Evaluation of Solar Water Pumping System in The Plawan Cave
Gunung Kidul, DI Yogyakarta
Cecep Setiawan
1*, Nashril Abdillah
1, Yoga Ismail R
1 1Departemen of Engineering Physics, UGM, Jalan Grafika No 2, Yogyakarta, 55281I N F O A R T I K E L A B S T R A C T Keywords: SWPS Evaluation Identification Efficiency Transfer Knowledge Kata Kunci: PATS Evaluasi Identifikasi Efisiensi
Alih Ilmu Pengetahuan
Solar Water Pumping System (SWPS) is a technology that utilizes solar energy for clean water access. SWPS has been developed in Indonesia, especially for remote areas. For example is Giricahyo village where is the karst area and have a lack of water every dry seasion. In this area, SWPS has been built with a capacity of 12 kWp to lift water from Plawan Cave up to the people homes. SWPS This was built in 2007 and unused from 2010. This study aims to evaluate the cause of the damage with assess the SWPS based on the data existing charactristic of each component, they are solar panels, pumps, controllers, cabling system and piping. Generally, SWPS have decreasing performance. Based on the results of measurements on September 15th, 21st, and 22nd, 2013,it was known that the photovoltaic have an efficiency about 7.10 to 10.88% from the normal efficiency that is 13.89%. Several solar panels suffered hots pots that had a significant decrese in efficiency, that is about 4.52 – 5.7 %. Pump suffers strong corosivity and scaling on the mechanical component but still has a good electrical condition. Controller suffered damaged and could repaired with a probability of 33.3%. Resistance in the cabling system has increases but this case is still in the permitted tolerance limits. The majority of demage caused by lack of maintenance. Social analysis showed the community has not been able to manage the system properly. Therefore, The important think which used for technology implemented on community is about transfer knowlage for sustainable aspect.
S A R I K A R A N G A N
Sistem Pengangkatan Air Tenaga Surya (PATS) merupakan salah satu teknik penyediaan air bersih berbasis teknologi panel surya dengan memanfaatkan sinar matahari. Sistem PATS sudah banyak dikembangkan di Indonesia terutama untuk daerah terpencil. Desa Giricahyo misalnya, daerah karst yang mengalami kekurangan air tiap tahunnya ini telah dibangun sistem PATS dengan kapasitas 12 kWp untuk mengangkat air dari Gua Plawan pada tahun 2007. Namun, sistem ini tidak berfungsi lagi pada tahun 2010. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi penyebab kerusakan melalui uji karakteristik eksisting sistem PATS yang meliputi panel surya, pompa, kontroller, sistem perkabelan dan perpipaan. Secara umum Sistem PATS telah mengalami penurunan kinerja. Berdasarkan pengukuran pada tanggal 15, 21, dan 22 September 2013 diketahui bahwa efisiensi panel surya berkisar 7,10 – 10,88 % dari efisiensi normal sebesar 13,89 %. Beberapa panel surya yang juga mengalami hot spot memiliki efisiensi lebih rendah yaitu 4,52 – 5,7 %. Pompa mengalami korosi dan scaling pada bagian mekanik namun masih baik pada sistem elektrikalnya. Kontroller mengalami kerusakan dan dapat diperbaiki dengan probabilitas 33,3%. Sistem perkabelan surface masih baik namun mengalami kenaikan nilai hambatan alamiahnya tapi masih dalam batas toleransi yang diperbolehkan. Analisis sosial menunjukkan masyarakat belum mampu mengelola sistem dengan baik. Oleh karena itu, untuk menjamin keberlanjutan system, implementasi teknologi harus disertai dengan pendampingan dan pendidikan (transfer knowledge).
PENDAHULUAN
Pengangkatan Air Tenaga Surya (PATS) merupakan salah satu teknologi penyediaan air bersih dengan memanfaatkan tenaga surya sebagai sumber energinya. Aplikasi teknologi ini sudah banyak dikem
bangkan di Indonesia khsusnya
penyediaan air bersih di wilayah terpencil
salahsatunya di Desa Giricahyo. Melalui
Kementrian Pekerjaan Umum, pada tahun
2007 pemerintah membangun system PATS
berkapasitas 12 kWp untuk mencukupi
kebutuhan air hampir 1.200 kepala keluarga.
Sayangnya, sistem PATS ini hanya mampu beroperasi kurang lebih 1,5 tahun dan kemudian rusak hingga sekarang. Upaya perbaikan telah dilakukan baik dari pemerintah maupun swadaya masyarakat sendiri, namun belum mampu memberikan perbaikan secara optimal. Alhasil, sistem ini terbengkalai dalam waktu yang lama dan telah membuat kondisi beberapa komponen dari PATS rusak parah.
Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi sistem PATS secara komperhensif berdasarkan tinjauan teknis dan sosial. Luaran yang diharapkan adalah adanya rekomendasi yang ditujukan kepada para pemangku kebijakan untuk perbaikan sistem PATS baik teknis maupun non teknis agar diperoleh perbaikan yang maksimal. Kajian ini pula diharapkan dapat memberikan gambaran kepada semua pihak mengenai permasalahan yang terjadi dalam mengembangkan teknologi untuk masyarakat sehingga mampu menjadi pedoman teknis untuk menerapkan teknologi yang berkelanjutan.
KERANGKA TEORI
Roni (2012) telah melakukan kajian perancangan sistem PATS di Kecamatan Tepus, Gunungkidul. Perancangan sistem PATS yang memiliki kapasitas 5,2 kWp (Kilowatt Peak) panel surya digunakan untuk menggerakan dua pompa dengan debit rerata 0,9 l/s serta mampu memenuhi kebutuhan air sebesar 36,5% penduduk.
Yusuf (2013) melakukan kajian evaluasi pada sistem PATS yang ada di Dusun Sejatidesa, Sleman. Sistem PATS berkapasitas 3,6 kWp mengalami kerusakan akibat bencana letusan gunung Merapi pada tahun 2010. Penelitian kemudian memberikan rekomendasi perbaikan diantaranya adalah mengganti kontroller dan pompa dengan kapasitas yang lebih besar. Pada penelitian sebelumnya juga telah dilakukan oleh Anonim (2012) juga mengkaji sistem PATS yang sama dan mengasilkan bahwa kerusakan sistem terjadi pada jaringan perkabelan dan kontroller.
Banyak faktor yang mempengaruhi kinerja sistem tak terkecuali PATS. Grafik kegagalan Bathub menerangkan tingkat kehandalan sebuah sistem yang ditampilkan dalam probabilitas kegagalan sistem terhadap periode waktu. Tingginya rasio kegagalan pada periode awal sangat dipengaruhi oleh faktor produsi dan konstruksi, waktu kedua relatif stabil selama masa pemakaiannya dan waktu ketiga adalah penutup yang dipengaruhi oleh usia dan kejenuhan pemakaian pada sistem. Kurva Bathub dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 1. Kurva Kegagalan Bathub
Penerapan teknologi untuk masyarakat memerlukan beberapa strategi khusus untuk menjamin keberlanjutan pada sistem. Keberlanjutan sangat penting untuk menjamin kemanfaatan dari teknologi yang diterapkan pada satu masyarakat dapat berjalan efektif dan maksimal untuk waktu yang lama. Naim (2008) menyatakan bahwa pengukuran tingkat keberlanjutan pada teknologi untuk masyarakat khususnya penyediaan energi memiliki empat indikator yaitu efisiensi teknologi, kalayakan ekonomi, ramah lingkungan dan indikator sosial. Faktor-faktor ini sangat penting untuk dipertimbangkan mulai dari proses perencanaan sampai dengan persiapan kepada masyarakat untuk melakukan pengelolaan dan maintanance
secara mandiri.
METODE PENELITIAN
Penelitian dilakukan dengan menggunakan metode pendekatan teknis dan sosial. Pendekatan teknis yang dimaksud berupa pengambilan data primer yang meliputi iradiasi matahari, daya keluaran panel surya, resistansi pompa dan jaringan perkabelan, serta rasio kerusakan pada inverter. Data sosial dihimpun berdasarkan wawancara dan pendekatan sosial, terutama pada tokoh masyarakat. Data sekunder diperoleh dari referensi-referensi, jurnal dan buku yang relevan. Data yang dihimpun tadi kemudian diolah untuk memberikan rekomendasi.
Selanjutnya, data yang terkumpul dianalisis dan ditarik kesimpulan serta rekomendasi
perbaikan baik teknis maupun nonteknis. Metode pelaksanaan kegiatan penelitian ini secara lengkap dapat dilihat pada diagram alir pada Gambar 2.
Gambar 2. Diagram Alir Penelitian
KARAKTERISTIK PANEL SURYA
Parameter utama yang menjadi acuan untuk mengetahui karakteristik panel surya adalah efisiensi. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan tiga buah sampel panel surya yang digunakan pada system PATS Plawan dan iradiasi matahari yang diukur secara bersamaan pada selang waktu 15 menit selama tiga hari mulai pada pukul 09.00-15.00. Hasil yang diperoleh seperti yang ditunjukkan dalam grafik pada Gambar 3.
Gambar 3. Grafik Hasil Pengukuran Daya Panel Surya dan Matahari
Efisiensi terukur yang diperoleh yaitu sebesar 7,10% - 10,88 % atau lebih rendah dibandingkan efisiensi harapan sebesar 13,89%. Hal ini menujukan bahwa efisiensi panel surya telah mengalami penurunan.
Sistem ini tepat berada di pinggir laut dan di daerah ladang sehingga intensitas angin bergaram tinggi dan debu, hal ini dapat mengakibatkan korosif pada besi penyangga array panel surya dan juga debu yang dapat mengotori permukaan panel. Untuk itu seharusnya perlu dilakukan perawatan terhadap panel surya dengan membersihkannya secara berkala. Namun, yang terjadi masyarakat hanya sebatas melihat kondisi panel surya tanpa melakukan pembersihan. Ini menjadi salah satu faktor utama panel surya mengalami penurunan efisiensi. Selain itu, pada beberapa panel surya mengalami hot spot area
yang diindikasikan pada warna kemerahan pada sel surya.
Penggunaan kembali panel surya dapat dilakukan namun diperlukan pengkajian lebih lanjut. Penurunan efisiensi pada panel surya akan berdampak daya keluaran yang mengecil sehingga kinerja juga akan mengalami koreksi. Namun untuk panel yang terkena hot spot area dapat dikatakan terjadi kerusakan permanen dan perlu penggantian pada array tersebut.
KARAKTERISTIK POMPA
Pompa merupakan komponen utama dalam sistem PATS. Jenis pompa yang digunakan pada sistem PATS Gua Plawan adalah pompa submersible atau pompa air dalam. Kondisi pompa dapat diketahui berdasarkan analisis fisik dan elektrik pompa. Analisis fisik diperoleh dengan mengunakan kondisi fisik berdasarkan komponen pada pompa. Sedangkan analisis elektrikal dilakukan dengan mengukur tahanan pompa berdasarkan standar manual yang ada.
Berdasarkan pengamatan, pompa telah mengalami kerusakan terutama pada bagian mekaniknya dan masih baik dari sisi elektrikal. Beberapa komponen yang telah mengalami kerusakan adalah kopel kopling pada rotor. Kondisi terpapar udara bebas adalah sumber utama kerusakan karena tipe pompa submersible
memiliki karakteristik operasi yang harus terendam air. Faktor kerusakan lain yang terjadi adalah terbentuknya lapisan kapur atau scaling. Gunung kidul merupakan salah satu kawasan karst yang menyebabkan kondisi air mengandung kapur terlarut. Kondisi scaling pada pompa secara lengkap dapat dilihat seperti pada Gambar 4. Berdasarkan pengujian elektrikal diketahui bahwa kondisi pompa masih baik.
Rekomendasi perbaikan pada pompa yang dapat dilakukan adalah perbaikan pompa pada bagian mekaniknya seperti penggantian kopel kompling, rotor dan ring helical rotor pompa. Sedangkan scaling dapat dilakukan pembersihan pada dinding pompa. Scaling pada pompa tidak dapat dihindarkan secara teknik. Penanganan yang mungkin dapat dilakukan adalah dengan membersihkan pompa secara berkala sehingga pompa dapat bekerja dengan baik secara berkelanjutan.
Gambar 4. Scaling pada Pompa
KARAKTERISTIK KONTROLER
Kontroler berfungsi sebagai pengatur daya sebelum masuk ke pompa. Kontroler pada sistem PATS juga bekerja sebagai inverter yang berfungsi merubah arus DC keluaran panel surya menjadi arus AC tiga pase yang dibutuhkan pompa. Pengujian kontroler dilakukan berdasarkan analisis elektrik input dan output. Kontoler diberi tegangan DC spesifik yang berasal dari baterai kemudian analisis berdasarkan
tegangan keluaran pada masing-masing komponen.
Berdasarkan pengujian teknis diketahui bahwa sebagian besar kontroler telah mengalami kerusakan. Nilai keluran output tegangan pada kontroler menunjukan nilai mayoritas nol dan tidak sesuai dengan spesifikasi teknis yang seharusnya yaitu 91,6 V. Analisis nilai hambatan pada masing-masing komponen juga menunjukan keadaan yang serupa. Pada beberapa kontroler ada yang hanya rusak sebagian komponen dan dapat diperbaiki. Kajian lebih lanjut menunjukkan bahwa perbaikan dapat dilakukan dengan probabilitas 33% dari jumlah total kontroler.
KARAKTERISTIK PERKABELAN
Perkabelan yang menjadi variabel analisis adalah kabel utama yang mengubungkan kontroler dengan pompa. Kabel utama memiliki panjang sekitar dan terbentang melewati ladang dan akses jalan yang memiliki resiko kerusakan tinggi. Variabel uji pada perkabelan adalah nilai hambatan kabel. Nilai hambatan kabel dirumuskan berdasarkan persamaan 1 sebagai berikut:
� = �
��(1)
Dimana :
R = Hambatan (ohm)
= Hambatan Jenis (ohm.meter) L = Panjang kabel (m)
A = Luas Penampang Kabel (m2)
Berdasarkan kajian teoritik mensyaratkan bahwa nilai hambatan kabel yang disyaratkan adalah 0,502 ohm. Hasil pengukuran yang diperoleh menunjukkan bahwa nilai hambatan kabel telah mengalami peningkatan. Rata-rata pengukuran adalah sebesar 4,575 ohm dengan nilai maksilal 17,7 ohm dan nilai minimal 0,25 ohm. Setelah dilakukan pengamatan lebih lanjut diperoleh beberapa lokasi kabel yang terkelupas dan cacat. Lokasi mayoritas yang terjadi kerusakan adalah akses jalan setapak masyarakat menuju ladang. Oleh karena itu, kerusakan kabel dipastikan terjadi akibat aktifitas manusia. Secara umum kondisi kabel masih dapat digunakan karena peningkatan nilai hambatan masih dalam rentang yang diperbolehkan jika digunakan pada daya yang besar seperti pompa.
Beberapa rekomendasi yang dapat dilakukan adalah dengan memindahkan jalur kabel ke lokasi yang memiliki aktifitas manusia rendah. Namun hal ini sulit dilakukan karena lokasi kabel merupakan wilayah perkebunan. Antisipasi lain adalah dengan memberikan pipa konduit berbahan
dasar steel untuk melindungi kabel dari benturan langsung dengan benda luar.
ANALISIS SOSIAL
Sumber permasalahan utama yang menyebabkan kerusakan pada masing-masing komponen PATS adalah human erorr. Panel surya yang berkerak, pompa yang terpapar udara dan scaling, kontroler yang rusak dan perkabelan yang rusak terjadi akibat dari kesalahan pada operasional. Berdasarkan keterangan yang dihimpun dari masyarakat, beberapa informasi yang dapat dihimpun adalah sebagai berikut:
1. Pada saat pembangunan tidak melibatkan masyarakat dan hanya mengandalkan kontraktor
2. Sejak pembangunan PATS belum pernah dilakukan pelatihan secara intensif dari pemerintah maupun kontraktor terutama pelatihan teknis operasi dan perawatan sistem.
3. Dibentuk organisasi pengelola tetapi tidak berjalan secara aktif karena sistem rusak. Penelitian lebih lanjut menunjukan bahwa keterlibatan aktif masyarakat hanya kurang dari 1% jumlah masyarakat. Ini menunjukkan bahwa tingkat kepedulian masyarakat terhadap sistem sangat minim. Hal tersebut disebabkan oleh kurangnya partisipasi masyarakat terhadap pembangunan sistem. Pembangunan sistem PATS hanya diemban oleh kontraktor dalam kasus ini adalah WIKA Intrade untuk membangun sistem hingga berfungsi. Proses tender yang diterapkan oleh pemerintah saat ini dalam setiap pengadaan termasuk penyediaan teknologi untuk masyarakat yang memungkinkan memberikan keterlibatan masyarakat yang minim.
Masalah lainnya adalah tidak adanya transfer teknologi kepada masyarakat. Meskipun pada aplikasinya terdapat organisasi pengelola yang dibentuk untuk melakukan tugas operasi dan pemeliharaan, sistem tidak dapat berjalan secara efektif karena tidak dibekali dengan pengetahuan yang mempuni. Bahkan masyarakat enggan untuk membenahi sistem karena takut perbuatannya akan berdampak pada kerusakan yang lebih parah.
KONSEP KEBERLANJUTAN
Indonesia merupakan salah satu negara kepulauan dengan persebaran penduduk yang tidak merata satu sama lain. Kondisi ini menyebabkan aksesibilitas ke beberapa daerah remote sulit dilakukan. Padahal teknologi yang diterapkan pada satu wilayah yang remote sangat memerlukan perawatan yang berkesinambungan sehingga jaminan mutu alat dapat dirasakan secara
berkelanjutan oleh masyarakat. Jika peran ini dilakukan sendiri oleh pemerintah, aksesibilitas dan biaya yang tinggi akan menjadi kendala utama. Alhasil, fenomena teknologi yang tidak berkelanjutan tak terbantahkan
Peran masyarakat sebagai penggerak utama dalam operasi dan perawatan sistem sangatlah penting. Kesadaran ini perlu dibangun secara bersama di kedua pihak baik pemberi teknologi maupun masyarakat itu sendiri. Kendala utama yag terjadi adalah pada tingkat pendidikan masyarakat yang masih rendah. Oleh karena itu, proses knowledge sharing teknologi sangat diperlukan untuk memberikan pemahaman kepada masyarakat dalam melakukan pengelolaan dan pemeliharaan pada teknologi yang diterapkan. Peran ini harus diterapkan oleh pemerintah atau penyedia teknologi dalam menerapkan teknologi untuk masyarakat. Metode knowledge sharing
harus diterapkan secara beriringan dimulai dari perencanaan desain teknologi, pembangunan, sampai operasional dan pemeliharaan yang melibatkan masyarakat.
Sistem PATS di Dusun Banyumeneng, Kecamatan Panggang, Gunungkidul dapat dijadikan sebagai perbandingan. Sistem PATS yang dibangun pada tahun 2009 masih mampu digunakan masyarakat sampai saat ini. Kelebihan utamanya adalah pada proses pembangunan. Kamase selaku organisasi penyedia teknologi menerapkan metode knowledge sharing mulai dari perencanaan sampai operasional dan perawatan sistem. Masyarakat ikut terlibat secara menyeluruh semua proses pembangunan sehingga sampai saat ini rasa memiliki masyarakat terhadap sistem telah terbangun sendirinya. Opakg sebagai organisasi pengelolaan dibentuk dari komponen masyarakat itu sendiri untuk melakukan kegiatan operasional sekari-hari yang beranggotakan seluruh masyarakat. Melalui organisasi ini, peran serta masyarakat dalam pemeliharaan sistem dapat terjaga dengan baik.
PENUTUP
Kesimpulan yang dapat diperoleh adalah sebagai berikut:
1. Secara umum sistem PATS telah banyak mengalami kerusakan terutama pada penurunan efisiensi panel surya yang menjadi 7,10 - 10,88 %, kerusakan mekanik pada pompa, kontroller dan perkabelan. 2. Faktor utama yang menyebabkan kerusakan
adalah human error karena masyarakat belum memiliki kemampuan teknis operasi dan pemeliharaan teknologi.
3. Knowledge sharing teknologi kepada masyarakat dan keterlibatan masyarakat di semua proses pembangunan teknologi sangat diperlukan untuk keberlanjutan sistem.
Jika tidak ditanggulangi maka permasalahan serius. Beberapa rekomendasi yang dapat dilakukan adalah sebagai berikut;
1. Mengganti panel surya yang memiliki hot spot area dengan panel surya dengan spesifikasi yang sama dengan kondisi normal.
2. Melakukan perbaikan pada pompa terutama pada komponen mekanik pompa
3. Perawatan pompa secara berkala 3 bulan sekali untuk menghidarkan scaling pada pompa
4. Memberikan pipa konduit pada kabel. 5. Pelatihan dan pembelajaran kepada
pengelola dalam mengoperasikan PATS dan perawatan
Untuk meghindari kejadian serupa terulang kembali maka diperlukan satu regulasi khusus yang mengatur program pengadaan teknologi untuk masyarakat. Proses tender yang selama ini menjadi standar baku pengadaan barang dan jasa membuat peran serta masyarakat dalam menerima teknologi tidak berjalan dengan baik. Pemerintah dan akademisi menjadi komponen yang sangat penting dalam pengembangan regulasi ini. Pihak yang diharapkan mampu memfasilitasi regulasi ini diantaranya adalah Kemenristek, ESDM, BPPT, LIPI, dan peran aktif dari akademisi seperti Universitas dan lembaga penelitian lainnya. Selain itu, para kontraktor yang bekerja di ranah pengadaan teknologi yang pemanfaatannya untuk masyarakat harus menerapkan knowledge sharing
kepada masyarakat.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih diberikan kepada Dr. Ahmad Agus Setiawan dan Dr-Ing. Sihana yang telah membimbing penulis selama proses penelitian ini. Kepada Ir. Hardjono Sudjanadi selaku Kepala SATKER PAM Wilayah DI Yogyakarta, Kementerian Pekerjaan Umum yang telah memberikan izin dan kesempatan kepada penulis untuk mengkaji sistem PATS Plawan. Ucapan terimakasih juga diberikan kepada Faishalia Asta Rasyadi, Utami dan Yoga Dwi yang telah memberikan kontribusinya dalam ilmu geografi, sosiologi dan teknik penelusuran gua untuk mendukukung penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim (2012). Petunjuk Teknis Pelaksanaan Pengembangan SPAM Sederhana. Dokumen Teknis, Direktorat Jenderal Cipta Karya, Kementerian Pekerjaan Umum. Jakarta. Roni, E.A. (2012). Perancangan Sistem
Pengangkatan Air Tenaga Surya di Kecamatan Tepus Kabupaten Gunung Kidul. Thesis, Physic Engineering Departement of UGM, Indonesia.
Yusuf, B. (2013). Studi Analisis dan Evaluasi Sistem Penyediaan Air Minum Bertenaga Surya di Dusun Sejati Desa, Desa Sumberarum, Kecamatan Moyudan, Kabupaten Sleman, Daerah Istimewa Yogyakarta. Thesis, Physic Engineering Departement of UGM, Indonesia.
Naim, H.A. (2008). Sustainabelity Concept for Energy, Water and Environment. Sustainable Energy Technologise Options and Prospects. Hal 25-50. Natherland : Springer.