Volume 10 Nomor 3. Juni 2015 Terbit 2 bulan sekali

Teknologi Pompa Air Tenaga Surya untuk Optimalisasi Pengelolaan Sumber Daya Air

ISSN 1907 - 8773

Pendahuluan Sektor pertanian yang membutuhkan air dalam jumlah yang besar, baik yang berasal dari sumber air permukaan maupun air tanah beragam teknologi yang mampu mengangkat dan mengalirkan air dari sumbernya ke lahan-lahan pertanian. Penggunaan pompa air (teknologi konvensional) yang digerakkan dengan tenaga listrik atau bahan bakar hidrokarbon yang mengakibatkan kerusakan lingkungan akibat emisi karbondioksida, pemanfaatkan yang tinggi, yang berkontribusi besar terha-dap pemanasan global menjadi pilihan utama saat ini. Namun jika dilihat dari sisi pembiayaan, baik dalam tahap pengembangan (pembangunan) maupun pengelolaan (pemeliharaan), teknologi irigasi tersebut memunculkan persoalan di tingkat lapangan, khususnya bagi petani dan kelompoknya yaitu ketidakmampuan petani dalam mengoperasionalkan dan memelihara sarana dan prasarana irigasi yang dimiliki. Oleh karena itu, perlu dicari dan dikembangkan suatu model teknologi irigasi yang menggunakan pompa air yang lebih tepat guna, efisien, dan ekonomis sehingga dalam pengel-olaannya tidak tergantung pada tenaga listrik atau bahan bakar lainnya, membutuhkan biaya operasi dan pemeliharaan yang lebih sedikit, dan bahkan tidak membebani petani dan kelompoknya dalam melakukan kegiatan usahataninya. Untuk itu akan dikembangkan pompa energi matahari. Peng-gunaan energi matahari tidak perlu listrik, ekstra hemat energi dan ramah lingkungan. Selain itu penggunaan mudah,efisiensi tinggi, kinerja stabil dan dapat digunakan dalam jangka waktu lama.

Tahapan kegiatan dilakukan sebagai berikut: (a) Identifikasi potensi sumber daya air, (b) Desain pompa air tenaga surya, dan (c) Aplikasi pompa air tenaga surya untuk irigasi tanaman.

A. Identifikasi Potensi Sumber Daya Air Potensi sumberdaya air di lokasi penelitian terdiri dari potensi air permukaan berasal dari sungai yang mengalir melewati areal penelitian. Potensi aliran sungai diidentifikasi berdasarkan pengukuran kecepatan aliran sungai mengguna-kan current meter.

B. Desain Pompa Air Tenaga Surya Untuk menentukan kapasitas pompa air tenaga surya diperlukan informasi ketersediaan dan kebutu-han air, beda tinggi antara sumber air dengan lahan (head), dan potensi radiasi matahari yang akan ditangkap oleh panel surya. Data ketersediaan air dihitung menggunakan current meter, potensiradi-asi matahari diukur dari AWS portlog, dan beda tinggi ditentukan melalui pengukuran topografi. Se-dangkan kebutuhan air (dosis dan interval irigasi) dihitung menggunakan model.

Pompa air tenaga surya selanjutnya diaplikasikan di lahan pertanian untuk irigasi. Selama matahari bersinar pompa ini harus terus mengalirkan air, sehingga untuk menjaga air tetap ada, maka perlu memasang penampungan air (water toren), dengan demikian pada saat matahari tidak bersinar kebutuhan air akan tetap tersedia.

Pengukuran Topografi Survei topografi dilakukan menggunakan Total Station. Alat ini digunakan untuk mengukur beda tinggi antara dua titik yang berjarak antara 5 m hingga 1 km. Alat ini bekerja secara otomatis sehingga pengukuran dapat di-lakukan secara cepat dan akurat. Pengukuran topografi dilakukan untuk menghitung kemiringan lahan serta mengukur kontur untuk menentukan posisi dan desain teknik irigasi.

Gambar 1. Current meter

Gambar 2. Total Station

2

Analisis Dosis dan Interval Irigasi Dosis kebutuhan irigasi tanaman dihitung berdasarkan Metode FAO (Doorenbos and Pruit, 1975). Metode ini menghitung kebutuhan air tanaman dengan mempertimbangkan karakteristik fisik tanah serta kedalaman perakaran setiap fase pertumbuhan tanaman.

Optimalisasi interval irigasi dianalisis berdasarkan perbandingan antara kebutuhan irigasi neto atau net irrigation depth (NID) untuk setiap fase pertumbuhan tanaman dengan Evapotransirasi tanaman kumulatif.

Evapotranpirasi tanaman dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut:

dimana : ETc : evapotranspirasi tanaman ETo : evapotranspirasi referensi Kc : koefisien tanaman

Untuk menghitung evapotranspirasi tanaman, dilakukan beberapa tahapan : mengidentifikasi tahap pertumbuhan tanaman, menentukan lama setiap periode pertumbuhan dan memilih Kc yang sesuai dengan periode pertumbuhan. Menghitung Kc pada pertengahan periode pertumbumbuhan berdasarkan kondisi iklim harian dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

dimana: Kcmid (Tab) : nilai Kc pada pertengahan periode pertumbuhan berdasarkan tabel u2 : rata-rata harian kecepatan angin selama pertengahan periode pertumbuhan

tanaman (m/s) RHmin : rata-rata harian kelembaban relatif minimum h : tinggi tanaman selama pertengahan periode pertumbuhan tanaman (m)

Menentukan kurva koefisen tanaman yang dapat menentukan nilai Kc untuk setiap periode pertumbuhan.

Komponen pompa air tenaga surya dibagi menjadi menjadi 4 yaitu: (1) panel surya, (2) solar charge controller, (3) inverter, (4) pompa air, dan (5) tandon air. Untuk merancang pompa air tenaga surya dilakukan melalui tahapan sebagai berikut:

1. Menghitung kebutuhan daya listrik Komponen yang dihitung adalah

Voltase pompa air listrik

Daya pompa air listrik terpasang

Lama pompa air menyala

Volume tandon air (water torn) yang akan di isi

Areal yang akan di irigasi

Beban daya Listrik yang dibutuhkan pompa air

2. Menentukan spesifikasi instalasi listrik panel surya yang dipasang: Komponen yang diperlukan untuk merakit adalah sebagai berikut

Panel surya

Solar Charge Controler (SCC)

Master Circuit Board (MCB)

Batery Kering

Inverter sinusoidal

Pembagi listrik

Lampu penerangan

Daya listrik terpasang

30

23

4500402040

.

min)( ..

hRHUKK Tabcmidcmid

occ ETKET

3

3. Menghitung Kebutuhan Daya Kebutuhan daya listrik untuk menghidupkan pompa listrik dihitung menggunakan rumus sebagai berikut. Misal daya 300 watt dengan voltase 220 volt AC selama 10 jam menggunakan sistem solar panel mempunyai total daya beban dalam sehari adalah 10 h x 300 W = 3.000 watt jam (3 KWh). Jumlah total 3.000 perlu ditambahkan sekitar 20% untuk tambahan daya perangkat selain daya pompa, yakni solar charge controller dan inverter. Sehingga jika ditambahkan 20%, maka total daya yang dibutuhkan adalah sebagai berikut:

3.000 + (3.000 x 20%) = 3.600 watt jam.

Adapun daya listrik yang terpasang dilapangan adalah:

100 Ampere jam (Ah battery) x 12 volt x 4 = 4.800 watt jam.

Inverter terpasang menghasilkan 1.500 VA-220 Volt AC yang cukup untuk menghidupkan pompa secara maksimal. Dengan rata-rata 5 jam efektifitas cahaya matahari bersinar di daerah tro-pis, maka dengan 4 panel surya yang berkekuatan 2.000 watt (4 x 100 Wp x 5 jam) dibutuhkan waktu 2 hari untuk mengisi 4 battery yang dipasang untuk terisi penuh kembali.

Kebutuhan waktu untuk mengisi tandon air dengan volume 3.000 liter adalah 2,5 jam (150 menit). Tinggi hisap pompa 8 meter, jarak pompa ke tepi sungai 50 meter dan tandon air terletak 10 meter lebih tinggi serta jarak tandon air ke pompa air 100 meter. Waktu yang dibutuhkan untuk mengisi tandon air dengan kemampuan 20 liter per menit, maka dapat dihitung waktu (T) yang dibu-tuhkan untuk mengisi penuh tandon air.

Kemampuan tenaga pembangkit yang terpasang untuk menghidupkan pompa selama 10 jam dapat mengisi 4 kali tandon air dengan volume 3.000 liter. Jadi volume air yang dapat di angkat oleh pompa air di lokasi terpasang adalah 12.000 liter air per hari.

C. Aplikasi Pompa Air Tenaga Surya untuk Irigasi Tanaman Pengujian lapang dilakukan untuk melihat performa dari teknologi pompa air tenaga surya dari be-berapa tipe dan spesifikasi komponen untuk irigasi pada skenario luasan yang diujikan untuk pengembangan pertanian.

Dengan daya panel surya yang diskenariokan, maka dihitung berapa lama waktu untuk men-ghidupkan pompa secara optimal. Selanjutnya perlu dihitung kebutuhan waktu untuk mengisi tandon air pada volume tertentu dalam waktu tertentu sesuai dengan kemampuan tenaga pembangkit yang terpasang. Sehingga dapat dihitung volume air yang dapat di angkat oleh pompa air per hari. Den-gan diketahui volume air yang tersedia per hari, maka air yang tersedia dikembangkan untuk irigasi tanaman. Volume dan interval irigasi disesuaikan dengan kebutuhan tanaman, untuk perlakuan yang diterapkan terdiri dari beberapa level irigasi, yaitu:

1. T0 = Irigasi Petani

2. T1 = Irigasi sesuai kebutuhan tanaman berdasarkan perhitungan FAO (Doorenbos and

Pruitt, 1977)

3. T2 = Irigasi 85% dari kebutuhan tanaman

4. T3 = Irigasi 70% dari kebutuhan tanaman

5. T4 = Irigasi 55% dari kebutuhan tanaman

Teknologi Irigasi yang digunakan

Irigasi Curah

Irigasi Tetes

4

Eko Prasetyo

Gambar 3. Perangkat pompa tenaga surya di Purabaya, Sukabumi Selatan

Gambar 4. Perangkat pompa tenaga surya di Imogiri, Bantul dan Playen, Gunung Kidul

Referensi:

Rejekiningrum, Popi , 2015. Proposal Pengembangan Pompa Air Tenaga Surya Untuk Irigasi

Dalam Upaya Peningkatan Produksi Pertanian di Lahan Kering

Info Agroklimat dan Hidrologi Volume 5 Nomor 1. Februari 2011, Teknologi Irigasi

Alamat Penyunting: Jl. Tentara Pelajar No 1A, Bogor 16111 Telp : (0251) 8312760 E-mail : balitklimat@litbang.pertanian.go.id http://www.balitklimat.litbang.pertanian.go.id

Penanggung jawab : Kepala Balai Penelitian Agroklimat dan Hidrologi Redaktur : Haryono, Suciantini, Adang Hamdani Editor : Woro Estiningtyas, Fadhlullah Ramadhani, Hendri

Sosiawan, Le Istiqlal Amien Redaktur Pelaksana : Eko Prasetyo dan Tuti Muliani

Info Agroklimat dan Hidrologi memuat informasi aktual dan inovasi teknologi hasil-hasil penelitian bidang agroklimat, hidrologi, dan pengelolaan air

Balai Penelitian Agroklimat dan Hidrologi Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian

Kementerian Pertanian