[OPINI] Penggunaan PLTS untuk Green House Kebun Bibit di Desa Manggihan Kabupaten Semarang

Energi dari Matahari yang dapat dimanfaatkan terdapat dua macam, yaitu tenaga surya terkontaminasi (concentrated solar power/CSP) dan photovoltaic (PV).

Teknologi CSP didapatkan dengan menggunakan lensa atau cermin agar energi terpusat pada satu bagian. Bagian tersebut diubah merupakan energi panas yang kemudian diubah menjadi energi listrik.

Sedangkan teknologi PV--sesuai dengan namanya photo yang berarti cahaya dan voltaic adalah tegangan listrik--mengubah energi cahaya yang didapatkan dari sinar Matahari menjadi energi listrik. Energi tersebut merupakan energi terbarukan yang akan mampu memenuhi kebutuhan energi yang makin meningkat.

Teknologi PV memanfaatkan semikonduktor sebagai penghasil tegangan listrik. Sesuai dengan namanya, semikonduktor adalah bahan yang pada saat tertentu dapat bersifat tidak menghantarkan arus listrik dan saat tertentu dapat menghantarkan arus listrik. Salah satu bahan semikonduktor tersebut adalah silikon.

Semikonduktor mempunyai dua jenis, yaitu semikonduktor jenis P dan semikonduktor jenis N. Salah satu dari dua jenis semikonduktor itu adalah silikon. Struktur atom silikon merupakan suatu atom yang terikat satu dengan lainnya. Elektron dalam struktur silikon tidak memiliki kebebasan untuk bergerak.

Elektron fosfor dengan lima elektron valensi yang disuntikkan ke dalam atom silikon sehingga menghasilkan satu elektron yang bebas bergerak. Ketika elektron mendapatkan energi yang cukup, mereka akan bergerak bebas. Namun, gerakan itu bersifat acak dan tidak menghasilkan arus listrik.

Untuk mendapatkan elektron searah dibutuhkan kekuatan pendorong. Cara mudah untuk mendapatkannya melalui PN junction--gabungan semikonduktor jenis P dan semikonduktor jenis N. Doping P pada semikonduktor menghasilkan jenis semikonduktor jenis P. Dengan menyuntikkan boron dengan tiga  elektron valensi ke dalam silikon, akan menghasilkan lubang (hole) di setiap atom.

Beberapa elektron pada sisi N akan bermigrasi ke sisi P dan mengisi lubang yang ada. Dengan adanya sambungan itu, terbentuklah daerah deplesi, yaitu daerah yang tidak ada elektron dan lubang bebas. Karena migrasi elektron batas sisi N menjadi bermuatan positif dan batas sisi P menjadi bermuatan negatif. Oleh karenanya, medan listrik akan terbentuk di antara muatan-muatan itu. Medan listrik tersebut yang menjadi kekuatan pendorong yang diperlukan.

Ketika cahaya mengenai PN junction, cahaya mengenai sisi N dari samping kemudian menembus ke daerah deplesi. Energi foton tersebut cukup untuk menghasilkan pasangan lubang elektron di daerah deplesi. Medan listrik di daerah deplesi mendorong elektron dan lubang keluar daerah deplesi. Konsentrasi elekton di daerah N dan lubang di sisi P menjadi tinggi sehingga perbedaan potensial akan berkembang. Dengan menghubungkan sisi-sisi, elektron akan bergabung ke dalam lubang di sisi P. Dengan cara itu, sel surya akan terus menerus menghasilkan arus searah.

Dalam sel surya bagian tipe N berada di bagian atas dan merupakan bagian yang sangat tipis. Hal tersebut bertujuan untuk meningkatkan kinerja sel. Dengan konfigurasi itu, daerah deplesi yang dihasilkan jauh lebih luas dibandingkan dengan PN junction biasa. Akibatnya pasangan elektron lubang yang dihasilkan juga jauh lebih banyak. Keuntungan lain adalah karena lapisan atas yang tipis, maka energi surya dapat menembus lebih dalam ke daerah deplesi.

Panel surya mempunyai struktur lapisan yang berbeda-beda. Salah satunya adalah yang disebut dengan sel. Sel-sel PV saling berhubungan satu dengan lainnya. Setelah melewati jari-jari, elektron dikumpulkan melewati busbar. Sisi negatif bagian atas sel itu terhubung ke belakang sel berikutnya melalui penghubung tembaga dan kemudian terhubung dalam sambungan seri. Untuk mendapatkan nilai tegangan yang diinginkan, dilakukan dengan cara menyambung secara seri atau paralel masing-masing PV.

Lembaran eva (Ethylene Vinyl Acetate) pada kedua sisi sel digunakan untuk melindungi goncangan, getaran, kelembaban, serta kotoran. Lembaran tersebut harus dapat menahan kelembaban dan suhu yang berubah-ubah. Ada dua jenis tampilan sel surya yang berbeda yaitu monokristalin dan polikristalin. Dalam panel surya polikristalin beberapa kristal berorientasi secara acak. Jika proses kimia polikristalin silikon satu langkah lebih jauh, sel-sel polikristalin akan menjadi sel-sel monokristalin. Sel-sel monokristalin memberikan tingkat konduktivitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan sel polikrostalin. Akan tetapi, sel monokristalin lebih mahal sehingga tidak banyak digunakan.

Output dari PV diumpankan ke sebuah pengontrol yang disebut dengan Solar Charge Controller (SCC). SCC mengatur besaran tegangan dan arus listrik yang masuk ke beban maupun ke media penyimpan yaitu baterai. Baterai sebagai penyimpan energi harus disimpan dengan baik agar dapat menampung energi yang telah didapatkan dan tidak mudah rusak.

Agar dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi pada rumah tangga, sel surya perlu dilengkapi dengan inverter yang berfungsi untuk mengubah tegangan dc menjadi tegangan ac. Konfigurasi PLTS terbagi menjadi dua yaitu sistem pembangkit yang terhubung dengan jaringan listrik PLN yang sering disebut dengan on-grid dan sistem pembangkit yang tidak terhubung dengan PLN atau berdiri sendiri yang disebut dengan off-grid.

Pemeliharaan sel surya dibagi menjadi dua yaitu pedictive maintenance dan corrective maintenance. Tindakan prediktif yang pertama adalah pembersihan panel surya secara berkala agar daya tangkap sinar matahari selalu optimal.

Yang kedua adalah pembersihan dari vegetasi dan hewan di sekitar panel surya. Vegetasi berupa tanaman-tanaman pengganggu serta keberadaan hewan-hewan di sekitar panel yang memungkinkan untuk membuang kotoran sehingga dapat mengganggu kinerja panel surya. Inspeksi visual berupa pengecekan koneksi, perkabelan yang dimungkinkan terjadi kekendoran antar sambungan, status inverter, serta selalu menjaga kebersihan ruang panel dan pengecekan suhu ruang panel merupakan tindakan prediktif lainnya. Tindakan corrective maintenance adalah pemeliharaan perbaikan untuk optimalisasi sistem tanpa perlu pengadaan komponen utama.

Pemasangan serta pemosisian sel surya juga harus sesuai terhadap arah pancaran matahari. Sel surya dipasang secara miring agar dapat menangkap pancaran sinar matahari dengan baik dan juga bertujuan untuk mempermudah pemeliharaan. Jika terjadi lapisan debu atau kotoran lain, dengan posisi yang miring memudahkan untuk membersihkannya dengan cara mengelap atau menyiram dengan air. Posisi yang miring juga tidak menyebabkan air hujan menggenang di panel surya.

Pemasangan sel surya dapat ditempatkan pada atap bangunan (atau dapat sebagai atap itu sendiri) maupun ditempatkan di atas tanah secara langsung. Bahkan, pada beberapa waktu terakhir, sel surya ditempatkan di atas air seperti kolam maupun danau.

PLTS cocok dengan kondisi di Indonesia yang daerahnya masih banyak sawah atau kebun yang tidak ada jaringan listriknya. Hal itu disebabkan sasaran utama jaringan listrik adalah pendistribusiannya ke pemukiman penduduk dan sentral industri.

Menurut Badan Pusat Statistik (BPS), luas lahan sawah di Indonesia sangatlah tinggi yaitu lebih dari tujuh juta hektar dan yang terluas adalah di Provinsi Jawa Tengah, yaitu lebih dari 1,2 juta hektar. Untuk meningkatkan produktivitas pertanian serta perkebunan diperlukan langkah-langkah modernisasi. Salah satu upaya modernisasi tersebut adalah dengan pengolahan secara baik dan terstruktur lahan pertanian atau perkebunan menggunakan teknologi modern. Sedangkan, teknologi tersebut tidak dapat terlepas dari peran energi listrik. Oleh karena itu, bentuk sumber energi mandiri seperti PLTS sangat cocok diterapkan di area persawahan maupun perkebunan.

Desa Manggihan yang terletak di kaki Gunung Merbabu di Kabupaten Semarang berupaya melakukan penyelamatan lahan pertanian dan perkebunan. Daerah yang masuk dalam Kecamatan Getasan itu menjadi salah satu daerah penyangga air bagi Danau Rawa Pening yang berada di bawahnya. Keberadaan Kebun Bibit Rakyat (KBR) memerlukan perhatian khusus dalam pengelolaannya.

Kebun tersebut sedang mengembangkan 25 ribu bibit tanaman sengon dan 10 ribu bibit alpukat untuk kemudian dibagi-bagikan kepada masyarakat setempat agar ditanam. Untuk meningkatkan pengelolaan program tersebut, maka Tim Elektro FTI Universitas Islam Sultan Agung (Unissula) Semarang bekerja sama dengan Ditjen Pendidikan Tinggi, Riset, dan Teknologi melalui Program Insentif Pemberdayaan Masyarakat Terintegrasi dengan Merdeka Belajar Kampus Merdeka (MBKM) berbasis kinerja Indikator Kinerja Utama (IKU).

Program Kegiatan Kampung Bangkit (KKB) dilaksanakan berdasarkan atas latar belakang masih rendahnya produktivitas pertanian dan belum terkelolanya sumber daya alam dan potensi energi secara optimal. Selain itu, dukungan infrastruktur penerangan listrik untuk jalan umum yang menerangi green house yang didalamnya sedang dikembangkan KBR masih belum ada.

Adapun, kegiatannya berbentuk pelatihan atau workshop dan perancangan serta pengaplikasian PLTS serta pengendalian secara otomatis penyiraman tanaman di green house KBR Mulyo Langgeng. Pendampingan masyarakat tersebut terutama ditujukan kepada petani dan karang taruna dimana mereka adalah pihak yang paling berkepentingan untuk peningkatan produktivitas KBR. Kegiatan diawali dengan diskusi dengan mitra mengenai kendala-kendala yang terjadi sebelumnya.

Berdasarkan hasil observasi permasalahan mitra kemudian diadakan diskusi dengan tim untuk dicarikan solusi terbaik. Perencanaan dan perancangan sistem dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan hasil optimal sehingga dilanjutkan dengan pengaplikasian sistem yang telah disepakati. Penentuan jenis sensor, jumlah sensor, jenis pengendali/kontroler, jenis pompa, serta penyemprot menjadi pertimbangan khusus untuk sistem penyiraman otomatis. Yang tidak kalah pentingnya adalah keberadaan green house yang terletak di dataran tinggi, sehingga perlu memperhatikan faktor kelembaban daerah sekitar lokasi. Selain dari tim internal kampus, kegiatan pendampingan juga melibatkan para praktisi yang sudah berpengalaman dalam pengendalian otomatis dan pemasangan PLTS.

Pelaksanaan pembuatan pengendalian otomatis penyiraman tanaman KBR dan pemanfaatan PLTS juga melibatkan beberapa mahasiswa Teknik Elektro Unissula. Luaran yang terlihat dari hasil kegiatan adalah bertambahnya pengalaman dan pengetahuan masyarakat terutama kalangan muda karang taruna mengenai teknologi elektronik untuk pengendalian penyiraman green house dan juga pemanfaatan tenaga surya sebagai sumber energi terbarukan.

Potensi di daerah Manggihan banyak. Tetapi dalam kesehariannya, potensi-potensi itu belum dikenal oleh masyarakat di luar daerah tersebut. Padahal desa tersebut telah mempunyai website sebagai media informasi bagi kegiatan desanya. Maka, salah satu bentuk pendampingan lain yang dilakukan adalah pelatihan penulisan dan etika penulisan di media website desa. Dengan menggandeng praktisi dan penggiat serta penulis media online, tim pengabdi masyarakat Teknik Elektro FTI Unissula mengadakan pelatihan tersebut.

Anggota karang taruna tiap dusun di Desa Manggihan mengikuti kegiatan agar kemampuan menulis di media online makin meningkat. Informasi mengenai kegiatan green house yang telah termodernisasi dengan sistem pengendalian otomatis juga dapat tersampaikan ke masyarakat luas. Luaran yang dapat terlihat adalah makin banyaknya tulisan-tulisan mengenai potensi desa yang terekspos di website Desa Manggihan.

Artikel ini merupakan tulisan opini yang ditulis oleh Tim Dosen Teknik Elektro FTI Unissula Penerima Hibah Pengabdian Masyarakat MBKM 2022: Munaf Ismail, Bustanul Arifin, Agus Adhi Nugroho, Budi Pramono Jati.