Aplikasi Sistem Pompa Air Tenaga PV Surya Atap 2x150 Wp

Jetri: Jurnal Ilmiah Teknik Elektro, Vol. 18, No. 2, Februari 2021, Hlm. 149- 168,

P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X, doi: http://dx.doi.org/10.25105/jetri.v18i2.9345

Received 12 September 2020, revised 26 Januari 2021, accepted 17 Juni 2021

Aplikasi Sistem Pompa Air Tenaga PV Surya Atap

2x150 Wp Untuk Kantin Karfati Di Gedung E,

Universitas Trisakti

Chairul Gagarin Irianto, Maulasukma Widjaya, Ishak Kasim , Syamsir Abduh,

Dianing Novita Nurmala Putri*

Department of Electrical Engineering, Faculty of Industrial Engineering. Universitas

Trisakti, Jl. Kyai Tapa No.1 Grogol, Jakarta Barat

*E-mail: [email protected]@trisakti.ac.id

ABSTRACT

In this study, a simple, consumable water purification system with a photovoltaic (PV) solar

domestic ac motor has been designed and implemented in the Karfati canteen, E Building,

Campus A, Usakti. The single phase ac pump motor, 135Watt is used to transfer water from

the storage pool to the temporary storage tank and then filter it by gravity, it is flowed through

the pipe to the clean water storage tank before being distributed to ten canteen kiosk. The

optimum solar panel is chosen according to the calculation of the maximum power required

by the motor. The energy needs of the pump motor have been provided from solar panels and

batteries through an inverter. Fixed installation of solar pv panels on the roof of building E

facing 15 degrees north to optimize radiation efficiency of the system. The selection of an

inverter system that matches the characteristics of the ac pump engine is developed to ensure

the supply of the ac pump motor when it is started safely. Optimization of the solar PV water

pump system is equipped with an array of 2 2x150 Wp pv modules, 500 VA inverters, 100 Ah

batteries to supply 135 W, 220V, 50Hz pump engine power to produce clean water around

1000 liters per day in the Karfati canteen.

Keywords: solar power, pv panels, domestic pump engines, water filters

ABSTRAK

Dalam penelitian ini, sistem penjernihan air sederhana layak konsumsi dengan motor ac

domestik tenaga photovoltaic (PV) surya telah dirancang dan diterapkan di kantin Karfati

Gedung E, Kampus A, Usakti. Motor pompa ac satu fasa, 135 Watt digunakan untuk

memindahkan air baku dari kolam penampungan ke tangki penyimpanan sementara dan

selanjutnya memfiltrasinya secara grafitasi dialirkan melalui pipa ke tangki penyimpanan air

bersih sebelum didistribusikan ke sepuluh kiosk kantin. Panel surya optimum dipilih sesuai

perhitungan daya maksimum yang dibutuhkan motor. Kebutuhan energi motor pompa telah

disediakan dari panel surya dan baterai melalui inverter. pemasangan fix panel pv surya di

http://dx.doi.org/10.25105/jetri.v18i2.9345

Jetri: Jurnal Ilmiah Teknik Elektro, Vol. 18, No. 2, Februari 2021,

P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

150

atap gedung E menghadap utara 15 derajat untuk mengoptimalkan radiasi efisiensi sistem.

Pemilihan system inverter yang sesuai karakteristik mesin pompa ac dikembangkan untuk

menjamin suplai motor pompa ac saat diasut dengan aman. Optimalisasi sistem pompa air

tenaga PV surya dilengkapi dengan array dari 2 modul pv 2x150 Wp, inverter 500 VA, baterai

100 Ah mencatu daya mesin pompa 135 W, 220V, 50Hz untuk memproduksi air bersih sekitar

1000 liter per hari di kantin Karfati.

Kata Kunci: tenaga surya, panel pv, mesin pompa domestik, filter air.

Chairul Gagarin Irianto, dkk. “Aplikasi sistem Pompa Air Tenaga Surya …”

151

1. Pendahuluan

Penggunaan energi surya untuk pemompaan air pada instalasi penjernihan air

merupakan kebutuhan penting dimana jika mutu air baku yang tersedia tidak memadai

dari aspek kesehatan, kebersihan dan kesegaran. Meningkatnya permintaan air bersih

dan sehat di gedung-gedung perkantoran dan sekolah menambah minat dalam

penggunaan panel surya sebagai sumber energi bersih alternatif di kota-kota besar.

Bagian utama dari sistem pemompaan yang saat ini sering diterapkan sebagai aktuator

listrik adalah motor DC atau motor AC. Masalah-masalah biaya dan pemeliharaan

motor-motor ini telah mendorong industri untuk dilengkapi dengan motor induksi

yang dengan demikian merupakan alternatif baru.

Kegiatan disain ini melibatkan penyediaan air bersih untuk diaplikasikan pada

kantin Karfati di Gedung E Teknik Elektro Kampus A Universitas Trisakti, Grogol,

Jakarta Barat. Gedung E memiliki kolam penampungan air PAM bawah tanah di

halaman belakang gedung dekat dengan kios-kios kantin. Ada terdapat 10 sepuluh kios

kantin yang direncanakan bisa memanfaatkan air olahan dari sistem pemompaan air

bersih bertenaga PV surya dengan filter. Atap Gedung E yang luas dan bebas dari

bayangan merupakan tempat ideal untuk pemasangan panel surya dimana dari terbit

hingga terbenam matahari, panel surya selalu mendapat sinar matahari.

Pemasangan pompa surya adalah kerja yang kompleks, menggabungkan unsur

pekerjaan instalasi listrik dan mekanik, pemipaan air, dan konstruksi metal dan konkrit

bangunan. Untuk mengetahui bagaimana mengukur dan merancang sistem

pemompaan air panel surya dengan benar perlu diketahui dan dilengkapi dengan data

pendukung. Beberapa diantaranya adalah berapa volume dan kapan waktunya air

dibutuhkan; dari mana asal sumber air; berapa ukuran ketersediaan debit air [liter per

detik]; berapa jarak dan ketinggian pemompaan air; bagaimana mutu air [tingkat

kandungan lumpur atau mineral] yang dapat merusak pompa; berapa volume tangki

penyimpanan air dan bagaimana pengaturan tangki.

Lingkungan sekitar lokasi penelitian merupakan lokasi sementara untuk

kegiatan kerja bangunan, kantin, kios fotokopi, area parkir motor, dan area ramai lalu-

lalang mahasiswa, karyawan dan pekerja bangunan. Ukuran volume kolam

penampungan air cukup besar, jarang dikuras, tempat genangan air hujan, seringkali


P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

152

air ditimba langsung oleh pekerja kantin dari atas lubang kolam penampungan

menggunakan ember dan tali. Kondisi saat ini kantin Karfati mendapatkan pasokan air

PAM, dari kolam penampungan bawah tanah gedung E, yang dipompakan ke tangki

penampungan air harian berkapasitas 5000 liter yang terletak di atap lantai 8 gedung

E. Karena air dipasok dari tangki penampungan harian dan yang berasal dari kolam

penampungan dimana kedua media simpanan air tersebut jarang dikuras, kualitas

airnya jelek, berlumpur dan sering mengandung kotoran yang jatuh di permukaan air

kolam penampungan. Hal ini menciptakan situasi berisiko tinggi bagi konsumen

kantin, karena air yang didapatkan terkontaminasi dan dapat menyebabkan penyakit

yang ditularkan melalui air apabila tidak dikelola dengan baik, salah satu upayanya

dengan filter air.

Melihat latar belakang kondisi sekitar dapat diidentifikasi permasalahan bahwa

tingkat kebersihan, kesehatan, dan mutu air bersih layak konsumsi perlu diperiksa

untuk kemudian diusulkan upaya perbaikannya

2. Metodologi Penelitian

Pompa PV terdiri dari sejumlah komponen dengan fungsi dan karakteristik kinerja

spesifik dari masing-masing komponen tersebut. Ada array pv yang mengubah energy

matahari langsung menjadi listrik dc. Pompa pv memiliki penggerak motor listrik

untuk menghasilkan output daya hisap dan dorong optimal. Baterai dirancang untuk

mampu menyimpan surplus energy solar selama periode cuaca cerah. Karakteristik-

karakteristik dari komponen-komponen pompa pv ini perlu disesuaikan untuk

mendapatkan kinerja sistem pompa pv solar yang optimal.

2.1 Sistem Pompa Air Tenaga PV Surya Atap

Pemompaan air tenaga surya didasarkan pada teknologi PV yang mengubah sinar

matahari menjadi listrik untuk memompa air.Panel PV terhubung ke motor (DC atau

AC) yang mengubah energi listrik yang dipasok oleh panel PV menjadi energi

mekanik yang diubah menjadi energi hidrolik oleh pompa. Kapasitas sistem pompa

surya untuk memompa air adalah fungsi dari tiga variabel utama: tekanan, aliran, dan


153

daya ke pompa. Untuk keperluan desain, tekanan dapat dianggap sebagai kerja yang

dilakukan oleh pompa untuk mengangkat sejumlah air ke tangki penyimpanan.Skema

dari sistem pemompaan air photovoltaic DC surya ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 Blok diagram sistem pemompaan air PV dengan penyimpanan baterai

[1]

Pada penelitian pompa air bertenaga surya ini array terdiri dari susunan seri-paralel

unit modul panel PV. Susunan panel surya diletakkan pada atap gedung untuk

mendapatkan radiasi yang maksimal dari garis edar matahari.

2.2 PV Surya Untuk Kebutuhan Beban Dasar Pompa Air

Kebutuhan beban dasar system pv surya adalah dengan mengoperasikan pompa air

selama waktu pengisian tangki penampungan air hingga penuh.

Dengan memahami proses konversi energi dapat diketahui perhitungan kemampuan

PV surya menghasilkan daya output panel dengan memperhatikan parameter-

parameter faktor kinerja dan efisiensi sistem, seperti pada Tabel 1.

Tabel 1 Model pembangkitan tenaga dengan baterai [3]

Parameter Efisiensi atau Faktor SHS

𝐴 Efisiensi konversi dari PV (kotoran, suhu dll) 0.12-0.14

𝐵 Efisiensi pengisian baterai 0.80-0.90

𝐼 Efisiensi inverter 1

𝐾𝑃𝑉 Faktor rugi-rugi array PV 0.7-0.9

Array panel

PV

Inverter

DC/ACMotor induksi 1-fasa

Tangki air

baku

Bak kolam air

baku

Filter air Tangki air

bersih

Baterai

Ah, Vdc

Radiasi

Matahari

Energi Surya → Energy Listrik → Energy Mekanik

Kantin Karfati


P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

154

Parameter Efisiensi atau Faktor SHS

𝐾𝐵𝐶 Faktor kontrol dalam pengisian baterai 0.9

𝐾𝑃𝐴 Faktor rugi-rugi sirkuit

Rasio kinerja 0.90-0.95

K Rasio kinerja 0.60-0.70

Berdasarkan Tabel 1 dapat dirancang sistem pompa PV surya dengan bagaimana

mengetahui berapa jumlah panel pv dan kapasitas daya watt-peak per modul panel pv

yang dibutuhkan untuk memenuhi perkiraan beban harian dari pompa pv surya di

kantin Karfati.Selain parameter factor dan efisiensi panel juga perlu diperhatikan

spesifikasi elektrik dan fisik dari lembar panel pv dalam merancang sistem pompa pv

surya, seperti contoh pada Tabel 2.

Tabel 2 Spesifikasi panel surya 150 Wp

Spesifikasi Keterangan

Daya maksimum(Pmax) 150W

Tegangan pada Daya maksimum(Vmp) 17,6V

Arus pada Daya maksimum(Imp) 8.53A

Tegangan rangkaian terbuka (Voc) 22,6V

Arus Hubung Singkat(Isc) 9.01A

Temperature Sel kerja Nominal (NOCT) 45±2°C

Tegangan Sistem Maksimum 1000V

Sikring 11A

Berat 11Kg

Dimensi 1470x670x30mm

2.3.Inverter

Ukuran inverter harus dihitung sebagai total beban terhubung ke sistem panel PV.

Untuk beban arus bolak balik AC, konsumsi energi [Watt-jam] dihitung untuk setiap

alat, dan konsumsi daya total dari semua peralatan dijumlahkan pada saat kondisi kerja


155

mesin. Untuk daya nyata (VA) seperti yang ditunjukkan pada motor harus diubah

menjadi daya aktif dengan persamaan (1).

● 𝑃 = 𝑆 𝑐𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑠 𝜑

(1)

Dimana:

P adalah 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑎𝑘𝑡𝑖𝑓,[W]

S adalah daya semu, [VA]

● 𝑐𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑠 𝜑 adalah faktor daya saat motor kondisi berputar

●

● Untuk mesin pompa dengan daya Watt jika faktor daya saat di-asut adalah sama

dengan 0,3 maka kebutuhan daya nyata adalah, [PC. Sen]

𝑆𝑎𝑠𝑢𝑡 =𝑃

0,3= 3,33 𝑃 (2)

1.1. Baterai yang dibutuhkan

Baterai memiliki peran menyediakan cadangan daya pada hari hujan/mendung serta

peran memasok daya untuk beban di malam hari.Karena itu, baterai harus memiliki

kapasitas yang bisa memasok tenaga listrik meski cuaca hujan terus berlangsung

selama beberapa hari.Kapasitas baterai harus ditentukan dengan mengandalkan aspek

yaitu keandalan catu daya dan faktor ekonomi.

Kapasitas penyimpanan baterai untuk sistem PV dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan (3).

𝐵𝑘𝑊ℎ =𝐸𝑝∙𝑁𝑑∙𝑅𝐵

(𝐶𝐵𝐷∙𝑈𝐵∙𝛿𝐵𝐷) (3)

Dimana:

𝐵𝑘𝑊ℎ: Kapasitas baterai (kWh)

ELBd: Permintaan daya sehari (kWh/hari) daya tergantung pada baterai,(𝐸𝐿𝐵𝐷 =𝐸𝑃

𝐼)

𝑁𝑑: Jumlah hari tanpa sinar matahari kontinyu (3- 5)

𝑅𝐵: Desain margin baterai (1.0 - 1.3)

𝐶𝐵𝐷: Faktor degradasi (biasanya = 1.0)

𝑈𝐵: Kedalaman discharge yang tersedia (0,5 - 0,8)


P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

156

𝛿𝐵𝐷Rasio drop tegangan saat discharge

2.4 Motor yang dibutuhkan

Mesin pompa air pada sistem PV biasanya adalah motor DC. Motor DC ini

menggunakan output DC dari panel PV secara langsung. Tetapi umumnya pilihan

pompa air yang tersedia di pasaran domestic untuk berbagai jenis aplikasi serta ukuran

kapasitas daya adalah pompa ac. Sedangkan aplikasi jenis pompa DC ukuran dayanya

lebih terbatas dan pabrik pembuatannya tidak ada di dalam negeri. Motor dc jenis sikat

memerlukan perawatan dan penggantian secara berkala karena komutator dan kontak

sikat geser yang mudah aus.Selain itu sistem jaringan utilitas adalah listrik ac oleh

karenanya pengoperasian motor dc diperlukan penyearah dari ac ke dc sehingga

pilihan motor dc menjadi lebih mahal.

Saat ini, motor induksi yang digerakkan dengan inverter kecepatan-variable adalah

motor standar untuk aplikasi pemompaan air tenaga surya. Hal ini karena motor ac

lebih simpel, lebih murah, dan mudah perawatannya serta lebih kuat dan andal

dibandingkan dengan motor DC (Vitorino, De Rossiter Corrêa, Jacobina, & Lima,

2011).

2.5 Tangki Penampungan Air yang Dibutuhkan dan Unit Filter Air

Untuk mendapatkan air bersih dari air baku dengan memanfaatkan filter komersil

disediakan dua tangki air masing-masing memiliki kapasitas 250 liter. Tangki pertama

(atau 1) berfungsi sebagai tangki penyimpanan sementara air baku yang dipompa dari

kolam penampungan air pam dan tangki kedua (2) untuk menyimpan air bersih hasil

filtrasi. Untuk mencukupi kebutuhan air bersih harian kantin Karfati maka kedua

tangki air ini harus selalu dalam kondisi penuh terisi air.Tangki-tangki ini cukup besar

menampung lebih banyak volume air yang diperlukan mengingat desain sistem baru

dibangun dari belum ada serta mengantisipasi kebutuhan masa depan.

Perkiraan jumlah air yang dipompa setiap hari didasarkan dari hasil akumulasi

kebutuhan air setiap kiosk dikalikan dengan jumlah kiosk yang beroperasi di kantin

Karfati.Dari sini dapat ditentukan jumlah total air yang perlu dipompa adalah sekitar


157

1000 liter/hari. Dalam perkiraan jadwal air, pompa akan bekerja selama 1 - 2 jam setiap

hari dalam dua tahapan kerja yaitu tahap pengisian tangki 1 dan tahap filtrasi dan

pengisian tangki 2. Pada tahap pertama air pam dari kolam penyimpanan didorong

dengan pompa air menuju tangki 1 yang membutuhkan waktu 18 menit.Kemudian,

pompa dimatikan secara otomatis ketika tangki 1 terisi penuh.Pada tahap dua adalah

tahapan filterisasi, air baku dari tangki 1 dialirkan secara gravitasi melewati filter air

untuk mendapatkan air bersih yang kemudian hasil filterisasi air seluruhnya ditampung

di tangki 2. Ketika tangki 2 telah penuh terisi selanjutnya pompa dinyalakan kembali

untuk mengangkat air baku dan mengisi hingga penuh tangki 1, demikian seterusnya

tahapan filterisasi dan pengisian kembali dilaksanakan secara berulang.

Setiap awal hari tangki 1 dan tangki 2 masing-masing berisi air baku dan air bersih

sebanyak 250 liter. Air Bersih dari tangki 2 ini siap disalurkan melalui pipa ke kiosk

kantin untuk persiapan memasak dan mencuci bahan-bahan makanan dan peralatan

memasak.Pada waktu tertentu, jumlah air bersih yang dibutuhkan kantin minimum

yaitu pada sore dan malam hari atau hari libur.Pada saat itu, tangki-tangki berada pada

volume maksimum dan atau dilakukan pengurasan tangki untuk menjaga kebersihan

tangki dan kesehatan air bersih di kantin Karfati.

2.6 Hari Otonomi (Nd)

"Otonomi hari" adalah jumlah hari berawan atau hujan yang terus-menerus ketika

tingkat iradiasi tidak mencukupi untuk memberikan tingkat radiasi yang memadai ke

panel dalam sistem fotovoltaik surya, maka tingkat pengisian daya tidak cukup untuk

memberikan tenaga bagi permintaan selama periode tersebut.

3 Hasil dan Pembahasan

Lokasi penelitian Instalasi penjernihan air pv surya berdasarkan pada data

penyinaran matahari dengan software Sunearthtool pada tanggal 20 Juli 2017

diketahui bahwa lokasi pv surya berada pada koordinat Meridian / Greenwich Time

Mean +7, elevasi 59,340, azimuth, 331,250, lintang selatan 61681794, dan bujur timur

106,79146530.


P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

158

3.1 Peta Lokasi Penelitian

Lokasi penelitian berada di bagian selatan khatulistiwa ini menyebabkan panel pv

surya harus dipasang menghadap utara untuk menangkap jumlah energy matahari yang

optimal sepanjang hari.Untuk gambar teknik denah terlampir seperti Gambar 2.

=Inverter

Baterai

Toren 1

Toren 2

Kabel ac 1-fasa, 50 m

Kabel dc, 50 m

Pipa air baku 0.5 inc, 50 m

Pipa air baku 0.5 inc,

30 m

Lantai 2

Lantai 1

Lantai 3

Lantai 8

Atap Gedung E

Bak penampungan

air baku Gd. E

Note :

Toren 1 tangki berisi air baku

Toren 2 tangki berisi air bersih hasil filterisasi air baku

Filter air

Mesin pompa air

ac 125 W, 220V

MCB

Pipa air bersih 0.5 inc, 9,420 m

Gambar 2 Skema sistem pemompaan air pv surya atap Gedung E

3.2 Kapasitas Energi Matahari Yang Tersedia

Untuk mendesain sistem pompa air bertenaga surya, perlu dihitung energi matahari

yang tersedia.Satuan data iradiasi yang digunakan untuk perancangan sistem PV harus

dikonversi menjadi kWh/m2/hari. Umumnya data iradiasi minimum digunakan untuk

memperkirakan secara konservatif energi yang tersedia dari matahari.Rata-rata iradiasi


159

rata-rata bulanan digunakan untuk menghitung kapasitas susunan dan baterai PV untuk

memastikan catu daya yang stabil sepanjang tahun.Data radiasi matahari untuk

wilayah Jakarta berdasarkan NASA Surface Meteorology and Surya Energy dengan

posisi lokasi pada Lokasi garis lintang utara - 6.3520 dan bujur timur 106,8930 selama

dua belas bulan diperoleh adalah 4,76 kWh/m2/hari. Berdasarkan nilai rata-rata

tahunan untuk lokasi adalah 4,76 kWh/m2/hari dan ini digunakan dalam desain sistem

suplai pemompaan tenaga surya.

3.3 Kapasitas Tangki Penampungan Air yang Dibutuhkan dan Filter

Perkiraan jumlah air yang dipompa setiap hari adalah sekitar 1000 liter.Ini

didasarkan pada perkiraan bahwa setiap kiosk kantin membutuhkan 80 – 100 liter air

sehari, dikalikan dengan total 10 kiosk makanan dan minuman. Dalam perkiraan

jadwal air, pompa akan bekerja selama 1 - 3 jam setiap hari dalam dua tahapan kerja

yaitu tahap pengisian tangki 1 waktu yang dibutuhkan mesin pompa air adalah 18

menit dan tahap filterisasi air dan menampungnya ke tangki 2 hingga penuh waktu

yang dibutuhkan adalah 12 menit. Pada tahapan pertama, pompa mengisi tangki 1,

penyimpan sementara air baku, dengan air pam hingga penuh. Kemudian, pompa

dimatikan secara otomatis ketika tangki 1 terisi penuh. Pada tahap dua adalah tahapan

filterisasi, air baku dari tangki 1 dialirkan secara gravitasi melewati filter air untuk

mendapatkan air bersih yang kemudian hasil filterisasi air seluruhnya ditampung di

tangki 2. Ketika tangki 2 telah penuh terisi selanjutnya pompa dinyalakan kembali

untuk mengangkat air baku dan mengisi hingga penuh tangki 1, demikian seterusnya

tahapan filterisasi dan pengisian kembali dilaksanakan secara berulang.

Selain pencatatan hasil parameter kinerja sistem kelistrikan penjernihan air baku

tenaga pv surya atap juga didapat kinerja unit filter air yaitu lama waktu filtrasi air

baku dari tangki 1 secara gravitasi melalui filter ke tangki 2 adalah selama 12 menit.

Dengan demikian, untuk memfiltrasi air baku dengan volume 250 liter dibutuhkan

waktu 12 menit, atau laju volume filtrasi adalah 41,67 liter per menit. Dengan

demikian, waktu yang dibutuhkan filter untuk menjernihkan air baku 1000 liter per

hari adalah 48 menit.


P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

160

3.4 Desain Sistem Pompa Air Tenaga PV Surya Atap

Pada penelitian ini array terdiri dari susunan paralel dua unit modul panel PV.

Array diletakkan pada atap lantai 8 Gedung E untuk mendapatkan radiasi yang

maksimal dari garisedar matahari, seperti pada Gambar 19. Array ini terdiri dari dua

modul masing-masing 150 Wp, 12V DC dimana terminal-terminal 2 unit modul

dihubungkan paralel melalui kabel MC4 untuk menghasilkan sistem listrik 12 Volt

dc. Untuk memparalelkan terminal positif dan negative diantara dua modul pv

digunakan 2 unit joint kit MC 4, seperti terlihat Gambar 3.

(a)

(b)

Gambar 3 (a) Instalasi Array 2 unit modul pv, (b) Hubungan Paralel Terminal 2

Modul PV dan 2 Unit Joint Kit MC 4 [icasolar]

3.5 Kapasitas Inverter yang diperlukan

Array panel surya dihubungkan melalui kabel dc ke inverter dan baterai di lantai 3

sepanjang 50 meter. Kabel dc terdiri dari konduktor tembaga 2 x 6 mm2, jenis kabel


161

PV outdoor yang tahan terhadap cuaca. Kapasitas output inverter dc – ac adalah 500

VA, 220 V, 50 Hz, dan 1 unit baterai 100 Ah, 12V dc, seperti terlihat Gambar 4.

(a)

(b)

Gambar 4 (a) Instalasi perangkat inverter dan baterai, (b) Diagram Pengkabelan

Sistem Off-Grid Cerdas [icasolar]

Selanjutnya, inverter dan baterai dihubungkan dengan kabel ac NYA 1 x 6 mm2

hitam (negative) dan 1 x 6 mm2 merah (positif) sepanjang 1 meter.

3.6 Kapasitas Baterai yang Dibutuhkan

Dalam menentukan kapasitas baterai system pompa pv surya adalah dengan

menghitung berapa energi per hari yang dibutuhkan untuk 10 kiosk kantin Karfati. Jika

kebutuhan air setiap kiosk 100 liter maka jumlah air bersih total untuk kantin adalah

1000 liter per hari. Mesin pompa air 135 Watt mampu mengangkat air dari kolam

penampungan dan mengisi penuh tangki air kapasitas 250 liter selama waktu 18 menit.

Jadi kebutuhan energy pompa untuk mengisi dua tangki selama dua periode waktu


P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

162

pengisian air baku dan dua periode waktu filtrasi air adalah 18 menit dikalikan dengan

empat periode waktu sama dengan 72 menit yaitu 135W x 1,2 jam atau 162 watt-jam.

Dengan persamaan () ditentukan kapasitas baterai, jika diketahui permintaan energy

beban untuk mengoperasikan mesin pompa air, EL = 162 Watt-jam/hari [Ep = EL] dan

dipilih parameter factor dan efisiensi diantaranya adalah: 𝐼 = 0,9 ; 𝑁𝑑= 3; 𝑅𝐵 = 1.0;

𝐶𝐵𝐷 = 1.0; 𝑈𝐵 = 0.5 dan 𝛿𝐵𝐷: 1.0

Maka, 𝐵𝑊ℎ =𝐸𝑝∙𝑁𝑑∙𝑅𝐵

(𝐶𝐵𝐷∙𝑈𝐵∙𝛿𝐵𝐷)=

162×3×1

(1×0.5×1)= 972 𝑊ℎ.

Berarti, kapasitas baterai yang dibutuhkan adalah 972 Wh. Jika tegangan baterai 12 V

maka kapasitas arus adalah 𝐼𝑉𝐴−ℎ =972

12= 81𝐴. Dengan demikian, dipilih kapasitas

baterai yang tersedia di pasaran adalah 100 Ah, 12 V dc.

3.7 Kapasitas Motor yang Dibutuhkan

Dari terminal output ac inverter ditarik kabel NYM 2 x 2,5 mm2 sepanjang 1 meter

ke stop kontak. Dari stop kontak pada lantai 3 ini dihubungkan ke mesin pompa air

menggunakan kabel NYM 2 x 1,5 mm2 sepanjang 36 meter dan dipisahkan melalui

MCB, 4 Ampere, 220 Volt yang terdapat di ruang instalasi kabel lantai dasar gedung

E, seperti pada Gambar 5 a) dan b).

(a) (b)

Gambar 5 (a) Instalasi mesin pompa air, dan (b)MCB 1-fasa.

Pompa air yang dipilih untuk ukuran dan tipenya adalah pompa air listrik

otomatis sumur dangkal Shimizu PS135E, 1 fasa, 220 V, 50 Hz, 1,3 A, 2900 ppm, arus


163

start 4 kali arus nominal. Jenis pendorongnya adalah pompa sentrifugal dengan motor

ac dirancang untuk digunakan dalam sistem pengiriman air menggunakan pipa paralon

dengan laju aliran hingga 28 liter/menit dan daya dorong maksimum 9.0 m,

temperature air maksimum 400C. Dilengkapi fitur elektrik dan mekanik dengan

kapasitor 8 mikro-F/450V, saklar tekanan on-off 1,1-1,8 kgf/cm3 , dan proteksi termal.

Output harian tipikal adalah antara 1000 liter. Konsumsi daya maksimum terukur

adalah 150W dan kebutuhan dayanya hanya 135W [2].

Dari Gambar 2 diketahui bahwa kolam air baku yang berada di halaman

belakang Gedung E mendapatkan suplai air baku dari pipa PAM yang dilanggan oleh

pihak universitas.

Gambar 6 Bagian penutup kolam penampungan air baku dari PAM

Dimensi kolam penampungan air baku adalah panjang 4,35 meter, lebar 2,14

meter dan ditanam pada kedalaman 2,92 meter di bawah tanah. Untuk menaikkan air

baku dari kolam penampungan ke intake mesin pompa air ac digunakan pipa air 0,5

inchi sepanjang 9 meter, dari output pompa kemudian air baku didorong ke tangki 1

di lantai 3 menggunakan pipa sepanjang 14 meter, seperti pada Gambar 7.

(a) (b)

Gambar 7 (a) Pemipaan tangki 1 penyimpanan air baku di lantai 3, (b) Pemipaan

unit Filter dan tangki 2 penyimpanan air bersih di lantai 2 gedung E


P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

164

Proses filterisasi air dilakukan dengan mengalirkan air baku dari tangki 1 ke filter,

seperti pada Gambar 7 (a), Air diturunkan secara gravitasi dengan pipa sepanjang 8

meter, kemudian air yang keluar dari filter dialirkan ke tangki 2 melalui pipa ukuran

0,5 inchi sepanjang 0,84 meter, seperti pada Gambar 7 (b). Akhirnya dari tangki 2 air

bersih siap disalurkan secara gravitasi ke kantin melalui pipa 0,5 inchi sepanjang 9,42

meter.

Untuk mencegah luberan air bersih di tangki 2 perlu dirancang perangkat buka-

tutup saluran pengisian air bersih pada tangki 2 dengan menggunakan

pelampung pembatas permukaan air, seperti pada Gambar 8.

Pipa pengisian air bersih

Pelampung pembatas

Gambar 8 Sistem pengaturan air bersih tangki 2 dengan pelampung pembatas

permukaan air.

Bila air bersih di tangki 2 penuh, pelampung akan bekerja mendorong katup/klep untuk

menutup aliran air bersih dari atas turun ke bawah mengisi tangki 2. Bila air bersih di

tangki 2 berkurang, pelampung turun membuka katup dan menurunkan/mengalirkan

air dari tangki 1 melalui filter air.

3.8 Kinerja Sistem Pompa Air Tenaga PV Surya Atap dan Penjernihan Air

Untuk mengangkat air dari kolam penampungan dan mengisi penuh tangki

penampungan air dengan kapasitas 250 liter, waktu yang dibutuhkan mesin pompa air

adalah 18 menit. Dengan demikian, kemampuan mesin pompa air adalah 13,89 liter

per menit. Selama periode pengisian tangki air oleh mesin pompa air dilakukan

pencatatan yang tertera pada alat instrumen pengukur besaran listrik inverter dan


165

kondisi lingkungan sekitar instalasi penjernihan air PAM tenaga panel surya atap,

menunjukkan hasil seperti pada Tabel 3.

Tabel 3 Hasil pengukuran kinerja sistem penjernihan air PAM tenaga panel surya

atap

No. Pinput

inverter

(Watt)

Pout

Inverter

(% dari

500VA)

Voutput

inverter

(Volt-ac)

Vbaterai

(Volt-

dc)

Temperatur

e

( 0C)

1. 140 56 219 12 40

Dimana :

Pinput inverter: adalah daya input dari PV ke inverter

Pout Inverter: adalah daya output dari 2 unit PV – inverter yang disuplai ke motor

pompa airdan rugi-rugi instalasi listrik

Voutput inverter: adalah tegangan output inverter saat menyuplai mesin pompa air

Vbaterai: adalah tegangan terminal baterai saat pembebanan oleh pompa air

Berdasarkan data Tabel 2 dapat diketahui kinerja dua unit pv surya dalam proses

konversi energy listrik dari energy surya. Dari pembacaan pada fitur pengukuran unit

inverter diketahui bahwa daya yang dipasok array pv ke inverter adalah 140 Watt

sedangkan daya output inverter (termasuk rugi-rugi inverter) yang dikirim ke mesin

pompa sebesar 0,56 x 500VA pada faktor daya 0,65 adalah 0,56 × 0,65 × 500 𝑉𝐴 =

196𝑤𝑎𝑡𝑡.

4 Kesimpulan

1. Output sistem pompa solar sangat tergantung pada desain sistem yang baik

yang berasal dari pemilihan lokasi yang akurat dan data permintaan kebutuhan

air bersih konsumen. Oleh karena itu penting untuk membuat asumsi yang

akurat mengenai permintaan/pola konsumsi air dan ketersediaan air termasuk

ketersediaan air baku di bak penampungan air pam.

2. Dengan pompa surya dan variasi harian dalam pembangkit listrik tenaga surya

mengharuskan penyimpanan surplus air yang dipompa pada hari-hari cerah

untuk digunakan pada hari-hari berawan.Hal ini karena energi surya perlu


P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

166

disediakan baik selain dalam bentuk listrik pada baterai atau air yang

dipompakan dalam tangki penyimpanan.

3. Pada sistem pemompaan tenaga PV surya dapat memanfaatkan keuntungan

pemakaian baterai. Keuntungan baterai bisa berfungsi juga sebagai stabilisator

tegangan yang andal karena mampu menjaga tegangan system 12 volt, atau

pada range tegangan antara 9 – 15 volt. Baterai sebagai, misalnya stabilisator

tegangan, yaitu dimana variasi tegangan bisa dimanfaatkan juga sekaligus

sebagai pembatas pemakaian daya. Hasilnya Peralatan listrik bisa tetap

beroperasi sesuai dengan rating daya dan lebih efisien serta masa pakainya

lebih panjang.

4. Modul surya dijamin untuk berproduksi selama 20-25 tahun.Kolam

penampungan air baku dengan konstruksi beton mampu bertahan lebih dari 30

tahun.Umur pakai yang diharapkan dari rangkaian kendali adalah 5-10 tahun

dan konverter listrik adalah 10-12 tahun. Umur pompa dapat bervariasi dari 5

- 10 tahun (dan banyak yang dirancang untuk dapat diperbaiki di lapangan).

Tangki air Polyethylene adalah 10–15 tahun. Selain kerusakan pada pompa

atau perangkat kendali, satu-satunya perawatan yang biasanya diperlukan

adalah membersihkan modul surya setiap 2-4 minggu. Tugas ini jelas dapat

dilakukan dengan mudah dan murah oleh pekerja lokal yang tidak perlu

memiliki keterampilan khusus.

5. Berdasarkan perkiraan jadwal air, pompa bekerja selama 1 - 2 jam per hari

dalam dua tahapan kerja yaitu tahap pengisian tangki 1 waktu yang dibutuhkan

mesin pompa air adalah 18 menit dan tahap filterisasi air untuk mendapatkan

air bersih dan sekaligus menampungnya ke tangki 2 hingga penuh untuk

menghasilkan 1000 liter per hari di kantin Karfati.

6. Setiap awal hari tangki 1 berisi air baku dan tangki 2 berisi air bersih masing-

masing sebanyak 250 liter; air bersih diambil langsung dari keran melalui

saluran pemipaan. Pada titik tertentu, jumlah air bersih yang dibutuhkan kantin

minimum ketika sore atau malam hari atau hari-hari libur. Ketika ini terjadi,

tangki-tangki berada pada volume maksimum saat itu.


167

7. Untuk memompa air dan mengisi penuh tangki penampungan air dengan

kapasitas 250 liter, waktu yang dibutuhkan mesin pompa air adalah 18 menit.

Dengan demikian, kemampuan mesin pompa air adalah 27,77 liter per menit.

Kinerja unit filter air yaitu lama waktu filtrasi air baku dari tangki 1 secara

gravitasi melalui filter ke tangki 2 adalah selama 12 menit. Dengan demikian,

untuk memfiltrasi air baku dengan volume 250 liter dibutuhkan waktu 12

menit, atau laju volume filtrasi adalah 41,67 liter per menit.

8. Jenis motor ac yang paling sederhana dan murah adalah motor induksi sangkar

tupai 135 Watt, 220 Volt, 50 Hz yang digunakan untuk aplikasi pv surya.

9. Baterai memiliki peran menyediakan cadangan daya pada hari hujan /

mendung serta peran memasok daya untuk beban di malam hari. Karena itu,

baterai harus memiliki kapasitas yang bisa memasok tenaga listrik meski cuaca

hujan terus berlangsung selama beberapa hari. Kapasitas baterai harus

ditentukan dengan mengandalkan aspek yaitu keandalan catu daya dan faktor

ekonomi.Kapasitas baterai yang dibutuhkan adalah 100 Ah, 12 Vdc

10. inverter (termasuk rugi-rugi inverter) yang dikirim ke mesin pompa sebesar

0,56 x 500VA pada faktor daya 0,65 adalah 0,56 × 0,65 × 500 𝑉𝐴 =

196𝑤𝑎𝑡𝑡.

Daftar Pustaka

[1]. S.S. Chandel, M. Nagaraju Naik, Rahul Chandel, Review of solar photovoltaic

water pumping system technology for irrigation and community drinking water

supplies, http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2015.04.0831364-0321/&2015 Elsevier

Ltd. All rights reserved

[2]. International Journal of Computer and Electrical Engineering, Vol.4, No.2, April

2012, Application of Solar Powered Automatic Water Pumping, in Turkey, Mahir

DURSUN and Semih OZDEN

[3]. NSW Office of Environment and Heritage, Solar-powered pumping in

agriculture: A guide to system selection and design, ISBN: 978-0-9942464-1-7,

August 2014.

[4]. DEPARTMENT OF ENERGY RENEWABLE ENERGY MANAGEMENT

BUREAU, GUIDELINE for Application of Photovoltaic Power Generation

System, Japan International Cooperation Agency (JICA). June 2009.

http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2015.04.0831364-0321/&


P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

168

[5]. Evangelia Gkeredaki, Autonomous Photovoltaic-Powered Reverse Osmosis For

Remote Coastal Areas, Master Of Science In Sustainable Energy Technology,

Sanitary Engineering Section, Department Of Water Management Faculty Of

Civil Engineering And Geosciences Delft University Of Technology, Delft, June

2011.

[6]. ICA Solar, Presentasi Sistem PLTS di Trisakti, Jakarta, 22 November 2017

[7]. Vera Irene Martina Riani, “Perencanaan Konsentrator Surya Untuk Fotovoltaik

360 Wp Pada Jendela Ruang Sidang Lantai 2 Gedung E Universitas Trisakti“,

Tugas Akhir Sarjana S1. Universitas Trisakti, Jakarta, 2017.

[8]. Wan Muhammad Fauzi, “Perencanaan PLTS Hibrid PLN Dalam Melayani Beban

Penerangan Workshop Dalam Bentuk Purwarupa”, Tugas Akhir Sarjana S1.

Universitas Trisakti, Jakarta, 2017.

[9]. Akihiro Oi DESIGN AND SIMULATION OF PHOTOVOLTAIC WATER

PUMPING SYSTEM, A Thesis Presented to the Faculty of California Polytechnic

State University, San Luis Obispo, September 2005.

[10]. S. Abouda, F. Nollet, A. Chaari, N. Essounbouli, Y. Koubaa, Direct Torque

Control - DTC of Induction Motor Used for Piloting a Centrifugal Pump Supplied

by a Photovoltaic Generator, World Academy of Science, Engineering and

Technology, International Journal of Electrical, Computer, Energetic, Electronic

and Communication Engineering Vol:7, No:8, 2013

[11]. Waqas Hassan, Farrukh Kamran, A hybrid PV/utility powered

irrigation water pumping system for rural agricultural areas, ELECTRICAL &

ELECTRONIC ENGINEERING | RESEARCH ARTICLE, Cogent Engineering

(2018), 5: 1466383.

Documents

Aplikasi Sistem Pompa Air Tenaga PV Surya Atap 2x150 Wp