E-book LKTIN KMTM 2020

3

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang diatas terdapat beberpa permasalahan yang
diambil oleh peneliti sebagai berikut.

1. Bagaimana perancangan dari teknologi SIMPATI (Sistem Pertanian
Terintegrasi)?

2. Bagaimana efektivitas teknologi SIMPATI dalam meningkatkan
pertumbuhan tanaman?

3. Bagaimana mekanisme dari teknologi SIMPATI?
4. Bagaimana efektivitas teknologi SIMPATI dalam pengolahan limbah

makanan?

1.3 Tujuan Penelitian

Berdasarkan rumusan masalah yang telah disusun oleh peneliti. Berikut
merupakan tujuan dari penulisan karya tulis ilmiah ini.

1. Mengetahui perancangan dari teknologi SIMPATI (Sistem Pertanian
Terintegrasi)

2. Mengetahui efektivitas teknologi SIMPATI dalam meningkatkan
pertumbuhan tanaman

3. Mengetahui mekanisme dari teknologi SIMPATI
4. Mengetahui efektivitas teknologi SIMPATI dalam pengolahan limbah

makanan

1.4 Manfaat Penelitian

Bagi kalangan akademisi
1. Menambah ilmu pengetahuan tentang sistem otomatis
2. Dapat mengembangkan ide kreatif, inovatif dan sikap ilmiah
3. Mempersiapkan mahasiswa yang mampu berkompetisi dalam Revolusi

Industri 4.0

Bagi masyarakat dan industri pertanian

1. Memberikan pemahaman tentang sistem pertanian terintegrasi yang efektif
dan efisien serta ramah lingkungan ke masyarakat khusunya petani.

4

2. Mengembangkan pola pikir teknologi kepada para petani untuk
mewujudkan petani yang kompeten di era Revolusi Industri 4.0

3. Menciptakan sebuah sistem terpadu antara pertanian dengan industri.
4. Memberikan pengaruh yang cukup besar bagi pembangunan sebuah desa

agraris berkonsep pertanian modern serta memberikan kesejahteraan bagi
masyarakat Indonesia

5

BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Limbah Makanan
Sampah organik merupakan jenis sampah yang mudah membusuk dan
berpotensi mencemari lingkungan dan kesehatan masyarakat. Pengelolaan dan
pengolahannya mutlak diperlukan sehingga lingkungan menjadi bersih dan
kesehatan masyarakat dapat dijaga. Berdasarkan indicator Food Loss and Waste
tentang Food Sustainable Index, Indonesia termasuk kedalam 3 negara terburuk
dalam pengelolaan limbah makanan. Tabel 2.1 berikut merupakan tabel tentang

Food Sustainable Index
Gambar 2.1 Food Sustainable Index
Sumber : The Economist Intelligence Unit, 2018
Kepala Perwakilan FAO (Food and Agriculture Organization) untuk
Indonesia dan Timor Leste, Mark Smulders menyatakan bahwa indonesia
membutuhkan sekitar 190 juta ton makanan tiap tahun. Namun sebanyak 13 juta
metrik ton makanan malah terbuang dengan percuma. Jumlah tersebut seharusnya
bisa memenuhi hampir 11% penduduk Indonesia, atau sekitar 28 juta penduduk
miskin setiap tahunnya. Tercatat menurut Kementerian Lingkungan Hidup dan
Kehutanan pada tahun 2016 hingga 2018 limbah makanan menempati posisi
teratas dari total limbah yang dihasilkan sepanjang tahun yakni sebesar 44%
dibandingkan dengan limbah plastic yang hanya 15%.

6

Gambar 2.2 Komposisi Timbulan Sampah Berdasarkan Jenisnya.
Sumber: Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan, 2018
Emisi metana dari pembusukan limbah makanan di tempat pembuangan,
menyumbang metana yang dihasilkan. Menurut Profesor Dave Reay dari
Universitas Edinburgh "Karena menu makanan kita mengandung banyak daging
dan susu, maka dampak iklim tersembunyi dari menu makanan kita cenderung
meningkat,". Metana dalam jumlah berlebih bisa sangat berbahaya bagi
lingkungan hidup, terutama kesehatan manusia. Dikenal sebagai
"asphyxiate sederhana", metana menggantikan oksigen dalam ruang kecil tertutup.
Oksigen minimum yang dibutuhkan untuk bernapas adalah 18%, namun bila lebih
rendah dari 10% dapat berakibat fatal. Bila tercampur dengan zat lain, metana
juga berpotensi beracun. Bila gas alam, yang mengandung 97% metana, dibakar
tanpa pengaturan ventilasi yang tepat, karbon monoksida yang dihasilkannya bisa
menyebabkan kematian dalam waktu dua jam. Pada kadar yang tinggi bisa
membunuh hanya dalam waktu tiga menit.
2.2 Microbial Fuel Cells (MFCs)
Microbial Fuel Cell atau yang dikenal dengan singkatan MFC merupakan
sebuah sistem yang mengkonversi energi kimia menjadi energi listrik dengan
menggunakan katalis berupa bakteri . Sifat bakteri yang mampu mendegradasi

7

medium organik (enrichment) media pada sistem MFC akan memproduksi ion
elektron dan proton yang nantinya ion-ion tersebut menghasilkan perbedaan
potensial listrik sehingga dapat menghasilkan energi listrik (Ester, 2012).

2.2.1 Jenis Microbial Fuel Cells (MFCs)
Teknologi MFC dalam perkembangannya memiliki berbagai

tipe sesuai dengan kebutuhan dan pengaplikasianya. Secara umum
Teknologi MFC bisa dibedakan berdasarkan desain kompartemennya,
penggunaan membran penukar elektron dan kultur mikroba yang
digunakan dalam MFC tersebut (Ester, 2012).
a. Berdasarkan Desain Kompartemen

Berdasarkan kompartemennya terdapat tiga jenis MFC, yaitu
dual chamber MFC, single chamber MFC dan stack MFC. Dual
chamber MFC pada intinya memiliki dua ruang yang dipisahkan oleh
membran penukar kation (PEM) atau jembatan garam. Single chamber
MFC hanya memiliki satu ruang sehingga substrat dan larutan
elektrolit bercampur. Desain ini bisa menggunakan PEM ataupun
tanpa PEM (Ester, 2012).

Gambar 2.3 Single Chamber MFC (Kiri), Dual Chamber MFC (Kanan)
Sumber : Ester, 2012

2.2.2 Prinsip Kerja MFC
Teknologi MFC menghasilkan energi dalam bentuk listrik.

sebuah sistem MFC terdiri dari anoda, katoda membran penukar
kation atau proton dan sirkuit listrik. Bakteri hidup pada ruangan

8

anoda dan mengubah substrat seperti glukosa, asetat juga limbah cair
tahu dll menjadi CO2, proton dan elektron. Pada kondisi aerobik,
bakteri menggunakan oksigen atau nitrat sebagai aseptor elektron
akhir untuk membentuk air. Namun pada ruangan anoda dalam sebuah
MFC, tidak terdapat oksigen, sehingga bakteri harus mengubah
aseptor elektronnya menjadi sebuah aseptor insoluble seperti anoda
MFC. Berdasarkan kemampuan bakteri mentransfer elektron pada
anoda tersebut, maka MFC bisa digunakan untuk mengumpulkan
elektron yang berasal dari metabolisme mikroba. Elektron kemudian
mengalir melalui sirkuit listrik dengan muatan pada katoda. Beda
potensial antara anoda dan katoda bersama dengan aliran elektron
menghasilkan daya (Ester, 2012).

2.3 Hybrid Solar Energy dengan Ring Irrigation System

Untuk meningkatkan efektifitas penyiraman tanaman dengan
memanfaatkan suplai energi terbarukan menggunakan solar panel dengan
bentuk rancang bangun infrastruktur irigasi cincin. Solar energy dan ring
Irrigation System dapat meningkatkan keefektifan penyiraman tanaman hingga
50% dengan bantuan sensor kelembapan tanah (soilmoisture sensor) untuk
mendeteksi tingkat kelembapan menggunakan energi hasil produksi solar
panel. Berikut Gambar 2.4 merupakan desain dari Solar energy dan ring
Irrigation System menggunakan software Autocad.

Panel surya sebagai penyuplai energi listrik dengan memanfaatkan energi
cahaya matahari dan dapat mengurangi biaya penggunaan listrik. Sedangkan
sensor kelembapan tanah akan mendeteksi dan memonitoring tingkat
kelembapan tanah. Apabila tingkat kelembapan tanah kurang dari 30% dan
lebih dari 80%, maka Solar energy dan Ring Irrigation System akan otomatis
menyala dan berhenti untuk menyalurkan air.

9

Gambar 2.4. Desain Prototype Solar energy dan Ring Irrigation System
(Sumber : Penulis, 2020)

Alat ini berfungsi sebagai alat penghemat penyiraman air pada tanaman.
Kain katun yang digunakan dapat mempertahankan tingkat kelembapan tanah 50%
serta dapat meningkatkan keefektivan kelembapan tanah karena letak irigasi
cincin tepat pada sekeliling perakaran tanaman. Berikut Gambar 2.6 merupakan
cara kerja dari prototype Solar energy dan ring Irrigation System.

Gambar 2.5 Cara Kerja Prototype Solar energy dan ring irigation
system

(sumber: penulis, 2019)

10

BAB 3
METODE PENELITIAN

3.1 Studi literatur

Tahap awal penelitian adalah studi literatur yang dilakukan dengan
mempelajari jurnal publikasi nasional maupun internasional yang berkaitan
dengan penelitian mengenai MFC, Pupuk cair, Kompos, Solar energy, Sistem
irigasi cincin dan pengaplikasiannya di bidang pertanian.

3.2 Rancangan Percobaan SIMPATI

a. Persiapan Reaktor
Terdapat 2 kompartemen yaitu kompartemen agitasi dan kompartemen

MFC. Pada kompartemen agitasi peneliti menggunakan botol bekas 1.5 liter.
Pada kompartemen agitasi digunakan sebagai tempat pengendapan limbah
makanan yang dicampur dengan air cucian beras. Sedangkan untuk
kompartemen MFC peneliti menggunakan sistem MFC dual chamber. peneliti
menggunakan tempat sosis sonice bekas sebanyak 2 buah sebagai kopartemen
dalam dual chamber MFC. Dengan perlakuan yang dilakukan, pertama
bersihkan kedua chamber menggunakan air bersih yang mengalir. Keringkan
hingga kering. Reaktor MFC bekerja layaknya sel eletrolisis dimana terdapat
kopartemen katoda dan kompartemen anoda. Kompartemen katoda berisi H2O
dan NaCl sedangkan Kompartemen anoda berisi substrat yaitu limbah cair
tahu dan lumpur aktif dari sungai Mulyosari, Surabaya. Dan menggunakan Cu
(Tembaga) sebagai elektrodannya. (Lampiran 2)
b. Persiapan Limbah Cair Makanan

Preparasi limbah cair makanan sebagai substrat dilakukan dengan
membuat limbah makanan model yang dibuat dengan cara menghancurkan
limbah makanan, kemudian tambahkan air cucian beras dengan perbandingan
1:2 dari limbah makanan dan masukkan ke kompartemen agitasi sehingga
terjadi proses fermentasi awal dan proses pengendapan.

11

c. Persiapan Jembatan Garam
Salt bridge (jembatan garam) adalah salah satu jenis PEM (proton

exchange membran) yang peneliti gunakan karena harganya yang relatif
murah dan mudah dibuat. Tidak jarang juga pada penelitian yang lain
menggunakan PEM jenis Nafion 117 untuk membrane penukar ion-nya.
Pembuatan jembatan garam dilakukan dengan mempersiapkan pipa PVC
bekas berukuran 5/8” dipotong sepanjang 10 cm, kemudian masak agar-agar
yang dicampur dengan garam dengan takaran 2 sendok teh untuk agar-agar
dan 5 sendok teh untuk garam. Setelah mendidih dan cukup kental masukan
agar-agar yang telah tercampur garam kedalam pipa lalu tunggu hingga
mengeras. (Lampiran 3).

d. Persiapan Eksperimen
Setelah semua persiapan selesai, maka semua persiapan disusun sesuai

dengan model eksperimen yaitu tahap pertama masukkan limbah cair
makanan model kedalam kompartemen agitasi biarkan selama 3-4 jam.
Setelah limbah cair makanan terbentuk masukkan kedalam kompartemen
MFC dan dicampur menggunakan EM4. setelah itu biarkan selama 12 Jam
dan amati hasil dari eksperimen terebut. (lampiran 4)

e. Persiapan Solar Energy dan Sistem Irigasi Cincin
Mempersiapkan panel surya dan sistem irigasi cincin dengan menyiapkan

alat kemudian merangkai dan mengolah sistem sehingga dpat digunakan
seperti pada lampiran 5

3.3 Waktu dan Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan pada bulan Februari 2020 Bertempat di
Laboratorium Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya. Sedangkan penyusunan
makalah karya tulis dilakukan pada tanggal Januari-23 Maret 2020.

12

3.4 Alat dan Bahan Penelitian KETERANGAN
3 buah
Tabel 3.1 Alat dan Bahan 3 buah
NO ALAT DAN BAHAN 1 meter
1. Botol bekas 1 botol
2. LED 1 bungkus
3. Kabel 1 bungkus
4. EM4 1 kg
5. Garam 1 buah
6. Agar-agar 1 buah
7. Gula Merah 1 buah
8. Limbah Makanan 1 buah
9. Air cucian beras 1 buah
10. Relay 1 buah
11. Panel Surya 1 buah
12. Pompa 1 buah
13. Pipa I buah
14. Arduino
15. Pot Bunga
16. Sensor

3.5 Pengukuran Tegangan (V) sistem MFC

Pada penelitian ini, dilakukan analisa awal untuk mengetahui potensi limbah
makanan sebagai penghasil energi listrik alternatif melalui sistem MFC. Kinerja
MFC ini dilihat dari tegangan (V) yang dihasilkan melalui pengukuran
menggunakan Voltmeter. Dari data tegangan ini dapat diperoleh hasil dari kinerja
mikroba pada sistem MFC. Data tersebut diambil setiap 1 jam sekali dilakukan
selama 1 hari.

3.6 Flowchart

Penelitian ini dilakukan dengan rancangan yang ditunjukkan pada diagram
alir penelitian (flow chart). (lampiran 6)

13

BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Perancangan SIMPATI
SIMPATI (Sistem Pertanian Terintegrasi ) merupakan salah satu inovasi

yang digunakan untuk mengatasi permasalahan lingkungan yaitu tumpukan
sampah makanan, kekeringan, dan pertanian belum maksimal.

Perancangan SIMPATI memiliki 2 bagian yang keduanya saling
terintegrasi yaitu bagian pengontrol efektivitas keuburan tanah dan bagian
Pengolahan limbah menggunakan sistem Microbial Fuel Cells (MFC).

Gambar 4.1 Desain teknologi SIMPATI tampak isometric (kiri) dan tampak
belakang (kanan)

Sumber : Penulis, 2020
Terdapat beberapa komponen dalam teknologi SIMPATI antara lain
pompa, controller, tangki, LED, pipa dengan springkle, solar cell, sistem MFC,
sensor kelembapan dan kompartemen agitasi. Pada bagian kompartemen agitasi
digunakan kompartemen yang berasal dari drum bekas 40 liter dengan dimensi 50
cm dan diameter 35 cm pada kompartemen agitasi berisi limbah makanan yang
dicampur dengan air limbah cucian beras dengan perbandingan 1:4. Pada
kompartemen ini terjadi proses pengadukan sekaligus pengendapan antara air
cucian beras dengan air limbah organik. Zat cair campuran yang dihasilkan dari
kompartemen tersebut disalurkan menggunakan pipa menuju bagian MFC
Desain alat MFC menggunakan sel elektrokimia dengan sistem dual-
chamber yang terdiri dari kompartemen katoda dan kompartemen anoda.

14

Kompartemen tersebut terbuat dari drum bekas 20 liter yang memiliki dimensi
tinggi 50 cm dan diameter 23 cm. Pada kompartemen anoda terdapat air campuran
yang disalurkan dari kompartemen agitasi, selain itu terdapat EM4 yang
digunakan sebagai penghasil mikroorganisme yang berfungsi untuk
mendegradasikan senyawa substrat pada zat cair campuran tersebut. kemudian
dihubungkan dengan jembatan garam menggunakan Ultrex CMI-7000 (Bahera et
al, 2010) menuju kompartemen katoda. Kompartemen katoda berisi H2O dan
NaCl. Sistem MFC yang telah peneliti buat menggunakan elektroda yang berasal
dari tembaga. Tembaga memiliki daya hantar listrik yang baik dan harga relatif
murah. Tembaga yang digunakan sebagai elektroda memiliki dimensi diameter 5
mm.

4.2 Mekanisme Teknologi SIMPATI

Terjadi Proses pengadukan dan pencampuran limbah makanan dan air
cucian beras pada kompartemen agitasi kemudian limbah cair yang dihasilkan dari
system tersebut diteruskan menuju system microbial fuel cells dan terjadi proses
degradasi senyawa yang terkandung di dalam limbah cair untuk menghasilkan
proton dan elektron. Beda potensial tersebut akan menghasilkan energi listrik
yang akan disimpan menuju baterai dengan jenis lithium Iophospate (Ester, 2012).
Sedangkan pupuk cair yang dihasilkan dari system MFC tersebut dialirlkan
menuju tangki untuk dicampur dengan air yang didapatkan dari sumber air
melalui pipa dan pompa. Pencampuran tersebut dilakukan pada air dan pupuk cair
ini menggunakan perbandingan 10:1. Dari tangki tersebut dihubungkan dengan
pompa yang dilengkapi pipa dengan springkle yang terhubung dengan controller
Arduino untuk menjalankan fungsinya, dimana pompa akan bekerja ketika sensor
kelembapan mendeteksi adanya kelembapan di bawah 30% dan berhenti ketika
kelembapan mencapai 70%. Untuk menggerakkan pompa dan menghidupkan
lampu LED digunakan energi tambahan yang berasal dari Solar cell.

4.3 Pengujian Prototype SIMPATI

Terdapat 2 Protoype dari Teknologi SIMPATI yaitu prototype sistem MFC
dan Prototype pengontrol efektivitas kesuburan tanah. Dilakukan beberapa

15

pengujian menggunakan prototype teknologi SIMPATI untuk mengetahui pupuk
cair yang dihasilkan, Energi listrik yang dihasilkan, kerja sensor kelembapan yang
dihubungkan dengan pompa, energi listrik yang dihasilkan solarcell dan
efektivitas pertumbuhan tanaman.

4.3.1 Pupuk Cair yang Dihasilkan
Pupuk cair dihasilkan karena proses fermentasi selama 24 jam

yang terjadi pada kompartemen anoda dengan cara memanfaatkan limbah
sisa makanan dan air hasil cucian beras sebagai substrat, dan ditambahkan
bakteri EM4 sebagai penghasil mikroorganisme yang berfungsi untuk
mendegradasikan senyawa substrat pada limbah makanan tersebut.

Gambar 4.2 Pupuk Cair Hasil MFC
(Sumber : Dokumentasi penulis, 2020)
4.3.2 Pengukuran Tegangan Pada Kompartemen Microbial Fuel Cell’s
Selain sistem pengolahan limbah, dan sebagai penghasil pupuk cair
sistem MFC (Microbial Fuel Cell) juga menghasilkan daya listrik.

Gambar 4.3 Desain prototype sistem MFC (Microbial Fuel Cell)
(Sumber : Dokumentasi penulis, 2020)

16

Dalam penelitian ini peneliti menggunakan prototype sistem MFC
untuk menghasilkan energi listrik. Hasil dari protoype ini adalah
terbentuknya potensi listrik yang dihasilkan dari aktivitas mikroba dalam
sistem MFC yang berupa tegangan (V). Tegangan diukur selama satu jam
sekali yang diambil selama 24 jam. Pengukuran Tegangan menggunakan
Voltmeter. Tegangan yang dihasilkan dalam penelitian ini disajikan pada
gambar 3 yang menyatakan nilai tegangan terhadap waktu.

Grafik Tegangan

250 Tegangan Poly. (Tegangan)

200

Tegangan (mV) 150

100

50

0

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Waktu (Jam)

Gambar 4.4 Grafik perbandingan tegangan terhadap waktu

(Sumber : Penulis, 2020)

Pada gambar 4.4 menunjukkan nilai elektrolitis yang di tunjukan

oleh tegangan (V), dari sistem MFC dual chamber. Berdasarkan gambar

grafik diatas elektrolitis tertinggi pada Jam ke-17 dengan nilai 228 mV.

Sedangkan elektrolitis terendah pada jam ke-4 dengan nilai 8,8 mV. Listrik

yang dihasilkan bersifat fluktuasi dengan mengalami peningkatan dan

penurunan di jam terakhir pengukuran. Daya listrik yang dihasilkan

disimpan menggunakan baterai 12 watt.

Peningkatan nilai elektrolitis yang terukur oleh Voltmeter

kemungkinan terjadi saat mikroba melakukan pemecahan substrat

sederhana yang terdapat di dalam medium. Penurunan listrik yang terjadi

kemungkinan juga disebabkan oleh mikroba yang sedang beradaptasi

untuk memecah substrat yang lebih kompleks menjadi sederhana.

Peningkatan dan penurunan nilai elektrolitis menunjukkan kedinamisan

sistem karena digerakkan oleh makhluk hidup (Ibrahim et al 2014).

17

4.3.3 Hasil Pengujian Prototype Pengontrol Efektivitas Kesuburan
Tanah

Untuk melakukan pengujian Pengontrol efektifitas kesuburan
tanah,, maka dilakukan pengujian standar kelembaban tanah. Pengujian
ini menjelaskan kinerja dari sensor kelembapan tanah (soilmoisture
sensor) yang terdapat pada prototype SIMPATI. Pada Tabel 4.1
menunjukkan jika kelembaban kurang dari 30%, maka pompa otomatis
akan menyala secara otomatis, jika kelembaban lebih dari 80% maka
pompa otomatis akan mati secara otomatis.

5. Arduino 1. Relay
2. Panel Surya

6.Pot Bunga 3.Pompa

7. Sensor 4. Pipa
Gambar 4.5 Prototype Pengontrol Efektivitas Kesuburan Tanah

(Sumber : Dokumentasi penulis, 2020)

Tabel 4.1 Data Pengujian Kelembapan Tanah

No Jenis Tanah Kelembaban Pompa

1 Kering <30% Hidup

2 Basah 75-80% Mati

4.3.4 Pengujian Solarsell

Pengujian selanjutnya mengenai hasil dari penggunaan panel surya
dan ditujukan untuk mengetahui daya yang dipakai panel surya secara
langsung. Pengujian ini dilakukan mulai pukul 09.00-15.00. Hasil
pengujian menunjukkan bahwa panel surya dapat menghasilkan listrik
sebesar 65,3 watt dan dapat digunakan sebagai penyuplai daya pada
infrastruktur sistem irigasi SIMPATI.

4.3.5 Efektivitas Kesuburan Tanaman

Didapatkan hasil perbedaan sistem pertanian SIMPATI dan manual.
Dengan kondisi awal tanaman sama setinggi 29 cm dan mendapatkan

18

perlakuan sama yaitu penyiraman dilakukan ketika tanah mulai kering,

atau ph dibawah standart. Pada sistem irigasi SIMPATI, penyiraman

dilakukan otomatis ketika sensor menangkap kelembaban tanah 30% dan

akan melakukan penyiraman otomatis sampai kelembaban tanah mencapai

80%. Hasil pengujian menunjukkan bahwa tanaman dengan sistem irigasi

SIMPATI. lebih unggul dengan mempertahankan kelembaban dan

melakukan penyiraman hanya sekali dalam 2 hari. Sedangkan pada sistem

irigasi manual, tanah cepat mengering sehinga penyiraman dilakukan

sehari sekali untuk menghindari tanaman mati ataupun layu .Berikut Tabel

4.3 menunjukkan hasil perbandingan pengujian yang dilakukan.

Tabel 4.2 Perbandingan Hasil Pertumbuhan Tanaman

No Metode Tinggi Awal Tanaman Hasil Uji Coba, setelah ±1
(cm) bulan (cm)

1 SIMPATI 29 49

2 Manual 29 40

sumber: Penelitian penulis, 2020

Gambar 4.6 Pengukuran ketinggian tanaman
(Sumber: Penulis, 2020)

19

BAB 5
PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berikut Kesimpulan yang didapat dari penelitian SIMPATI.
1. Teknologi SIMPATI merupakan gabungan dari 2 sistem yang bekerja

secara terintegrasi yaitu system MFC dan system pengontrol
efektivitas kesuburan tanah.
2. Teknologi SIMPATI dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman
dibandingkan dengan teknologi manual dengan beda ketinggian 9 cm.
3. Teknologi SIMPATI menghasilkan lima solusi dengan satu inovasi
yaitu pupuk organik cair, Energi listrik, system pengolahan limbah
makanan, pengontrol otomatis, dan kompos
4. Limbah makana yang diolah menggunakan teknologi SIMPATI
mampu menurunkan zat metana dengan mengubah limbah makanan
tersebut menjadi pupuk cair dan kompos

5.2 Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan terdapat beberapa
masukan sebagai berikut.
1. Dalam perancangan teknologi SIMPATI dilakukan analisis nilai

ekonomis dari alat tersebut
2. Pupuk cair, kompos, dan lampu LED di terapkan langsung pada

tanaman sehingga dapat diperoleh data hasil pertumbuhan tanaman
dalam kurun waktu tertentu.
3. Variasi substrat yang digunakan dalam sistem MFC perlu
dikembangkan dan dioptimalkan.

20

DAFTAR PUSTAKA
Affan & Eko. 2017. Prototype Penyiram Tanaman Otomatis Dengan Sensor

Kelembaban Tanah Berbasis Atmega 328. Lamongan:Universitas Islam
Lamongan
Asdak, C. 1995. Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. Gadjah mada
University Press. Yogyakarta
Behera, Jana. 2010. Rice Mill Wastewater Treatment In Microbial Fuel Cells
Fabricated Using Proton Exchange Membrane And Earthen Pot At
Different pH. Bioelectrochemistry 79: 228-233.
Clemmens, A.J. & D.J. Molden. 2007. Water Uses and Productivity of Irrigation
System. Irrigation Science 25:247-261
Ester, K. 2012. Produksi Energi Listrik Melalui Microbial Fuel Cell
Menggunakan Limbah Industri Tempe. Fakultas Teknik. Program Studi
Teknologi Bioproses. Universitas Indonesia.
Food and Agriculture Organization. 2011. FAO in the 21st Century, Ensuring
Food Security in a Changing World. Rome.
Food and Agriculture Organization. 2011. Global Food Losses and Food Waste:
Extent, Causes and Prevention. Rome.
Hadisuwito, S. 2007. Membuat Pupuk Kompos Cair. Jakarta: Agro Media
Pustaka.
Ibrahim B. Pipih S. Syeila R. 2014. Kinerja Rangkaian Seri Sistem Microbial
Fuel Cell Sebagai Penghasil Biolistrik Dari Limbah Cair Perikanan. JPHPI
2014. Volume 17, Nomor 1.
Ieropoulos, I., J. Greenman 2008. Microbial fuel cells based on carbon veil
electrodes: stack configuration and scability. Internasional Journal Of
Engergy Research.
Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan. 2018. Komposisi Timbulan
Sampah Berdasarkan Jenisnya.
Kurniawati, Lia. 2010. Pengaruh Pencahayaan LED. Jakarta: Fakultas Teknik
Universitas Indonesia.
Lingga. 2011. Pengaruh Cahaya Terhadap Tumbuhan. Jakarta: Institut Pertanian
Bogor.

21

Logan and Regan. 2006. Electricity-Producing Bacterial Communities In
Microbial Fuel Cells. TRENDS in Microbiology 14: 512-518.

Logan, BE. 2008. Microbial Fuel Cell. United States of America: A John Wiley
& Sons Inc.

Molden, D.J. 2007. Water for Food Water for Life : A Comprehensive Assesment
of Water Management in Agriculture. International Water Management
Institute. Colombo.

Pulungan, Ashwin. 2017. Permasalahan Inti Pertanian Tanaman Pangan di
Indonesia. Kompasiana diakses pada tanggal 2 Oktober 2019 pukul 11.20.

The Economist Intelligence Unit. 2018. Food Sustainable Index.
Zahara. 2010. Pemanfaatan Saccharomyces Cerevisiae Dalam Sistem Microbia

Fuel Cell Untuk Produksi Energi Listrik. Fakultas Teknik. Program Studi
Teknik Kimia. Universitas Indonesia.
Lingga, P. dan Marsono. 2000. Petunjuk Penggunaan Pupuk. Jakarta : Penebar
Swadaya.

22

LAMPIRAN

Lampiran 1 State of The Art

23

Lampiran 2. Persiapan Reaktor

Lampiran 3. Persiapan Jembatan Garam

24

Lampiran 4. Persiapan Eksperimen
Lampiran 5 Tahap Eksperimen

Lampiran 6. Flow Chart 25

Start Persiapan
Reaktor
Studi Literatur
Persiapan
Persiapan Limbah Rancangan Jembatan Garam
Makanan Percobaan Persiapan Solar
Energy dan Ring
Persiapan Eksperimen Irrigation System
Bioaktivator MFC

Tidak Data dan
pengamatan

Ya

Hasil dan
Pembahasan
Perancangan
SIMPATI

Finish

26

Lampiran 7. Program Arduino SIMPATI

int pompa = 13;
float sensor = A0;
float val;
void setup() {

// put your setup code here, to run once:
Serial.begin (9600);
pinMode (pompa,OUTPUT);
pinMode (sensor,INPUT);
}
void loop() {
val = (1023-analogRead(A0));
val = val/6.50;
if (val<=30)
{
digitalWrite(pompa,1);
}
else
{
digitalWrite(pompa,0);
}
Serial.println
(String(analogRead(A0))+";"+String(digitalRead(pompa))+";"+String(val)+"%");
// Serial.println(" %");
delay(100)

27

Lampiran 8 Desain Teknologi

28

Energi Terbarukan
LOMBA KARYA TULIS ILMIAH 2020
SI-GAMER (SOLAR GENERATOR INTEGRATION MODIFIER):
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA YANG TERINTEGRASI
THERMOELECTRIC GENERATOR SOLUSI EFEKTIF PENYEDIA
ENERGI LISTRIK DI PULAU GILIRAJA, MADURA

Diusulkan Oleh :
(Jamaluddin Hakim, 10511810000061 ; 2018)
(Prankasius I. J. Agung. S., 10511810000066 ; 2018)

(Ayu Nur Lestari, 10511810000035 ; 2019)

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2020

i

LEMBAR PENGESAHAN

1. Judul Karya Tulis : SI-GAMER (SOLAR GENERATOR

INTEGRATION MODIFIER): PEMBANGKIT

LISTRIK TENAGA SURYA YANG

TERINTEGRASI THERMOELECTRIC

GENERATOR SOLUSI EFEKTIF PENYEDIA

ENERGI LISTRIK DI PULAU GILIRAJA,

MADURA

2. Sub Tema : Energi Terbarukan

3. Ketua Pelaksana

a. Nama Lengkap : Jamaluddin Hakim

b. NIM : 10511810000061

c. Program Studi : D4 Teknik Instrumentasi

d. Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember

e. Alamat : jl. Gebang Lor, No.28, Sukolilo, Surabaya.

f. No HP : 085813745103

g. Email : [email protected]

4. Nama Anggota/Jurusan/Angkatan

a. Prankasius I. J. Agung. S / D4 Teknik Instrumentasi/ Angkatan 2018

b. Ayu Nur Lestari /D4 Teknik Instrumentasi/ Angkatan 2019

5. DosenPendamping

a.Nama Lengkap dan Gelar: Putri Yeni Aisyah, S.T., M.T.

b. NIDN/NIDK/NUPN : 0003059301

c. Alamat : Keputih Gang IIIC No.4

d. No HP : 08998396981

Surabaya, 17 Juni 2020

Dosen Pendamping KetuaTim Pelaksana

Putri Yeni Aisyah, S.T., M.T. Jamaluddin Hakim
NIDN. 0003059301 NRP. 10511810000061

Mengetahui,
Wakil Rektor Bidang Kemah

Prof. Dr. Ir. Adi Soeprij
NIP. 196404051990021001

ii

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA LOMBA
KARYA TULIS ILMIAH NASIONAL 2020

Judul karya tulis : SI-GAMER (SOLAR GENERATOR INTEGRATION

MODIFIER): PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

YANG TERINTEGRASI THERMOELECTRIC

GENERATOR SOLUSI EFEKTIF PENYEDIA ENERGI

LISTRIK DI PULAU GILIRAJA, MADURA

Nama Ketua : Jamaluddin Hakim

Nama Anggota : 1) Pankrasius I. J.Agung S.

2) Ayu Nur Lestari.

Kami yang bertanda tangan di bawah ini menyatakan bahwa karya tulis
dengan judul yang tersebut diatas memang benar merupakan karya orisinal yang
dibuat oleh penulis dan belum pernah dipublikasikan dan atau dilombakan di luar
kegiatan ”Lomba Karya Tulis Ilmiah Nasional 2020” yang diselenggarakan oleh
Keluarga Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Demikian pernyataan ini kami buat dengan sebenarnya, dan apabila terbukti
terdapat pelanggaran di dalamnya, maka kami siap untuk didiskualifikasi dari
kompetisi ini sebagai bentuk pertanggungjawaban kami.

Menyutujui Surabaya, 17 Juni 2020
Dosen Pembimbing Ketua Tim

Putri Yeni Aisyah, S.T., M.T Jamaluddin Hakim
NIDN. 0003059301 NRP. 10511810000061

iii

KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya
kepada penulis, sehingga karya tulis ilmiah yang berjudul “SI-GAMER (SOLAR
GENERATOR INTEGRATION MODIFIER): PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA SURYA YANG TERINTEGRASI THERMOELECTRIC
GENERATOR SOLUSI EFEKTIF PENYEDIA ENERGI LISTRIK DI
PULAU GILIRAJA, MADURA” dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Karya
Tulis Ilmiah ini dibuat dalam rangka untuk mengikuti Lomba Karya Tulis Ilmiah
2020 yang diselenggarakan oleh KMTM Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada semua pihak
yang telah membantu dalam penyelesaian karya tulis ini, yaitu:

1. Putri Yeni Aisyah, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing. Arahan dan
bimbingan beliau sangat membantu dalam penyusunan karya tulis
ini.

2. Kedua orang tua yang telah memberikan motivasi serta nasehat yang
bermanfaat selama proses penulisan.

3. Penulis yang karyanya sangat bermanfaat sebagai referensi
penyusunan karya tulis, serta semua pihak yang tidak dapat kami
sebutkan satu per satu dalam muqadimah singkat ini.
Semoga dengan adanya karya tulis ini, dapat memberikan

manfaat, tambahan informasi dan wawasan mengenai karya tulis ini.
Mengingat adanya kelemahan dan keterbatasan, serta masih jauhnya
karya tulis ini dari kesempurnaan, maka semua saran dan kritik yang
membangun sangat diharapkan untuk menjadikan karya tulis ini lebih
baik.

Surabaya, 17 Juni 2020

Penulis

iv

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................................... i
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA LOMBA KARYA TULIS
ILMIAH NASIONAL 2020.................................................................................... ii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii
DAFTAR ISI.......................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi
DAFTAR TABEL................................................................................................. vii
ABSTRAK ........................................................................................................... viii
BAB I ...................................................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang............................................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah....................................................................................... 2
1.3 Tujuan............................................................................................................ 2
1.4 Manfaat.......................................................................................................... 3
BAB II..................................................................................................................... 4
2.1 Solar Cell ....................................................................................................... 4
2.2 Plat tembaga ................................................................................................. 4
2.4 Heat Sink sebagai Alat Penukar Panas.......................................................... 5
BAB III ................................................................................................................... 5
3.1 Pengumpulan Data ........................................................................................ 6

3.1.1 Survey Lapangan .................................................................................... 6
3.1.2 Studi Literatur ......................................................................................... 6
3.2 Pengolahan Data............................................................................................ 6
3.3 Perancangan dan Perhitungan Sistem............................................................ 7
3.4 Pembuatan Alat ............................................................................................. 7
3.5 Pengujian Alat ............................................................................................... 7
3.6 Analisis dan Evaluasi .................................................................................... 8
3.7 Penulisan Laporan Akhir dan Dokumentasi.................................................. 8
BAB IV ................................................................................................................... 9
4.1 Hasil Rancang Bangun SOLAR GENERATOR INTEGRATION MODIFIER
(SI-GAMER) ....................................................................................................... 9
4.2 prinsip Kerja SI-GAMER.............................................................................. 9
4.3 Hasil Energi Listrik SI-GAMER ................................................................. 10
4.3.1 Sel Surya ............................................................................................... 10
4.3.2 Thermoelectric Generator (TEG).......................................................... 11

v

4.3.3 Perbandingan Energi Total SI-GAMER dengan Sel Surya Biasa ........ 12
4.4 Perhitungan Desain SI-GAMER ................................................................. 12
4.5 Analisis Harga dan Payback Period (PBP)................................................. 12
BAB V................................................................................................................... 15
5.1 Kesimpulan.................................................................................................. 15
5.2 Saran ............................................................................................................ 15
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 16

vi

DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Demonstrasi Menuntut Adanya Listrik di Giliraja, Sumenep
(youtube.com) ......................................................................................................... 1
Gambar 2 Konsep Solar Cell (sumber: epco.co.th) .............................................. 4
Gambar 3 Plat Tembaga (suryalogam.com) .......................................................... 4
Gambar 4 Konsep Pembangkitan Listrik pada TEG (https://1.bp.blogspot.com/)5
Gambar 5 Cara Kerja Heat Sink (alavictor.wordpress.com) ................................. 5
Gambar 6 Diagram Alir Metode Penelitian.......................................................... 6
Gambar 7 Diagram aliran energi SI-GAMER....................................................... 7
Gambar 8 Rancangan Bangun SI-GAMER........................................................... 9
Gambar 9 Prinsip Kerja SI-GAMER................................................................... 10
Gambar 10 Uji Coba SI-GAMER ....................................................................... 10
Gambar 11 Waktu Kembali Modal Pengimplementasian SI-GAMER............... 14

vii

DAFTAR TABEL
Tabel 1 Hasil Uji Coba Sel Surya ........................................................................ 10
Tabel 2 Hasil Uji Coba TEG ................................................................................ 11
Tabel 3 Perbandingan Energi Total SI-Gamer dan Sel Surya Konvensinal......... 12
Tabel 4 Harga Total Implementasi SI-GAMER................................................... 13

viii

SI-GAMER (SOLAR GENERATOR INTEGRATION MODIFIER):
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA YANG TERINTEGRASI
THERMOELECTRIC GENERATOR SOLUSI EFEKTIF PENYEDIA

ENERGI LISTRIK DI PULAU GILIRAJA, MADURA

Jamaluddin Hakim [1], Pankrasius I. J. Agung S.[2], Ayu Nur Lestari [3]
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
[email protected]

ABSTRAK

Banyak kegiatan masyarakat dan sektor industri skala kecil maupun skala besar
sangat sangat bergantung pada ketersediaan energi listrik. Dikutip dari data
Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) yang merilis Keputusan
Menteri ESDM Nomor 143K/20/MEM/2019 tentang Rencana Umum
Ketenagalistrikan Nasional Tahun 2019 sampai dengan Tahun 2038. Dalam
keputusan itu, ESDM memproyeksikan rata-rata pertumbuhan kebutuhan energi
listrik nasional sekitar 6,9 persen per tahun. Pada tahun 2017, rasio elektrifikasi
sebesar 92,80%. Namun, masih ada sekitar 2500 desa yang belum teraliri listrik. Di
sisi lain, Indonesia adalah negara tropis yang memiliki intensitas cahaya matahari
hampir 10 jam per hari sepanjang tahun. Indonesia memiliki intensitas energi
matahari 4,0-4,9 kWh / m2. Kondisi ini berpotensi sebagai alternatif sumber energi
listrik untuk menutupi kekurangan listrik, terutama di daerah yang sulit dijangkau
oleh tenaga listrik yang ada. Karya ini akan menawarkan solusi tentang optimalisasi
pemanfaatan energi matahari melalui SI-GAMER (Solar Generator Integration
Modifier): pembangkit listrik tenaga surya terintegrasi thermoelectric generator
(TEG). SI-GAMER terdiri dari sel surya, thermoelectric generator (TEG), heatsink
dan Plat tembaga. SI-GAMER mampu mengubah dua energi yang dihasilkan oleh
matahari menjadi energi listrik. Energi listrik dihasilkan oleh energi foton melalui
efek sel surya yang memiliki daya rata-rata 8,16 Watt. Selain itu, energi listrik juga
dihasilkan oleh energi panas melalui efek seebeck thermoelectric yang memiliki
daya rata-rata 7,858667 Watt. Hal tersebut menunjukan inovasi ini meningkatkan
daya sebesar 96,31% dibandingkan sel surya konvensional. Dalam permasalahan
ini, SI-GAMER mampu memberikan solusi alternatif untuk menghasilkan listrik,
terutama di pulau Giliraja, Sumenep. Selain itu, kelebihan SI-GAMER juga tidak
memerlukan biaya operasional dan ramah lingkungan.

Kata Kunci : Matahari, Energi Listrik, Solar Generator Integration Modifier,
Thermoelectric Generator

1

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan negara yang memiliki jumlah penduduk terbesar
keempat di dunia dengan total penduduk mencapai 237.6 juta jiwa pada tahun 2017
(Statistik 2017). Jumlah penduduk tersebut semakin bertambah tiap tahunnya
dengan pertambahan sebesar 1.9%. Hal ini berimplikasi pada kebutuhan energi juga
meningkat secara signifikan sebesar 3.09%. Dari peningkatan tersebut, energi yag
paling banyak digunakan adalah listrik. Listrik menjadi sebuah kebutuhan energi
yang sangat vital di berbagai sektor karena efisiensi dan keandalannya. Selama
rentang 2010-2015 konsumsi energi listrik mengalami peningkatan sebesar 6.5%
per tahun (Badan Pengkaji dan Penerapan Teknlogi, 2011-2016). Berdasarkan data
dari Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) pada tahun 2017, rasio
elektrifikasi Indonesia mencapai 92,80%. Namun, masih ada sekitar 2500 desa yang
belum teraliri listrik (ESDM, Mineral, Kementrian Energi dan Sumber Daya 2017).
Salah satu desa yang belum merasakan elektrifikasi adalah desa di pulau
Giliraja, Sumenep. Menurut berita dari Pojokpitu JTV pada 2019, menyatakan
bahwa masyarakat Kecamatan Giligenting, Pulau Giliraja, Kabupaten Sumenep,
Jawa Timur, mengeluhkan tidak adanya akses listrik di daerah mereka. Selama ini,
masyarakat memenuhi kebutuhan penerangan dengan menggunakan lilin dan
lampu teplok. Masyarakat yang mampu secara ekonomi, mereka menggunakan
mesin genset. Namun, genset masih menggunakan bahan bakar fosil yang tidak
ramah lingkungan.

Gambar 1 Demonstrasi Menuntut Adanya Listrik di Giliraja, Sumenep (youtube.com)

2

Indonesia terletak di garis katulistiwa, sehingga Indonesia mempunyai
sumber energi surya yang berlimpah dengan intensitas radiasi matahari rata-rata
sekitar 4.8 kWh/m2 per hari (Fitriana, 2005), di seluruh wilayah Indonesia. Dengan
berlimpahnya sumber energi surya yang belum dimanfaatkan secara optimal,
diperlukan adanya inovasi terhadap Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang
dapat membuat energi surya lebih optimal, karena Pembangkit Listrik Tenaga
Surya (PLTS) dengan sistemnya yang modular dan mudah dipindahkan merupakan
salah satu solusi yang dapat dipertimbangkan sebagai salah satu pembangkit listrik
alternatif. PLTS merupakan teknologi yang ramah lingkungan karena tidak
melepaskan polutan seperti halnya pembangkit listrik tenaga fosil.

Berdasarkan data (ESDM, Mineral, Kementrian Energi dan Sumber Daya
2015), kawasan Giliraja memiliki potensi panas matahari yang berlimpah sebesar
4,5 kWh/ m2 per hari. Potensi ini dapat dimanfaatkan sebagai PLTS untuk
memenuhi kebutuhan listrik masyarakat setempat. Hal ini menjadi dasar terciptanya
SI-GAMER (Solar Generator Integration Modifier): pembangkit listrik tenaga
surya terintegrasi thermoelectric generator (TEG). SI-GAMER terdiri dari sel
surya, thermoelectric generator (TEG), heatsink dan Plat tembaga. SI-GAMER
mampu mengubah dua energi yang dihasilkan oleh matahari menjadi energi listrik.
Inovasi ini mampu meningkatkan daya yang dihasilkan jika dibandingkan dengan
sel surya konvensional. Dengan adanya inovasi teknologi ini diharapkan dapat
mengatasi keluhan masyarakat Giliraja, Sumenep akan kebutuhan listrik dan dapat
meningkatkan kesejahteraan masyarakat.
1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang akan diselesaikan melalui karya tulis ini antara lain:
1. Bagaimana merancang dan membuat device SI-GAMER yang mampu

menghasilkan energi listrik yang optimal dan mudah pengoperasiannya dengan
memanfaatkan potensi energi surya yang ada?
2. Bagaimana dampak penggunaan SI-GAMER bagi pemenuhan kebutuhan listrik
masyarakat desa?
1.3 Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai dari karya tulis ini antara lain:
1. Merancang dan membuat device SI-GAMER yang mampu menghasilkan

3

energi listrik yang optimal dan mudah pengoperasiannya dengan
memanfaatkan potensi energi surya yang ada
2. Mengetahui dampak penggunaan SI-GAMER bagi pemenuhan kebutuhan
listrik masyarakat desa
1.4 Manfaat

Beberapa kegunaan dari karya tulis ini antara lain:
1. Bagi pemerintah: penerapan SI-GAMER dapat menjadi solusi alternatif bagi

pemerintah untuk pemenuhan kebutuhan listrik di daerah daerah yang
belum terjangkau aliran listrik
2. Bagi masyarakat: penerapan SI-GAMER dapat menyediakan energi listrik
yang lebih ramah lingkungan dibandingkan pembangkit listrik berbahan
bakar fosil sehingga kebutuhan sehari- hari masyarakat di daerah terpencil
dapat terpenuhi.
3. Bagi Mahasiswa: mengembangkan wawasan mahasiswa dan kreativitas
mahasiswa dalam pengembangan teknologi yang berguna bagi masyarakat
sehingga fungsi mahasiswa dalam tri dharma perguruan tinggi tercapai.

4

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Solar Cell

Solar Cell adalah komponen generator listrik yang terbuat dari dioda.

Konversi energi matahari menjadi energi listrik melalui panel surya terjadi dengan

proses photovoltaic yang bergantung pada radiasi matahari seperti pada gambar 2.

Kapasitas energi akan maksimal saat siang hari dan posisi solar cell dan matahari

tegak lurus. Rata-rata panel surya memiliki efisiensi maksimum sekitar 10% dan

22W / m2. Panel surya terdiri dari sel photovoltaic, baik secara seri maupun paralel

yang mengubah radiasi matahari menjadi listrik (Putra Nandy Dkk, 2009).

Gambar 2 Konsep Solar Cell (sumber: epco.co.th)

2.2 Plat tembaga

Plat Tembaga adalah merupakan konduktor panas dan listrik yang baik.
Selain itu unsur ini memiliki korosi yang cepat sekali. Plat Tembaga murni sifatnya
halus dan lunak, dengan permukaan berwarna jingga kemerahan. Tembaga
dicampurkan dengan timah untuk membuat perunggu (Afandi Malik Dkk, 2015).

Gambar 3 Plat Tembaga (suryalogam.com)

5

2.3 Thermoelectric generator (TEG)
merupakan sebuah fenomena konversi energi dari panas menjadi energi

listrik atau sebaliknya. Bahan elektronika yang lazim digunakan sebagai generator
thermoeletric adalah peltier. Peltier merupakan komponen elektronika yang
penggunaannya jika terdapat perbedaan suhu akibat panas maka akan menghasilkan
arus listrik. Terjadinya perbedaan suhu pada sisi- sisinya dapat dijelaskan dengan
konsep energi Fermi. Konsep energi Fermi merupakan konsep yang menjelaskan
tentang sifat listrik dan termal pada benda padat. Penggunaan komponen dengan
cara dipanaskan pada bagian tertentu dan sisi yang lain diberi pendingin atau
biasanya menggunakan heatsink. Perbedaan suhu pada sisi – sisinya
membangkitkan energi listrik (Indotrading, 2018).

Gambar 4 Konsep Pembangkitan Listrik pada TEG (https://1.bp.blogspot.com/)

2.4 Heat Sink sebagai Alat Penukar Panas
Dalam sistem elektronik, heat sink adalah alat penukar panas pasif yang

mendinginkan perangkat menghamburkan panas ke medium sekitarnya. Heat sink
digunakan dengan daya tinggi perangkat semikonduktor. Heat sink memainkan
peran penting dalam komposisi radiator, selain kipas pendinginan aktif, menilai
dudukan atau jatuhnya radiator, sebagian besar tergantung pada panas kemampuan
konduksi dan panas disipasi radiator itu sendiri (Cooltron, 2008).

Gambar 5 Cara Kerja Heat Sink (alavictor.wordpress.com)

6

BAB III
METODE PENULISAN
Dalam merancang karya ilmiah ini, kami menggunakan metode yang
ditampilkan pada Gambar
3.1 Pengumpulan Data

Gambar 6 Diagram Alir Metode Penelitian

3.1.1 Survey Lapangan
Pada tahap ini dicari permasalahan yang terjadi tentang krisis energi di

di pulau Giliraja. Data yang dicari meliputi akses mendapatkan listrik, kendala
adanya suplai listrik di pulau Giliraja. Survey ini dilakukan sebagai data primer
yang memiliki kekuatan fakta yang sedang terjadi. Metode yang digunakan
yaitu data maining dengan big data desa-desa terpencil di Indonesia.

3.1.2 Studi Literatur
Pada studi literatur dicari bahan yang berkaitan dengan krisis energi

listrik di wilayah Indonesia lainnya untuk disbanding-bandingkan. Kemudian
juga dicari tentang pembuatan sistem pembangkit yang ramah lingkungan
baik dalam prinsip kerja dan cara pembuatannya.
3.2 Pengolahan Data

Pada tahap ini dilakukan pengolahan data baik dari data hasil data maining
maupun dari studi literatur. Data tersebut kemudian dirumuskan menjadi sebuah ide
mengenai rancangan system yang tepat untuk menjawab permasalahan terkait
permasalahan energi listrik di pedasaan.

7

3.3 Perancangan dan Perhitungan Sistem

Gambar 7 Diagram aliran energi SI-GAMER

Perancangan sistem pada SI-GAMER terdiri dari beberapa komponen
untuk memanfaatkan dua energi dari tenaga surya, yaitu energi foton dan energi
panas. Energi foton akan dihasilkan oleh efek sel surya. Di sisi lain, energi panas
dikonversi menjadi energi listrik oleh thermoelectric generator (TEG) yang
dipasang pada sel surya. Diagram aliran energi yang dihasilkan SI-GAMER
ditunjukkan pada gambar 7.
3.4 Pembuatan Alat

Pembuatan alat dimulai dari penyusunan konstruksi sel surya. Setelah itu,
pemasangan Plat tembaga yang akan ditempelkan dengan sisi panas thermoelectric
generator (TEG). Pada sisi dingin thermoelectric generator (TEG) ditempelkan
heatsink.
3.5 Pengujian Alat

Pengujian alat dilakukan dengan melakukan pengukuran output energi
listrik yang digunakan untuk menjadikan SI-GAMER lebih optimal ketika
digunakan serta untuk mengetahui efisiensi dari alat ini.

Adapun pengujian tiap komponen yang dilakukan pada SI-GAMER sebagai
berikut.

1. Sel surya: menyesuikan output energi listrik yang dihasilkan dengan
datasheet komponen tersebut.

2. Thermoelectric generator (TEG): menyesuikan output energi listrik
yang dihasilkan dengan datasheet komponen tersebut.

3. Baterai: membandingkan kapasitas output dengan datasheet komponen
tersebut.

8

4. Inverter: menguji performansi beban bertegangan AC dengan
menggunkan sumber bateraai bertegangan DC.
Pada pengujian hubungan antara komponen sebagai berikut.

1. Sel surya dengan thermoelectric generator (TEG): mengukur hasil
integrasi kedua output sumber energi dengan metode pararel.

2. Sel surya dengan baterai: menghitung pertambahan energi listrik yang
tersimpan dalam baterai.

3. Thermoelectric generator (TEG) dengan baterai: menghitung
pertambahan energi listrik yang tersimpan dalam baterai.

4. Baterai dengan inverter: menguji kecocokan performansi inverter
dengan baterai dengan melihat stabilitas kinerja beban.

3.6 Analisis dan Evaluasi
Pada tahap ini dilakukan analisis dan evaluasi dari serangkaian penelitian

yang telah dilakukan. Parameter yang ditinjau sistem kerja program SI-GAMER.
Selain itu, analisa juga membahas tentang biaya operasional, efektivitas kerja, hasil
yang diperoleh dan kelayakan penerapan pada desa tertinggal.
3.7 Penulisan Laporan Akhir dan Dokumentasi

Data yang diperoleh akan dianalisis menggunakan dua teknik analisis data
yaitu analisis deskriptif dan analisis komparatif. Analisis data dengan metode
analisis deskriptif berguna untuk menjelaskan tentang keadaan yang sebenarnya
pada obyek yang dikaji. Analisis komparatif dilakukan dengan membandingkan
gagasan penulis dengan beberapa teori yang relevan dengan gagasan tersebut.
Perbedaan hasil efisiensi sel surya biasa dengan SI-GAMER menjadi data
pembandingserta bahan evaluasi. Penulisan laporan dilakukan setelah semua
tahap terselesaikan sehingga hasil yang diperoleh dari perancangan sistem dapat
dijelaskan secara rinci sesuai dengan data yang telah diperoleh. Kemudian semua
kegiatan yang dilakukan akan didokumentasikan dalam sebuah foto dan video.

9

BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Rancang Bangun SOLAR GENERATOR INTEGRATION
MODIFIER (SI-GAMER)
SOLAR GENERATOR INTEGRATION MODIFIER (SI-GAMER) merupakan
pembangkit listrik tenaga surya yang memanfaatkan cahaya dan panas matahari. SI-
GAMER memiliki komponen-komponen yang ditunjukan pada gambar 8.

Gambar 8 Rancangan Bangun SI-GAMER

4.2 Prinsip Kerja SI-GAMER
Prinsip kerja dari inovasi ini adalah memanfaatkan tenaga surya yang

terdiri dari energi photon dan panas. Energi photon akan dikonversi menjadi listrik
oleh sel surya, sedangkan energi panas akan dikonversi menjadi listrik oleh
thermoelectric generator (TEG). Energi panas didapatkan dari perambatan panas
dari sel surya menuju Plat tembaga sesuai hukum = . . ∆ / . Berikutnya yaitu
DC to DC boost converter 2 in 1 akan mengkombinasikan energi listrik yang
dihasilkan sel surya dan thermoelectric generator (TEG) untuk disimpan kedalam
baterai. Selanjutnya inverter DC to AC akan mengubah sumber DC dari baterai
menjadi sumber AC sehingga energi listrik siap untuk digunakan. Prinsip kerja
tersebut diilustrasikan pada gambar 9.

10

Gambar 9 Prinsip Kerja SI-GAMER

4.3 Hasil Energi Listrik SI-GAMER
4.3.1 Sel Surya
Pada tanggal 14 Mei 2020, dilakukan uji coba inovasi ini di
kawasan kampus ITS, Surabaya yang dapat ditunjukan gambar 10.

Gambar 10 Uji Coba SI-GAMER

Berdasarkan uji coba tersebut, sel surya 10 Wp memiliki daya
output rata- rata sebesar 8,16 Watt yang dapat ditunjukan oleh tabel 1.

Tabel 1 Hasil Uji Coba Sel Surya

Pukul Tegangan (V) Arus (A) Daya (W)
09.00 20,4 0,4 8,16

11

10.00 20 0,43 8,6

11.00 19,49 0,45 8,7705

12.00 19,77 0,44 8,6988

13.00 19,98 0,36 7,1928

14.00 19,50 0,27 5,265

15.00 19,31 0,18 3,4758

Rata-rata 0,467778 0,4 8,16

4.3.2 Thermoelectric Generator (TEG)

Selain menggunakan sel surya, SI-GAMER juga menggunakan TEG
40 Watt untuk memanfaatkan energi panas dari tenaga surya. Berdasarkan
uji coba tersebut, TEG memiliki daya output rata-rata sebesar 7,858667
Watt yang dapat ditunjukan oleh tabel 2.

Tabel 2 Hasil Uji Coba TEG

Pukul Tegangan(V) Arus Daya 1 Daya 16
(A) TEG TEG
07.57 0,37 (W) (W)
09.00 0,39 0,105 0,3885 6,216
10.00 0,44 0,105 0,4095 6,552
11.00 0,53 0,105 0,462 7,392
12.00 0,63 0,105 0,5565 8,904
13.00 0,56 0,105 0,6615 10,584
14.00 0,47 0,105 0,588 9,408
15.00 0,42 0,105 0,4935 7,896
16.00 0,40 0,105 0,441 7,056
Rata- 0,467778 0,105 0,420 6,72
Rata
0,105 0,4911667 7,858667

12

4.3.3 Perbandingan Energi Total SI-GAMER dengan Sel Surya
Biasa

Perbandingan energi total listrik digunakan untuk mengetahui
keefektifan SI-GAMER dari segi daya yang dihasilkan. Perbandingan ini
dapat diketahui dari parameter yang dapat dilihat pada tabel 3.

Tabel 3 Perbandingan Energi Total SI-Gamer dan Sel Surya Konvensinal

SI-GAMER Sel Surya Biasa

ESel Surya 8,16 W 8,16 W

EThermoelectric 7,858667 W -

Etotal 16,018667 W 8,16 W

Berdasarkan tabel tersebut, SI-GAMER memiliki daya output lebih

unggul sebesar 96, 31% dibandingkan sel surya biasa.

4.4 Perhitungan Desain SI-GAMER

Jumlah penduduk di pulau Giliraja mencapai 1000 KK. Jika diasumsikan 1

KK membutuhkan listrik 900 watt, maka total kebutuhan yang harus disediakan
pembangkit adalah 900 kW. Berdasarkan kondisi tersebut, diimplementasikan sel

surya dengan kapasitas 220 Wp dengan waktu penyinaran 8 jam per hari sehingga
inovasi ini memiliki daya output 16,018667 x 22 x 8 = 2819,285392 Watt.

Penulis merancang 320 SI-GAMER berkapasitas 2819,285392 Watt untuk
memenuhi kebutuhan tersebut karena aspek keandalan sistem. Nilai keandalan

sistem semakin tinggi seiring dengan banyaknya jumlah generator. Harga
pembangunan 320 SI-GAMER berkapasitas 2819,285392 Watt memang lebih

mahal dibandingkan 1 SI-GAMER berkapasitas 900 kW. Namun, 1 SI-GAMER
berkapasitas 900 kW jika tidak beroperasi maka kawasan Giliraja akan padam,

sedangkan 320 SI-GAMER jika 1 tidak beroperasi maka listrik tetap terpenuhi. Di
sisi lain, perawatan akan lebih mudah dengan memberikan tanggung jawab 4 KK

merawat 1 SI-GAMER.

4.5 Analisis Harga dan Payback Period (PBP)

Analisis harga digunakan untuk mengetahui keefektifan SI-GAMER dari

segi ekonomi. Analisis ini dapat diketahui dari harga masing-masing komponen
dari SI-GAMER dan harga maintenance tiap harinya. Untuk parameter harga

komponen dan perawatan dapat dilihat pada tabel 4.

13

Tabel 4 Harga Total Implementasi SI-GAMER

No Komponen Kuantitas Harga per Total Harga
1
1 Sel Surya 220 Unit
Wp
1.800.000 1.800.000

2 Thermoelectric 2 600.000 1.200.000
Generator 40 Watt

3 Frame 1 300.000 300.000
4 Battery 200 Ah 1 1.500.000 1.500.000
5 Arduino Uno 1
180.000 180.000
Module

6 Heat sink 1 100.000 100.000

7 Maintenance 2 1.800.000 1.800.000

Total (Rupiah) 7.080.000

Life time SI-GAMER sekitar sepuluh tahun menurut perhitungan

matematis dan garansi panel surya pada umumnya. Total efisiensi secara ekonomis

jika dibandingkan dengan listrik yang ada di Indonesia sebagai berikut:

SI-GAMER untuk kebutuhan rumah tangga sehingga kami

membandingkannya dengan harga listrik rumah tangga. Untuk mendapatkan

energi listrik 1 kWh, masyarakat harus membayar Rp 1.300. Jika satu rumah

tangga membutuhkan energi sebesar 2,0 kWh, mereka harus membayar Rp 2.600

per satu hari atau Rp 949.000 per tahun. Di sisi lain, dengan investasi Rp 7.080.000,

masyarakat bisa mendapatkan SI-GAMER dan mendapatkan energi listrik selama

sepuluh tahun secara gratis. Untuk mendapatkan jumlah energi listrik yang sama

dengan listrik yang ada, masyarakat harus membayar Rp 9.490.000. Jadi, dengan

menggunakan SI-GAMER masyarakat hemat Rp 2.380.000 daripada

menggunakan listrik yang ada. Effisiensi penggunaan SI-GAMER secara ekonomi

sebagai berikut:
η = [(Harga PLN – Harga SI-GAMER)/ (Harga PLN)] x 100%

= (2.380.000/9.490.000) x 100%

= 25%

Oleh karena itu, dengan menggunakan SI-GAMER dengan harga total adalah Rp
7.080.000 maka modal pembuatan akan kembali dalam waktu:

14

= 7.080.000 / 2.380.000
= 2, 974 Tahun ≈ 3 Tahun

Payback Periode (PBB)

5000000 3966000 3173000 2380000 3173000 3966000
4000000 793000 1586000 1586000
3000000 793000
2000000 Tahun ke-5
1000000

0

Tahun ke-1 Tahun ke-2 Tahun ke-3 Tahun ke-4
SGM PLN

Gambar 11 Waktu Kembali Modal Pengimplementasian SI-GAMER

15

BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan dari penelitian SI-GAMER adalah sebagai berikut:
a. Thermoelectric generator (TEG) dapat mengkonversi energi panas
menjadi energi listrik.
b. Thermoelectric generator (TEG) meningkatkan daya dari SI-
GAMER hingga 91,36% lebih besar dibandingkan dengan sel surya
tanpa TEG.
c. Prediksi dampak penerapan SI-GAMER di daerah yang terjadi
bencana alam adalah masyarakat dapat memenuhi kebutuhan energi
listrik secara mandiri. Selain itu, masyarakat diuntungkan dengan
adanya penghematan sebesar 25% dan payback period alat yang
dapat kembali setelah penerapan selama 2,974 atau kurang lebih 3
tahun.
5.2 Saran
Saran dari penelitian SI-GAMER adalah sebagai berikut:
a. Penggunaan teknologi MPPT untuk meningkatkan kualitas
pengisian daya baterai.
b. Penggunaan teknologi heat exchanger sebagai kondenser atau
pendingin untuk meningkatkan efisiensi dari SI-GAMER.
c. Melakukan kerjasama dengan pihak pemerintah dalam bidang
pengabdian masayarakat di daerah terpencil untuk penerapan
teknologi SI-GAMER.