KONSEP DASAR SISTEM PERANCANGAN PEMAFAATAN SOLAR CELL SEBAGAI SUMBER ENERGI UNTUK ALAT PERLINDUNGAN HAMA 1
Gito Beri Prabu Mulya, S.T1*, Ir. NH Kresna, M.T.1, Ir. Yani Ridal, M.T1 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta E-mail:
[email protected]
ABSTRAK Solar cell adalah sebuah alat modul yang dapat mengkoversikan energi cahaya matahari menjadi listrik. Dalam perkembangan teknologi solar cell telah digunakan sebagai energi alternatif yang ramah lingkungan. Salah satunya yang bisa diterapkan pada perancangan pemafaatan solar sell sebagai sumber energi untuk alat perlindungan hama pertanian. Alat ini digunakan untuk mencegah hama yang aktivitas hidupnya dapat menyebabkan kerugian secara ekonomis bagi manusia akibat kehilangan hasil pada tanaman yang sengaja dibudidayakan. Pada zaman moderen ini kita bisa memakai teknologi untuk merancang sesuatu alat yang ramah lingkungan sebagai pengusir hama, hama di sini salah satunya ialah hama babi dan kera. Alat ini mengunakan mikrokontroler ATMmega8 sebagai otak dari sistem pengendalinya dengan memakai solar cell 20WP untuk penyerap matahari energi alat yang akan disimpan pada accu. Sistem alat ini bekerja apabila kawat sebagai sensor yang dipasang di tepi sawah tersentuh oleh hama, maka kawat tadi mengirim sinyal ke mikrokontroler lalu memerintahkan buzzer berbunyi untuk megusir hama yang akan masuk ke sawah. Kata Kunci : Sumber energi solar cell 20WP, Alat perlindungan hama pertanian. 1. PENDAHULUAN
binatang yang dianggap dapat mengganggu atau
1.1 Latar Belakang
merusak
tanaman
dengan
memakan
bagian
Gangguan hama pada tanaman merupakan
tanaman yang disukainya. Pada pengendalian
salah satu kendala yang cukup rumit dalam usaha
hama secara biologi, kimiawi, mekanis dapat
pertanian. Keberadaan hama merupakan faktor
dilakukan secara terpadu, yaitu memadukan cara
yang dapat menghambat pertumbuhan tanaman
biologis, kimiawi, mekanis, secara berimbang.
dan pembentukan hasil. Serangan pada tanaman
Pengendalian secara terpadu ini dikenal dengan
bisa datang secara mendadak dan dapat bersifat
nama
eksplosif (meluas), sehingga bisa merusak tanaman
Pengendalian hama terpadu sangat baik dilakukan
dalam waktu yang relatif singkat bahkan bisa
karena dapat memberikan dampak positif, dari segi
menyebabkan gagal panen.Pemberantasan hama
pengendalian hama maupun terhadap lingkungan.
secara total tidak mungkin dapat dilakukan karena
Pengendalian hama secara kimiawi memang lebih
perkembangannya yang sangat cepat dan sulit
efektif dibandingkan dengan pengendalian secara
dikontrol.
biologis
pengendalian
maupun
hama
secara
terpadu
mekanis.
(PHT).
Tetapi
Serangan hama dapat dikurangi apabila
pengendalian hama secara kimiawi ini bisa
dilakukan pengamatan yang cukup baik mulai dari
menimbulkan efek samping terhadap lingkungan,
penanaman
Untuk
yakni pencemaran lingkungan yang berdampak
mengurangi jumlah hama yang merusak hasil
terhadap unsur-unsur biologis, yaitu musnahnya
panen, kita bisa mencari solusi dari cara manual ke
organisme lain yang bukan sasaran, misalnya
teknologi yang lebih canggih. Hama adalah
hewan-hewan predator atau hewan-hewan yang
sampai
waktu
panen.
dapat
membantu
penyerbukan.
Konsep
2. TINJAUAN PUSTAKA
pengendalian hama terpadu lebih efektif dan
Pada penelitian ini penulis mencari acuan materi
efisien, serta memberikan dampak negatif yang
buku dan pada riset-riset sebelumnya, seperti yang
sekecil mungkin terhadap lingkungan hidup. Oleh
tercantum dibawah ini :
karena itu perlu didukung dengan teknologi ramah
1. Ricky Ardi Yosua Sidauruk, (2011).
lingkungan, yang bisa memberikan Keuntungan
“Implementasi mikrokontroler ATMega8535
lain dari penerapan konsep pengendalian hama.
berbasis sensor ultrasonic untuk proteksi
Konsep ini harus didukung dari teknologi yang
keamanan terpadu”. Menjelaskan tentang
berfungsi untuk membantu petani dalam kegiatan
pentingnya keamanan yang efektif dan efesien.
pertanian dan perkebunan supaya terhindar dari
Maka
hama dan hemat biaya.
diaplikasikan
1.2 Tujuan Penelitian
semakin tingginya tingkat kejahatan saat ini
mikrokontroler
ATMega8535
sebagai
keamanan.
yang Kerena
Tujuan yang ingin dicapai dalam pembuatan
terutama pencurian dan perampokan di saat
skripsi
rumah kosong ditingakan pehuninya.
ini
adalah
untuk
merencanakan,
merancang dan membuat alat perlindungan
2. M. Helmi F. A. P, (2007). “Pemafaatan
hama pertanian sebagai upaya pemberantasan
energi
hama
sebagai
babi
dan
kera
dalam
pertanian.
matahari
mengunakan
altenative
untuk
solar
cell
mengerakan
Diharapkan alat yang dirancang ini dapat
konveyor”. Membahas tentang energi surya
berguna dan dapat diterapkan didalam suatu
sebagai
aplikasi yang nyata.
ketersediannya
1.3 Batasan Masalah
sumber
energi tidak
terbarukan tebatas.
yang Untuk
mendapatkan energi listrik yang berasal dari
Agar ruang lingkup permasalahan tidak
matahari diperlukan panel surya sehingga
terlalu luas dan mengambang maka penulis
energi cahaya dari matahari dapat berubah
membuat batasan-batasan masalah sebagai berikut
menjadi energi listrik.
:
3. 1.
2.
3.
4.
Ades
Lora
Pratama,
(2013).
cahaya
matahari
Perancangan alat ini mengunakan
“Perancangan
penjejak
solar cell sebagai sumber energi untuk
berbasis
alat.
optimalisasi daya keluaran solar cell”. Dalam
Pengukuran meliputi arus, tegangan
penelitian
DC pada alat dan mengukur tingkat
pengoptilisasian
kebisingan pada buzzer.
menyentuh permukaan solar cell dengan
Perancangan alat perlindungan hama
memafaatkan sensor light dependent resistor
pertanian berbasis mikrokontroler.
(LDR) untuk mendeteksi datangnya sinar
Rancangan alat ini untuk hama babi
matahari.
dan kera.
4. Asep Mubarok, (2005). “pendeteksi rotasi
mikrokontroler
mengunakan
ini
sebagai
membahas sinar
matahari
gyroscope
upaya
tentang yang
berbasis
mikrokontroler ATMega8535”. Menjelaskan
2
dalam
suatu
sistim
navigasi
dibutuhkan
4. Perencanaan perangkat keras dan
ketepatan dalam penentuan keberadaan dan
perangkat lunak
pengerakan suatu benda. Salah satu yang penting
dalam
pendeteksi rotasi.
sistim
navigasi
Sensor
adalah
gyroscope
fisik
pada
benda
melakukan
dimulai
dari
perencanaan
perancangan
komponen dan software
memiliki kelebiahan yaitu tidak menyentuh dengan
Penulis
serta
yang akan
dipakai, perancangan kontruksi dan
bergerak.
rangkaian pendukung lainnya.
ATMega8535 untuk mendeteksi sudut rotasi 5. Pembuatan perangkat keras dan
mengunakan gyroscope sebagai sensor.
perangkat lunak 3. METODOLOGI PENELITIAN
Setelah tahap perencanaan selesai,
Dalam penyusunan dan penulisan skripsi
maka alat mulai dibuat sesuai dengan
ini penulis melakukan identifikasi masalah hama
hasil
pada petani, pengumpulan bahan dan materi dari
perangkat lain yang meliputi tampilan
berbagai sumber, serta diskusi dan bimbingan
bentuk.
perancangan.
Begitu
juga
sehingga menunjang proses perancangan serta 6. Pengujian alat
realisasi secara baik. Untuk lebih
jelasnya
Dalam tahap ini alat akan diuji apakah
urutan metode
sesuai
penelitian alat ini adalah sebagai berikut :
dengan
kriteria
yang
kesimpulan
dan
dikehendaki. 1. Identifikasi masalah. 7. Pengambilan 2. pengumpulan data Penulis
penulisan laporan
mempelajari prinsip
kerja
Pengambilan kesimpulan berdasarkan
Perancangan pemafaatan solar cell
pada hasil pengujian sistem yang telah
sebagai sumber energi untuk alat
dilakukan pada alat yang dibuat.
perlindungan hama pertanian, cara kerja, dan
pengoperasian, pemograman
pengendalian
serta
4.
HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
Setelah sistem ini di perlu dilakukan
teori-teori
berbagai pengujian untuk mengetahui cara
pendukung perancangan.
kerja perangkat dan menganalisa tingkat
3. Diskusi dan bimbingan
reabilitas, Penulis
mendapatkan
arahan
dan
bimbingan dari pembimbing serta diskusi dengan nara sumber lain yang memiliki pemahaman lebih mengenai perancangan alat ini.
kelemahan
dan
keterbatasan
spesifikasi fungsi dari aplikasi yang telah dibuat. Selain itu pengujian ini juga dilakukan untuk
mengetahui
tentang
bagaimana
pengkondisian sistem agar aplikasi ini dapat dipakai dengan optimal. 3
4.1.
Spesifikasi Pengujian Untuk mempermudah pengujian maka
terlebih
dahulu
dibuat
blok
diagaram
pengujian yaitu terlihat pada gambar 4.1. Gambar 4.2 Pengujian catu daya 12VDC
Gambar 4.3 Pengujian catu daya 5VDC
Hasil dari pengujian tegangan dari rangkaian catu daya, didapatkan keluaran seperti pada tabel 4.1 dan 4.2. Tabel 4.1 Hasil percobaan pengujian rangkaian catu daya 12VDC
Menit ke
Gambar 4.1 Blok diagram pengujian
4.1.1
Pengujian Catu Daya
1 2 3 4 5
Tegangan Yang
Hasil
Error
Pengukuran Persen
diinginkan
(Volt)
(E %)
12
11,75 11,74 11,74 11,74 11,74
2,08% 2,16% 2,16% 2,16% 2,16%
Pengujian dilakukan untuk melihat hasil tegangan yang keluar dari baterai yang dibutuhkan
Tabel 4.2 Hasil percobaan pengujian rangkaian catu
untuk kontroler dan buzzer. Untuk catu daya
daya 5VDC
12VDC mengunakan sumber dari baterai dan catu daya 5VDC mengunakan IC LM7805. Diharapkan
Menit
tegangan keluaran dapat menghasilkan tegangan
ke
yang stabil. Pengujian catu daya bisa dilihat pada gambar 4.2 s/d 4.3 dibawah ini :
1 2 3 4 5
Tegangan Yang
Hasil
Error
Pengukuran Persen
diinginkan
(Volt)
(E %)
5V
4,95 4,95 4,95 4,95 4,95
1% 1% 1% 1% 1% 4
8 10
9
Berdasarkan tabel 4.1 di atas untuk catu daya 12V didapat hasil error tegangan terbesar senilai (2,16%) hal ini terjadi kerena baterai
4,93
mengalami penurunan tegangan sebesar 11,74
GND
15 16 17 18 19
pada menit kedua sampai kelima. Pada tabel 4.2 untuk tegangan 5V didapat hasil error (1%). Toleransi ini masih bisa diabaikan kerena tidak
Gambar 4.5 Pengujian Port I/O B pada ATMega8
melebihi nilai toleransi (10%), sehingga catu daya
Adapun penjelasan dari gambar 4.5 diatas
ini masih bisa digunakan sebagai imput tegangan
sebagai berikut : langkah pertama yang akan kita
pada sistim ini.
lakukan adalah positif voltmeter diletakan pada
4.2.2
kaki pin 9 atmega8 sedangkan negatif voltmeter Pengujian Port I/O Mikrokontroller ATmega8
diletakan pada kaki pin 8 atmega8 yaitu pada GND
Pengukuran menggunakan multimeter
(ground). Sedangkan untuk melakukan pengujian
bertujuan untuk mengetahui nilai tegangan
pada kaki pin 10,15,16,17,18, dan 19 ulangi
pada
langkah seperti diatas.
masing-masing
port
pada
mikrokontroller.
8
1
Multimeter
4,93 VDC
GND
4,93
23 24 25 26 27 28
GND Pin 7
Pin 8
Mikrokontroler Atmega8
Gambar 4.4 Pengujian Port I/O pada ATMega8 dengan mengunakan multimeter
Adapun penjelasan dari gambar 4.4 diatas sebagai berikut : langkah pertama yang akan kita lakukan adalah positif vollmeter diletakan pada kaki 7 atmega8 yaitu VCC, sedangkan negatif voltmeter diletakan pada kaki 8 Atmega8 yaitu pada GND (ground). Dari hasil pengujian gambar 4.4 dapat
diketahui
dapat diketahui bahwa
Gambar 4.6 Pengujian Port I/O C pada ATMega8
Adapun penjelasan dari gambar 4.6 diatas sebagai berikut : langkah pertama yang akan kita lakukan adalah positif voltmeter diletakan pada kaki pin 1 atmega8 sedangkan negatif voltmeter diletakan pada kaki pin 8 atmega8 yaitu pada GND (ground). Sedangkan untuk melakukan pengujian pada kaki pin 23,24,25,26,27, dan 28 ulangi langkah seperti diatas.
tegangan kerja mikrokontroler atmega8 4,93 Volt DC.
5
13 12 11
6 5 4 3 2
pada tabel, sehingga dapat ditentukan tegangan rata port tersebut :
4.93
V
GND
Gambar 4.7 Pengujian Port I/O D pada ATMega8
Adapun penjelasan dari gambar 4.7 diatas sebagai berikut : langkah pertama yang akan kita
rata-rata
= V 1 V 2 ... Vn n
PortB 4,93 4,93 4,93 4,93 4,93 4,93 4,93 4,93 8 = 4,93 Volt
PortC
lakukan adalah positif voltmeter diletakan pada kaki pin 2 atmega8 sedangkan negatif voltmeter diletakan pada kaki pin 8 atmega8 yaitu pada GND (ground). Sedangkan untuk melakukan pengujian pada kaki pin 3,4,5,6,11,12 dan 13 ulangi langkah seperti diatas. Hasil pengujian port pada mikrokontroller ATmega8 dapat dilihat pada tabel 4.4 s/d tabel 4.6. Tabel 4.4 Hasil pengukuran Port I/O B
4,93 4,93 4,93 4,93 4,93 4,93 4,93 7 = 4,93 Volt PortD 4,93 4,93 4,93 4,93 4,93 4,93 4,93 4,93 8 = 4,93 Volt Setelah
dilakukan
perhitungan
sesuai
gambar rangkaian 4.5, 4.6, 4,7 diatas, maka di dapat disimpulkan hasil dari perhitungan tegangan rata-rata pada tabel 4.7. Tabel 4.7 Hasil perhitungan tegangan rata-rata pada port mikrokontroller
Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Port I/O C
Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Port I/O D
Port B
Port C
Port D
4,93 V
4,93 V
4,93 V
Berdasarkan tabel 4.7 di atas, dapat dijelaskan bahwa tegangan rata-rata dari masingmasing port pada mikrokontroler adalah 4,93 Volt. Bedasarkan datasheet range tegangan yang masuk dari sumber ke mikrokontroler sebesar 2,7 sampai
pengukuran
5,5 Volt DC. Seandainya diberi tegangan dibawah
menggunakan multimeter seperti yang tercatat
2,7 Volt maka mikrokontroler tersebut tidak akan
Berdasarkan
hasil
6
bekerja. Kalau tegangannya melebihi 5,5 Volt
Tabel 4.8 Hasil pengujian Automatic Charger
maka akan terjadi kerusakan atau panas pada mikrokontroler. Pengujian ini yang dilakukan pada mikrokontroler atmega8 dan nilai yang keluar hasilnya sebesar 4,93 Volt DC berada pada rating tegangan kerja mikrokontroler atmega8 (lampiran, datasheet atmega8)
Berdasarkan
tabel
hasil
pengujian
Automatic Charger tegangan input 20 Volt yang 4.4.3 Pengujian Rangkaian Automatic Charger Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui rangkaian automatic charger mampu mengisi baterai ketika baterai mencapai batas pengisian maksimal. Berikut ini pengujian automatic charger
berasal dari solar sell 20 WP yang dijemur pada cahaya matahari pada saat pengujian alat. Pada tegangan output charger benilai 13.21 Volt didapat dengan cara pengukuran kabel positif multimeter dihubungkan ke terminal positif automatic charger pada terminal charger dan kaki negatif multimeter
pada gambar 4.8.
dihubungkan ke terminal negatif automatic charger Solar cell 20 WP
pada terminal charger sedangkan untuk data 12,9 volt didapat dengan cara pengukuran kabel positif multimeter
Multimeter
dihubungkan
ke
terminal
positif
automatic charger yang terhubung ke baterai dan
Charger regulator
kaki negatif multimeter dihubungkan ke terminal Multimeter
GND
negatif automatic charger yang terhubung ke baterai.
Vdc=13,21 Accu 12 Vdc 3,5 Ah
Multimeter
4.4.4 Pengujian Pada Kawat Pada pengujian perancangan pemafaatan solar
GND
Vdc=12,3
cell sebagai sumber energi untuk alat pengusir hama pertanian ini, kita membutuhkan kawat
Gambar 4.8 Pengujian automatic charger
Pengujian dilakukan dengan memberikan sumber tegangan yang berasar dari solar cell yang selanjutnya dihubungkan kepada input charger. Lalu mengukur tegangan output terminal charger
sebagai sensor konvensional untuk mendeteksi hama yang masuk ke
ladang atau kesawah.
Adapun bentuk hubungan kawat pada alat seperti terlihat pada gambar gambar 4.9.
dan tegangan output yang terhubung ke baterai dengan mengunakan multimeter. Hasil pengujian rangkaian automatic charger terdapat pada tabel 4.8.
7
tingkat
kebisingan
buzzer
tersebut.
Bentuk
pengukuran bisa dilihat pada gambar 4.10.
Gambar 4.9 Kawat pada sawah (a) dan rangkaian pengendali sensor (b)
Pengujian
ini
sensor
konversional
memakai sebuah kawat yang diletakan pada prototipe sawah yang akan dihubungkan kepada alat. Adapun hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 4.9.
Gambar 4.10 Pengujian kebisingan suara dari buzzer
Pengujian ini sumber ke buzzer diturunkan beberapa tahap tegangan dengan mengunakan power supply variabel untuk mengetahui tingkat kebisingan kedua buah buzzer tersebut. Hasil
Tabel 4.9 Hasil pengujian sensor (Kawat)
pengujian dapat dilihat pada tabel 4.10. Tabel 4.10 Hasil pengujian intesitas bunyi
Pada tabel 4.9 kita bisa menganalisa sensor tersebut dengan menyentuh kawat. Apabila kawat disentuh maka buzzer berbunyi dan apabila kawat tidak tersentuh maka buzzer tidak berbunyi. 4.4.5 Pengujian intesitas bunyi Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui
Dari hasil pengujian intesitas bunyi pada
tingkat kebisingan buzzer dengan satuan dB
tabel 4.10 terlihat nilai kekuatan bunyi buzzer
dengan
dengan
sebesar 81dB, ini di akibatkan oleh tegangan yang
Untuk
masuk sebesar 4V. Pada saat tegangan 10V dan
mengetahui tingkat kebisingan suara dari buzzer,
12V buzzer mengeluarkan bunyi 92 dB, ini di
kita mengunakan suatu aplikasi di android yang
akibatkan
namanya Sound Meter. Aplikasi ini bisa membaca
maksimal
tegangan
mengunakan
power
berubah-ubah supply
variabel.
bazzer
telah
mengeluarkan
bunyi
tingkat kebisingan, sehingga kita bisa mengetahui
8
4.4.6 Pengujian tegangan dan arus pada saat pengisiaan baterai
5. KESIMPULAN Dari hasil perancanaan pemafaatan solar
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui seberapa lama solar cell 20 Wp mengisi baterai.
cell sebagai sumber energi untuk alat perlindungan hama pertanian maka dapat diambil beberapa kesimpulan dan pembahasan di antaranya adalah sebagai berikut : 1. Matahari adalah sumber daya yang berlimpah, maka kita bisa memafaatkan solar cell 20 Wp dengan tegangan 12 Volt DC sebagai sumber daya listrik untuk alat ini.
Gambar 4.11 Pengujian tegangan dan arus pada saat pengisiaan baterai
2. Dalam perencanaan ini kita memakai mikrokontroler Atmega8 sebagai
Pada pengujian ini dilakukan dalam siklus satu hari pada jam 08.00 WIB sampai baterai
pengontol alat ini 3. Maksimalnya daya yang mampu
penuh. Dengan mengamati tegangan dan arus pada
dihasilkan oleh modul solar cell sangat
saat pengisian baterai yang dihasilkan solar cell
bergantung dari besarnya intesitas cahaya
saat 10 menit sekali mengunakan multimeter.
matahari yang diterima oleh permukaan modul solar cell.
Tabel 4.11 Hasil tegangan dan arus pada saat pengisiaan baterai
4. .Alat ini memakai accu 12 volt DC dengan kapasitas 3,5 Ah sebagai penyimpan penyimpan sumber energi dari solar cell. 5. Dengan mengunakan 2 unit buzzer 12 Volt DC mendapatkan kekuatan 92 dB
6. Daftar Pustaka
Sebelum
pengisian
baterai,
tegangan
baterai pada pukul delapan sebesar 5,45 volt. Dan baterai terisi penuh pada pukul 09:10 dengan kapasitas baterai sebesar 12,03 Volt.
1. M. Helmi F. A. P , “Pemanfaatan Energi Matahari Menggunakan Solar Cell Sebagai Energi Alternatif Untuk Menggerakkan Konveyor” Teknik Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. 2007. 2. Widodo Wahyu, “Perancangan Sistem Hibrid Pembangkit Listrik Tenaga Surya Dengan Jala-Jala Listrik Pln Untuk Rumah Perkotaan” Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti. 2008. 3. Nasution Evikarimah, “Optimalisasi Alat Pengering Ikan Dengan Cahaya Matahari Dan Elemen Pemanas Mengunakan
9
4.
5.
6.
7.
8. 9. 10.
Mikrokontroler” Teknik Elektro Universitas Bung Hatta 2011. Ades Lora Pratama, “Perancangan Penjejak Cahaya Matahari Berbasis Mikrokontroler “ Universitas Bung Hatta 2013. Needle, Mchael., 1989, Teknologi Instalsi Listrik, Edisi Ketiga, Penerbit Erlanga, Jakarta. Jokartono, Sumis, 1987, Elektonika Praktis, Penerbit Pt. Elex Media Komputindo, Jakarta. Widyatmo, Arianto, Belajar Microprosesor-Microkontroler Melalui Komputer Pc, Elekmedia Komputindo, Jakarta 1999. Https://Www.Google.Co.Id/Search?Q=Pan el+Surya+50 Https://Www.Google.Co.Id/Search?Q=Mi krocontroler+Atmega8 Https://Www.Google.Co.Id/Search?Q=Ic+ Regulator+Lm+7805
10
