis dan gangguan hama lebih terkontrol, pemakaian pupuk lebih hemat, tanaman yang mati lebih mudah diganti dengan tanaman yang baru, tidak membutuhkan tenaga kasar karena metode kerja lebih hemat dan memiliki standardisasi, tanaman dapat tumbuh lebih pesat dan dengan keadaan yang tidak kotor dan rusak (Lingga, 2002).
Prinsip dasar hidroponik dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu hidroponik substrat dan NFT. Hidroponik substrat adalah teknik hidroponik yang tidak menggunakan air sebagai media, tetapi menggunakan media padat (bukan tanah) yang dapat menyerap atau menyediakan nutrisi, air, dan oksigen serta mendukung akar tanaman seperti halnya tanah. Hidroponik NFT (Nutrient film tecnique) adalah teknik hidroponik yang menggunakan model budidaya dengan meletakkan akar tanaman pada lapisan air yang dangkal. Air tersebut tersirkulasi dan mengandung nutrisi sesuai kebutuhan tanaman. Perakaran dapat tumbuh dan berkembang didalam media air tersebut (Untung, 2001).









BAB 3
METODELOGI
Waktu dan Tempat
Praktikum ini dilaksanakan pada hari Senin, tanggal 28 November 2016 yang bertempat di belakang ruang dosen Jurusan Teknologi Pertanian Universitas Sriwijaya.
Alat dan Bahan
Adapun alat yang digunakan dalam praktikum ini adalah: modul solar cell polycristal 100 Watt, pompa celup, selang sepanjang 3 m, dua buah ember, Watt meter DC, stabilizer, aki, inverter, trafo, sekring, kipas, dan multimeter. Bahan percobaan yang digunakan didalam praktikum ini adalah air.
Cara Kerja
Adapun cara kerja dalam praktikum ini adalah:
Isi penuh dengan air pada salah satu ember dan masukkan pompa celup yang sudah tersambung pada selang ke dalam ember tersebut.
Kabel yang telah terhubung dengan modul solar cell polycristal 100 Watt disambungkan pada Watt meter DC dan stabilizer.
Sambungkan kabel cokelat (kutub positif) pada pompa celup dengan penjepit solar cell warna hitam (kutub negatif), sedangkan kabel biru (kutub negatif) pada pompa celup disambungkan dengan penjepit solar cell warna merah (kutub positif).
Ujung selang yang mengeluarkan air diangkat di atas ember yang kosong sampai ember tersebut penuh dengan air.
Catat hasil pengukuran Watt meter DC.
Setelah selesai dengan percobaan pengukuran watt meter DC, kemudian siapkan perangkat pengonversi arus listrik DC to AC yang terdiri dari inverter yang telah terhubung dengan trafo dan sekring.
Sekring terdiri dua penjepit yaitu penjepit hitam dan merah. Jepitkan penjepit hitam ke kutub negatif aki, sedangkan penjepit merah dijepitkan ke kutub positif aki.
Hubungkan kabel pada trafo dan kabel kipas pada terminal listrik dari solar cell.
Hubungkan dua kabel multimeter yaitu kabel hitam ke jepitan merah yang ada pada aki dan kabel merah ke jepitan hitam yang ada pada aki dan multimeter sudah diatur 10 A.
Catat hasil pengukuran kuat arus yang dihasilkan.
Pindahkan kabel merah yang sebelumnya pada pengukuran kuat arus ke pengukuran tegangan dan atur posisi ke 20 V.
Catat hasil pengukuran tegangan yang dihasilkan.




















BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Hasil pengukuran pada praktikum ini didapatkan data sebagai berikut:
Peralatan
Tegangan
Kuat Arus
Daya
Energi
Pompa Celup
12,59 V
0,82 A
10,3 W
69 Kal
Kipas AC
14,43 V
2,8 A
40,4 W
-

Pembahasan
Pada praktikum mata kuliah Energi Pertanian kali ini kami melakukan dua percobaan yaitu pertama pemanfaatan solar cell dalam penggunaan pompa celup untuk sistem hidroponik dan kedua pemanfaatan solar cell dalam penggunaan kipas bearus listrik AC dengan menggunakan inverter. Dalam percobaan ini module solar cell yang kami gunakan adalah jenis polycristaline 100 Watt. Module solar cell menghasilkan arus listrik DC yang dihubungkan langsung dengan Watt meter dan stabilizer. Watt meter berfungsi untuk mengukur tegangan, kuat arus, daya, dan energi. Tegangan dari module solar cell maksimal 15 V karena jika melebihi 15 V maka mengakibatkan kerusakan pada pompa celup. Disinilah peran stabilizer yang berguna untuk menstabilkan tegangan supaya tidak melebihi 15 V. Kami menyambungkan kabel cokelat (kutub positif) pada pompa celup dengan penjepit solar cell warna hitam (kutub negatif), sedangkan kabel biru (kutub negatif) pada pompa celup disambungkan dengan penjepit solar cell warna merah (kutub positif). Karena arus yang kami gunakan adalah arus DC, maka penyambungan kabel positif dan negatif tidak boleh terbalik supaya dapat menghasilkan arus listrik. Setelah itu pompa celup yang dimasukkan ke dalam ember berisi air memompa air tersebut dan membawa air tesebut sampai ke ujung selang yang berada di ember kosong. Pompa celup memiliki daya yang cukup saat selang diangkat hingga ketinggian 3 meter. Pada saat pompa celup bekerja, Watt meter menghasilkan pengukuran nilai tegangan, kuat arus, daya, dan energi.
Selanjutnya percobaan kedua yaitu pemanfaatan solar cell dalam penggunaan kipas berarus AC dengan inverter. Inverter adalah pengonversi energi listrik berarus DC ke AC. Karena arus yang dihasilkan module solar cell adalah arus listrik DC maka kami membutuhkan inverter untuk mengubah arus listrik dari module menjadi arus AC. Perangkat pengonversi arus listrik DC to AC yang terdiri dari inverter yang telah terhubung dengan trafo dan sekering. Disini trafo memiliki peran untuk mengubah tegangan yang tinggi ke rendah padahal biasanya trafo berperan mengubah tegangan yang rendah ke tinggi. Trafo memiliki kabel untuk dicolokkan ke terminal listrik yang bersumber dari module solar cell. Trafo juga sudah dihubungkan pada inverter dan inverter dihubungkan pada sekering. Sekering adalah suatu alat yang digunakan sebagai pengaman dalam suatu rangkaian listrik apabila terjadi kelebihan muatan listrik atau suatu hubungan arus pendek. Sekring terdiri dua penjepit yaitu penjepit hitam dan merah. Jepitkan penjepit hitam ke kutub negatif aki, sedangkan penjepit merah dijepitkan ke kutub positif aki. Kemudian kami menghubungkan kabel pada trafo dan kabel kipas pada terminal listrik dari solar cell. Kami menghubungkan dua kabel multimeter yaitu kabel hitam ke jepitan merah yang ada pada aki dan kabel merah ke jepitan hitam yang ada pada aki dan multimeter sudah diatur 10 A. Kemudian kami catat hasil pengukuran kuat arus yang dihasilkan. Kami pindahkan kabel merah pada multimeter yang sebelumnya pada pengukuran kuat arus ke pengukuran tegangan dan posisi diatur ke 20 V. Kami catat hasil pengukuran tegangan yang dihasilkan.











BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang didapat dari pembahasan diatas adalah:
Arus listrik yang dihasilkan module solar cell dalam bentuk arus DC dapat langsung dimanfaatkan untuk penggunaan peralatan berarus DC salah satunya adalah pompa celup.
Untuk menghindari kerusakan pada pompa celup dibutuhkan penstabil tegangan yang disebut stabilizer.
Energi listrik yang dihasilkan module solar cell juga dapat digunakan untuk peralatan berarus AC asalkan dengan menggunakan inverter.
Sekering diperlukan untuk mengamankan rangkaian apabila ada kelebihan muatan ataupun hubungan arus pendek.
Trafo diperlukan unutk mengubah tegangan listrik yang tinggi ke rendah ataupun sebaliknya.

Saran
Adapun saran untuk praktikum kali ini adalah praktikan seharusnya mengikuti praktikum dengan kondusif dan mendengarkan penjelasan dosen pembimbing praktikum dengan serius.











DAFTAR PUSTAKA
Enggarwati, D. A. 2015. "Pemanfaatan Energi Matahari (Solar Cell) sebagai Pemanas Air". http://dokumen.tips/documents/aplikasi-solar-cell-sebagai-pemanas-air.html. Diakses pada tanggal 3 Des. 2016.
Hidayat, S., dkk. 2010. "Pemanfaatan Solar Cell sebagai Energi Alternatif Penggerak Motor Listrik pada Mesin Penggiling Padi". http://nyobianngadamelblog.blogspot.co.id/2011/07/pemanfaatan-solar-cell-sebagai-energi_20.html. Diakses pada tanggal 3 Des. 2016.
Iqsan, M., dkk. 2013. "Pengembangan Kompor Listrik Berbasis Solar Panel sebagai Alternatif Pengganti Kompor Gas". Usulan Program Kreatifitas Mahasiswa. Jakarta. Universitas Muhammadiyah Jakarta.
Lingga, P. 2002. Hidroponik Bercocok Tanam Tanpa Tanah. Penebar Swadaya, Jakarta
Raharjo, P. 2013. "Perancangan Sistem Hibrid Solar Cell-Battery-PLN Menggunakan Programmable Logic Controllers". Skripsi. Jember. Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Jember.
Rosidi, M.I. 2016. "Perancangan Monitoring Beban pada Sistem Solar Cell Berbasis Mikrokontroller Menggunakan SMS Gateway". Skripsi. Jember. Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Jember.
Tim Karya Tani Mandiri. 2010. Pedoman Budidaya secara Hidroponik. Nuansa
Aulia. Bandung.
Untung, O. 2001. Hidroponik Sayuran Sistem NFT (Nutrient Film Technique).
Penebar Swadaya, Jakarta.

















LAMPIRAN

Pengukuran kuat arus pada multimeter Pengukuran dengan Watt meter





Seperangkat pengonversi arus DC ke Pompa celup sedang memompa air
AC yang terdiri dari inverter, trafo,
sekering, aki, dan kipas