Laporan Enfita Energi Matahari

LAPORAN PRAKTIKUM ENERGI DAN ELEKTRIFIKASI PERTANIAN Diajukan untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Energi dan Elektrifikasi Pertanian Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Jember

Oleh: Nama NIM Kelas Acara Asisten

: Chairiyah Umi Rahayu : 171710201060 : TEP B : Energi Matahari : Muhammad Ilya Ulum Mudin

JURUSAN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS JEMBER 2019

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Kehidupan manusia saat ini tidak bisa dipisahkan dari adanya energi. Salah satu energi yang banyak digunakan saat ini adalah sumber energi yang berasal dari fosil. Sebagaimana diketahui bahwa energi yang berasal dari fosil membutuhkan waktu yang lama dalam pembentukannya. Hal tersebut menjadikan semakin langkanya sumber energi ini. Oleh karena itu, dibutuhkan sumber energi alternatif yang melimpah dan pembentukannya tidak membutuhkan waktu yang lama. Pemanfaatan energi matahari menjadi salah satu pilihan energi alternatif tersebut. Cahaya matahari merupakan, bentuk radiasi elektromagnetik. Matahari mengandung hidrogen yang dirubah menjadi helium dalam setiap waktu. Gaya gravitasi mencegah terjadinya termonuklir yang sangat besar. Dimana matahari bisa menjadi suatu energi, kemudian energi tersebut merupakan suatu energi yang besar dan berada didalamnya. Energi Surya adalah sumber energi yang tidak akan pernah habis ketersediaannya dan energi ini juga dapat di manfaatkan sebagai energi alternatif yang akan di ubah menjadi energi listrik, dengan menggunakan sel surya. Solar cell merupakan salah satu jenis sensor cahaya photovoltaic yang mempunyai pengertian sebuah sensor yang dapat mengubah intensitas cahaya menjadi perubahan tegangan pada outputnya. Solar cell merupakan pembangkit listrik yang mampu mengkonversi sinar matahari menjadi arus listrik. Dengan adanya sinar matahari yang merupakan energi terbesar yang sifatnya berkelanjutan dengan jumlah yang sangat besar. Solar cell tidak memiliki akses suara seperti pada tenaga angin pada umumnya, sehingga dapat dipasang pada seluruh daerah dengan adanya sinar matahari dan membuat solar cell menjadi energi alternatif sumber energi Untuk itu praktikum ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana energi matahari dapat berubah menjadi bentuk energi lain, yaitu energi listrik dengan menggunakan

panel surya. Energi yang digunakan merupakan energi terbarukan, sehingga dapat digunakan dalam penggunaan jangka panjang dan dapat mengurangi penggunaan batubara sebagai sumber utama listrik saat ini.

1.2 Tujuan Berdasarkan latar belakang di atas, tujuan praktikum energi matahari adalah sebagai berikut: 1. Agar mahasiswa mengetahui besarnya energi matahari yang diterima di suatu tempat. 2. Agar mahasiswa mampu merancang sebuah peralatan yang menggunakan energi matahari untuk bidang pertanian. 1.2 Manfaat Berdasarkan tujuan diatas, manfaat dari praktikum energi matahari yaitu sebagai berikut: 1. Dapat mengetahui bagaimana cara menghitung besar radiasi matahari pada suatu area 2. Dapat mengetahui peralatan pertanian yang menggunakan energi matahari.

BAB 2. METODOLOGI

2.1 Waktu dan Tempat Praktikum Energi Matahari dilaksanakan pada hari Rabu, 3 April 2019 pukul 08.00 s.d. selesai WIB di Lapangan Serbaguna dan Laboratorium Instrumentasi bidang minat Energi, Otomatisasi, dan Informatika (ENOTIN), Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Jember. 2.2 Alat dan Bahan Praktikum 2.2.1 Alat Alat yang digunakan pada praktikum energi matahari adalah sebagai berikut: a. 1 unit solar sel b. 2 buah lampu 12 volt c. Multimeter block d. Amperemeter e. Voltmeter f. Penggaris 2.2.2 Bahan Bahan yang digunakan pada praktikum energi matahari adalah sebagai berikut: a. Sinar matahari b. 1 helai daun

2.3 Diagram Alir (Flowchart) 2.3.1 Prosedur Kerja Energi Matahari yang Diterima oleh Solar Sel Mulai Alat dan Bahan Meletakkan solar sell di tempat yang terkena cahaya matahari Menghubugkan solar sell dengan alat pengukur (ampermeter dan voltmeter) dan lampu Menghitung luas solar sell Mencatat arus dan tegangan Menghitung daya Data Hasi Praktikum

Selesai

Gambar 2.1 Diagram Alir Praktikum Energi Matahari yang Diterima oleh Solar Sel

2.2.3 Prosedur Kerja Energi Matahari yang Diterima oleh Daun Mulai Alat dan Bahan Membuat sketsa daun pada milimeter block Menghitung luas daun dengan metode transect Data hasil perhitungan luas daun

Selesai

Gambar 2.2 Diagram Alir Praktikum Energi Matahari yang Diterima oleh Daun

BAB 3. PEMBAHASAN

3.1 Hasil Praktikum Energi Matahri 3.1.1 Hasil Perhitungan Intensitas Radiasi Matahari di Jember Nilai rata-rata radiasi matahari (H) dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: 𝑛′ 𝐻 = ( a + b ( )) 𝐻𝑜 𝑁 Sehingga :

H

= nilai rata-rata radiasi matahari

Ho

= radiasi di luar atmosfer pada lokasi yang sama

a,b

= konstanta yang tergantung dengan lokasi

n

= nilai rata-rata jam cerah

N

= kemungkinan jam cerah maksimum

Berdasarkan rumus tersebut, maka perhitungan nilai rata-rata radiasi yaitu sebagai berikut: a = 0,25 dan b = 0,84 n =8 2

N = (15) cos −1 (−tan 𝜃 tan 𝛿) Φ = -8,7 δ = 23,45

sin(284+𝑛) 365

Praktikum dilakukan pada tanggal 3 April 2019, sehingga n = 93 H/H0 = a + b (n’/N) H = (a + b (n’/N))H0 a = 0,25 b = 0,84 n = 93 (praktikum dilaksanakan pada tanggal 3 April 2019) N = 2/15 Cos-1 (-tanΦ tanδ) Φ = -8,7 δ = 23,45 sin (360(284+n)/365) δ = 23,45 sin (360(284+n)/365) = 23,45 sin (360(284+93)/365)

= 23,45 sin (360(377)/365) = 23,45 sin (135720/365) = 23,45 sin 371,8 = 23,45 (0,2) = 4,69 N = (2/15) Cos-1 (-tanΦ tanδ) = (0,13) cos-1 (-tan -8,7 tan 4,69) = (0,13) cos-1 (0,15 x 0,082) = (0,13) cos-1 (0,0123) = (0,13) ( 89,295) = 11,61

N = 11,61 Φ = -8,7 δ = 4,69 Gsc = 1353 W/m² cos Ws = -tan Φ tan δ = -tan (-8,7) tan (4,69) = 0,15 x 0,08 = 0,012 Ws = cos-1 (0,012) Ws = 89,31 H0 = {(24x3600 Gsc)}{1+ 0,033 cos (360n/365)}{cos? cos? sinWs + ((2x3,14Ws/360) sin? sin?)}/3,14 = {(24 x 3600 x 1353)}{1+ 0,033 cos (360(93)/365)}{cos -8,7 cos 4,69 sin 89,31 + ((2 x 3,14 (89,31)/360) sin -8,7 sin 4,69)}/3,14 = {(116.899.200)} {1+ 0,033 cos (91,726)} {cos -8,7 cos 4,69 sin 89,31 + (1,55) sin -8,7 sin 4,69)}/3,14 = {(116.899.200)} {1+ 0,033 x (-0,03} {0,96 + (1,55) - 0,012}/3,14 = {116.899.200}{0.99901}{2,498}/3,14 = 92.906.085,4 H = (a+b(n'/N)H0)

= (0,25+0,84(5/11,61) x 92.906.085,4 = (0,25+0,84(0,43) x 92.906.085,4 = (0,25+0,3612) x 92.906.085,4 = 0,6112 x 92.906.085,4 = 56.784.199,4

Sehingga nilai H yang diperoleh pada perhitungan di atas sebesar 56.784.199,4 3.1.2 Hasil Pengukuran Tegangan dan Arus Listrik Pada Masing-Masing Lampu

Pengukuran ke 1 2 3 4 5 Total Rata-rata

Tabel 3.1 Hasil Pengukuran Tegangan dan Arus Listrik Lampu 12 Volt Lampu 24 Volt Arus Tegangan Daya Arus Tegangan (I) (V) (V.I) (I) (V) 1,04 7,9 8,22 0,52 8,75 1,04 7,92 8,24 0,52 8,75 1,04 7,9 8,22 0,52 8,75 1,04 7,81 8,12 0,52 8,74 1,04 7,9 8,22 0,52 8,74 5,20 39,43 41,01 2,60 43,73 1,04 7,89 8,20 0,52 8,75

Daya (V.I) 4,55 4,55 4,55 4,54 4,54 22,74 4,55

Pada praktikum energi matahari terdapat dua rangkaian lampu yang digunakan. Lampu 12 volt menggunakan rangkaian seri, sedangkan lampu 24 volt menggunakan rangkaian paralel. Berdasarkan Tabel 3.1 arus listrik dan daya yang dihasilkan pada lampu 12 volt lebih besar dibandingkan lampu 24 volt. Lampu 24 volt memiliki tegangan lebih besar dibandingkan lampu 12 volt. Menurut Yuliananda et al., (2015:193), bila intensitas matahari rendah maka daya yang dihasilkan rendah, begitupun sebaliknya jika intensitas matahari tinggi, maka daya yang dihasilkan akan bernilai tinggi. Besarnya daya

yang dihasilkan

mengakibatkan lampu 12 volt menyala lebih terang dibandingkan lampu 24 volt. Menurut Kuswanto (2010), semakin besar arus dan tegangannya, maka semakin besar pula daya yang dihasilkan sesuai dengan persamaan daya yaitu P = V * I. 3.1.3 Hasil Perhitungan Intensitas Radiasi Matahari Pada Solar Sel Total radiasi yang diterima oleh solar sel yaitu sebagai berikut. Luas solar sel = 10 cm x 10 cm = 100 cm2 x 20 buah = 2000 cm2 = 0,2 m2 Total radiasi yang diterima solar sel = H x Luassolar sel

= 56.784.199,4 watt/m3 x 0,2 m2 = 11.356.839.88 watt/m Sehingga, nilai total radiasi yang diterima solar sel selama pengamatan yaitu 11.356.839.88 watt/m 3.1.4 Hasil Perhitungan Luas Daun Dengan Metode Transect Perhitungan dengan menggunakan metode Transect didapatkan data dengan menggunakan rumus sebagai berikut: 𝑎

L = (𝑏) x Luas segi empat transect Diketahui : a = jumlah panjang garis yang dicetak tebal dalam satuan cm pada absis 1 panjang garis tebal = 5,6 cm pada absis 2 panjang garis tebal = 10,6 cm pada absis 3 panjang garis tebal = 12,2 cm pada absis 4 panjang garis tebal = 10,4 cm pada absis 5 panjang garis tebal = 8 cm Total panjang garis tebal = 46,8 cm b = Jumlah panjang garis yang membujur pada absis 1 = 14 cm pada absis 2 = 14 cm pada absis 3 = 14 cm pada absis 4 = 14 cm pada absis 5 = 14 cm Total panjang = 70 cm Luas segi empat yakni luas yang dibatasi koordinat pada milimeter block yaitu (0,1); (6,1); (6,14); dan (0,14), maka luasnya = 6 cm x 14 cm = 84 cm2 𝑎

Luas Daun = (𝑏) x Luas segi empat transect =

46,8 70

× 84

= 56,16 cm2 = 0,0056 m2 Total radiasi yang diterima daun = Ho x LDaun

= 92.906.085,4 watt/m3 x 0,0056 m2 = 520.274,07824watt/m 3.2 Intensitas Energi Matahari di Jember Intensitas cahaya matahari di jember yaitu 56.784.199,4watt/m sesuai dengan perhitungan menggunakan rumus H = (a+b(n'/N)H0). Jember terletak pada 7° 59’

6’’ - 8° 33’ 56’’ Lintang Selatan dan 6°27’6’’ - 7°14’33’’ Bujur Timur, hal tersebut menunjukkan bahwa daerah Jember menerima sinar matahari yang cukup besar karena letaknya di dekat wilayah equator. Menurut Rifai et.al. (2014), penerimaan radiasi matahari bergantung pada kondisi atmosfer, garis lintang, dan jumlah hari dalam tahun, serta lama penyinaran matahari dalam satu hari. Menurut Sitorus, et al., (2014:9) menyatakan bahwa Di Indonesia memiliki iklim tropis, maka intensitas radiasi matahari dipengaruhi oleh bebrapa faktor diantaranya yaitu musim, letak geografis, dan ketinggian tempat. Radiasi matahari yang diterima permukaan bumi sangat bervariasi menurut tempat dan waktu. Perbedaan menurut waktu, terjadi disebabkan oleh perbedaan lintang serta keadaan atmosfer terutama awan. Perbedaan menurut waktu, terjadi karena radiasi dalam sehari (dari pagi sampai sore) maupun secara musiman (dari hari ke hari). 3.3 Intensitas Energi Matahari Yang Diterima Solar Sel Nilai total radiasi yang diterima solar sel selama pengamatan yaitu 11.356.839.88 watt/m. Menurut Hasyim,A (2012), Listrik yang dihasilkan oleh panel surya akan bergantung pada berbagai faktor seperti : a. Temperatur udara, Sel surya dapat ber operasi secara maksimum jika temperature sel tetap normal pada 35oC. Kenaikan suhu 1

o

C akan

mengurangi 0,4% tenaga dari kekuatan maksimumnya. b. Radiasi matahari, Radiasi di bumi sangat bergantung keadaan spectrum solar ke bumi. Insolation solar matahari akan banyak berpengaruh pada tegangan. c. Kecepatan angin bertiup, Kecepatan angin yang bertiup si sekitar larik sel surya dapat membantu mendinginkan sel surya. Sehingga sel surya dapat bekerja secara maksimal.

d. Keadaan atmosfer bumi, Keadaan atmosfer bumi berawan, mendung, partikel debu di udara, asap, uap air dll sangat menentukan hasil maksimum arus listrik dari deretan sel surya. e. Larik sel surya, Posisi sel surya dalam menerima radiasi matahari sangat mempengaruhi nilai tegangan dan arus yang dihasilkan. Menurut Dewi dan Antonov (2013:21),

surya atau disebut juga dengan

fotovoltaik adalah piranti semikonduktor yang dapat mengubah energi matahari secara langsung menjadi energi DC (arus searah) dengan menggunakan kristal Si (silicon) yang tipis. Daya yang dihasilkan oleh solar sell berbanding lurus dengan besarnya intensitas cahaya yang diterima panel. Semakin besar intensitas cahaya yang diterima oleh panel, semakin besar daya yang dihasilkan oleh fotovoltaik tersebut (Widayana, 2012). 3.4 Intensitas Energi Matahari Yang Diterima Daun Daun yang digunakan sebagai sampel untuk mengukur intensitas energi matahari yaitu daun di sekitas gedung G. Berdasarkan hasil pengukuran menggunakan milimeterblok total panjang garis tebal a sebesar 46,8 cm dan total garis b membujuur sebesar 70 cm. Luas daun kopi berdasarkan rumus (Luas daun = (a/b) x luas segi empat transect diperoleh nilai 56,116 cm². Sehingga nilai intensitas radiasi yang diterima daun sebesar 520.274,07824 watt/m. Nilai intensitas radiasi yang diterima tergantung pada luas permukaan daun. Semakin luas permukaan daun, maka semakin besar pula nilai intensitas radiasi yang diterima oleh daun.

BAB 4. PENUTUP

4.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil dan pembahasan, kesimpulan dari praktikum energi matahari adalah sebagai berikut: 1. Solar cell merupakan pembangkit listrik yang mampu mengkonversi sinar matahari menjadi arus listrik. 2. Intensitas matahari mempengaruhi daya yang dihasilkan untuk menyalakan lampu,bila intensitas matahari rendah maka daya yang dihasilkan rendah, begitupun sebaliknya. 3. Penerimaan radiasi matahari bergantung pada kondisi atmosfer, garis lintang, dan jumlah hari dalam tahun, serta lama penyinaran matahari dalam satu hari. 4. Nilai intensitas radiasi yang diterima tergantung pada luas permukaan daun. Semakin luas permukaan daun, maka semakin besar pula nilai intensitas radiasi yang diterima oleh daun. 4.2 Saran Selama melakukan praktikum sebaiknya mengikuti prosedur yang telah ditentukan untuk meminimalisir ketidakakuratan data dan agar tidak terjadi kerusakan pada alat dan bahan.

DAFTAR PUSTAKA

Dewi, A. Dan Antonov. Pemanfaatan Energi Surya Sebagai Suplai Cadangan Pada Laboratorium Elektro Dasar di Institut Teknologi PADANG. Hasyim

A.

2012.

INTENSITAS

CAHAYA

MATAHARI

TERDAPAT

KELUARAN PANEL SEL SURYA. Simposium Nasional. E 1(2): 53-54. Jurnal MIPA UNSRAT Online. 3(1):1 Kuswanto, H. 2010. Alat Ukur Listrik AC (Arus, Tegangan, Daya) Dengan Port Paralel. Tugas Akhir. Surakarta: Program Diploma III Ilmu Komputer Unversitas Sebelas Maret. Rifai, et al. 2014. Analisis Intensitas Radiasi Matahari di Manado dan Maros. Sitorus, Napitupulu, Ambarita. 2014. Korelasi Temperatur Udara dan Intensitas Radiasi Matahari Terhadap Performansi Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi Tenaga Matahari. Widayana, G. 2012. Pemanfaatan Energi Surya. Jurnal JPTK Undiksha. 9(1): 3839. Yulinanda, Sarya, dan Hastijanti. 2015. Pengaruh Perubahan Intensitas Matahari Terhadap Daya Keluaran Panel Surya.

LAMPIRAN