General Design of Solar Pump

Banyak daerah terpencil di Indonesia belum bisa menikmati aliran listrik dari pemerintah. kebanyakan dari mereka menggunakan mesin diesel/genset untuk menghasilkan listrik yang digunakan  untuk penerangan, Pompa, pertanian dan lain-lain. Banyak kendala yang dihadapi dalam mengunakan mesin diesel terutama dari segi biaya dan perawatan. Bila diasumsikan rata-rata satu hari menggunakan 4 liter solar dengan harga sekarang Rp. 4500 maka dalam sebulan akan mengeluarkan biaya sebesar Rp 540.000. Belum lagi biaya perawatan dan perbaikan mesin, biaya transportasi, dan lain-lain. Cara yang paling sederhana untuk mengatasi masalah ini adalah menggunakan energi terbarukan pada salah satu aktifitas warga yang menggunakan listrik misalnya Penggunaan Pompa air menggunakan tenaga surya. Hal ini akan secara langsung dapat menekan konsumsi masyarakat pada penggunaan bahan bakar fosil khusunya minyak solar.

Pompa air adalah salah satu yang paling sederhana dan tepat untuk menggunakan tenaga surya. Pompa air tenaga surya ini dapat memeuhi berbagai kebutuhan air seperti untuk irigasi untuk pengairan sawah, untuk kebutuhan air sehari-hari (mandi, cuci, dan minum). banyak keuntungan dari pemanfaatan pompa air tenaga surya antara lain; merupakan teknologi terbarukan, tidak memerlukan perawatan khusus, dan  tidak memerlukan bahan bakar minyak.

Pada Trakia journal of Sciences yang ditulis oleh Eker tahun 2005, ada dua tipe pompa tenaga surya, antara lain:

1. Battery-Coupled
    Pada Battery-Coupled, sistem pompa tenaga surya akan menggunakan baterai untuk menyimpan dan memasok arus listrik DC ke baban (pompa). Sistem ini terdiri dari PV, BCR, Baterai, Pengontrol pompa, switch tekanan tangki, dan pompa air DC. Pada siang hari arus listrik yang dihasilkan di isi ke baterai yang kemudian arus listrik dari baterai akan dialirkan ke pompa kapan saja dibutuhkan.

Gambar 1. Battery-Coupled solar pumping system

(Sumber: Eker, 2005)

Penggunaan baterai pada pompa tenaga surya memiliki kelemahan. Baterai dapat mengurangi efisiensi keseluruhan sistem karena tegangan operasi ditentukan oleh baterai. hal ini juga tergantung pada suhu dan seberapa baik baterai diisi. Tegangan yang didapat dari baterai bisa 1-4 volt lebih rendah dari tegangan yang dihasilkan oleh panel surya selama kondisi maksimal. Pengurangan efisiensi ini dapat diatasi dengan penggunaan Pump Controller sehingga tegangan dari baterai dapat ditingkatkan.

2. Direct-Coupled

    Pada Direct-Coupled, sistem pompa tenaga surya tidak menggunakan baterai sehingga arus listrik dialirkan  langsung ke baban (pompa). Sistem ini dirancang hanya memompa air selama adanya matahari yaitu pada siang hari. Jumlah air yang dipompa sepenuhnya tergantung pada jumlah intensitas cahaya matahri yang dihasilkan. Apabila intensitas matahari pada titik optimal maka pompa beroperasi pada atau dekat efisiensi 100% dengan air mengalir maksimum. namun pada pagi dan sore efisiensi pompa turun sebesar 25% atau lebih dibawah kondisi cahaya rendah. selain itu selam kondisi berawan efisiensi pompa juga terganggu. Sehingga dari kelemahan-kelamhan yang didapat diperlukan design modul surya yang cocok atau menentukan banyaknya modul surya yang sesuai untuk mengatasinya. Selain itu, diperlukan tempat penyimpanan air yang lebih besar apabila suatu saaat modul surya tidak mampu menggerakkan pompa karena kekurangan energi dari matahari.

Gambar 2. Direct-Coupled solar pumping system

(Sumber: Eker, 2005)

Secara umum sistem Direct-Coupled paling sering digunakan. Tujuan menggunakan sistem ini adalah agar lebih ekonomis karena tidak menggunakan baterai selain itu, Indonesia memiliki intensitas cahaya matahari yang cukup karena berada di garis katulistiwa.
Sistem perairan yang menggunakan tenaga surya memiliki sistem utama yaitu modul surya. Pompa DC, Tangki penyimpanan air, dan kontrol.
1. Modul surya
    Modul surya merupakan sumber penghasil energi listrik DC yang di picu dari pengaruh energi luar yaitu energi matahari. Dalam pemasangan modul surya terdapat dua cara yaitu; pertama, supaya lebih ekonomis modul surya yang diletakkan pada kedudukan yang menghadap keselatan tanpa menggunakan tracker. kedua, modul surya yang diletakkan pada sebuah struktur yang menggunakan tracker. Tujuan menggunakan tracker adalah mengoptimalkan energi matahri yang jatuh di permukaan modul.

Gambar 3. Modul surya yang menggunakan tracker dan modul surya yang menggunakan tracker

( Sumber: http://kunaifi.files.wordpress.com/2009/03/p1040220.jpg dan http://energisurya.files.wordpress.com/2007/08/solar-pump.jpg)

2. Pompa DC
    Pompa DC dapat digolongkan sebagai pump displacement sentrifugal, submersible, atau surface type. Pompa menggunakan diafragma, baling-baling atau piston untuk menutup air dalam ruang dan memaksa melalui outlet debit. Pompa sentrifugal menggunakan impeller berputar yang menambahkan energi ke air dan mendorong ke sistem, mirip dengan roda air. Pompa submersible, ditempatkan ke dalam sumur atau bah, sangat handal karena mereka tidak terkena suhu beku, tidak perlu perlindungan khusus dari element, dan tidak memerlukan cat dasar. Pompa surface type, pompa terletak dekat permukaan air, digunakan terutama untuk memindahkan air melalui saluran pipa. Beberapa pompa permukaan dapat digunakan pada dataran tinggi yang cocok untuk bergerak jarak jauh atau untuk tinggi elevasi (Eker, 2005).

Gambar 4. Pompa DC sentrifugal

(Sumber : conergy, n.d)

3. Tangki penyimpanan air
   Baterai biasanya tidak dianjurkan untuk sistem pengairan bertenaga surya karena bisa mengurangi efisiensi keseluruhan sistem dan dan menambah biaya pemeliharaan . Dari pada menyimpan listrik dalam baterai, umumnya lebih sederhana dan lebih ekonomis untuk menginstal 3 sampai bernilai 10 hari penyimpanan air (Eker, 2005).

4. Controller or inverter

    Controller pada pompa berfungsi melindungi pompa dari tinggi atau rendahnya tegangan dan memaksimalkan jumlah air yang di pompa walaupun kondisi cuaca kurang ideal. Atau Apabila pompa tergolong pompa AC maka sistem di tambah dengan inverter. inverter berfungsi untuk merubah arus listrik DC menjadi AC untuk mengoperasikan pompa.

Setelah mengetahui sistem utama dari pengairan yang menggunakan tenaga surya selanjutnya baru mendisain sistem nya. Secara umum perancangan ini sama dengan perancangan sistem PLTS skala rumah tangga tapi yang membedakan sistem ini di khuskan untuk pompa yang digunakan untuk pengairan. Pertama, perancangan dimulai dengan menentukan intensitas cahaya matahari melalui database database Surface Meteorology and Solar Energy (SMSE) milik National Aeronautic and Space Administration (NASA). Kedua, melakukan studi beban dengan melakukan pemilihan pompa (apakah pompa yang digunakan DC atau AC) dan melihat daya nyata dari Pompa,  Menentukan kemiringan modul surya yang mengarah keselatan (tidak diperlukan apabila memakai tracker), menetukan efisiensi inverter, menentukan bulan design. dan seterusnya. Untuk lebih lengkap lihat standar perancangan PLTS yang sudah ada contohnya standar Australia  AS 4509.2-2002. sekian dan terima kasih semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.