Merancang Detektor Kesuburan Tanah Berbasis Solar Cell

Indonesia adalah negara agraris. Sebagian besar tanah Indonesia diperuntukkan untuk pertanian. Masyarakat Indonesia secara mayoritas bekerja pada sektor pertanian. Sektor pertanian berfungsi untuk menjaga stabilitas pangan Indonesia. Selain itu juga, lahan pertanian akan mempertahankan keseimbangan alam Indonesia sebagai paru-paru dunia. Lahan pertanian juga memberikan pemandangan alami yang mampu untuk menyejukkan mata yang memandangnya.

Namun dengan semakin pesatnya perkembangan industri, sektor pertanian mengalami alih fungsi menjadi sektor industri dan juga pemukiman. Keberadaan industri dan juga pemukiman yang semakin padat berpengaruh terhadap kualitas tanah di sekitarnya. Limbah industri maupun domestik yang dihasilkan akan mencemari dan menurunkan kesuburan tanah.

Lahan pertanian membutuhkan tanah yang memiliki kandungan unsur hara yang cukup. Keberhasilan dalam pertanian tentunya tidak bisa lepas dari kandungan unsur hara yang terdapat di dalamnya. Tanah dengan tingkat kesuburan tinggi memiliki kandungan unsur hara yang dibutuhkan oleh tanaman. Oleh karena itu sangat penting sekali untuk mengetahui tingkat kesuburan tanah sebelum melakukan cocok tanam. Sehingga selanjutnya bisa dilakukan tindakan yang tepat dalam pengolahan tanah untuk meningkatkan kesuburan. Salah tindakan dalam pengolahan tanah maka akan berakibat pada kegagalan panen.

Sifat Tanah

Tanah memiliki sifat konduktivitas yang sebanding dengan kandungan unsur hara. Semakin tinggi unsur hara maka semakin tinggi pula konduktivitas. Tanah dengan konduktivitas tinggi mengandung ion-ion yang bergerak bebas sehingga bisa menghantarkan listrik. Sifat konduktivitas tanah bisa dimanfaatkan sebagai langkah awal dalam menentukan kesuburan tanah. Oleh karena itu, sifat konduktivitas ini bisa dimanfaatkan sebagai konsep dasar dalam merancang sebuah detektor untuk mengetahui tingkat kesuburan tanah. Detektor bisa dirancang dengan memanfaatkan alat listrik sebagai indikatornya.

Proses pengujian konduktivitas tanah membutuhkan sumber energi listrik sebagai penghasil arus listrik. Lahan pertanian rata-rata jauh dari pemukiman penduduk, sehingga akan susah untuk mendapatkan akses sumber energi listrik. Energi listrik terbarukan sebagai energi alternatif bisa dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik pada pengujian konduktivitas tanah. Salah satu energi listrik terbarukan yang melimpah dan mudah dalam implementasinya adalah Solar Cell.

Solar Cell

Solar Cell (dok.pribadi/faififannum)

Solar Cell atau yang lebih dikenal sebagai Panel Surya, adalah sumber energi listrik terbarukan yang memanfaatkan sinar matahari. Energi cahaya matahari akan diubah menjadi energi listrik melalui suatu panel surya. Indonesia terletak di area khatulistiwa yang sepanjang hari mendapatkan sinar matahari yang melimpah. Oleh karena itu sangat tepat sekali apabila Pembangkit Listrik Tenaga Surya dipilih sebagai sumber energi alternatif yang digunakan dalam rangkaian alat deteksi kesuburan tanah.

Ada beberapa jenis panel surya, diantaranya:

1. Monocrystalline

Panel surya jenis ini adalah silikon tunggal yang menghasilkan energi listrik per satuan luas yang paling tinggi. Monocrystalline berwarna hitam, dengan efisiensi 15% – 20%. Jenis panel surya ini cocok untuk daerah dengan iklim ekstrem. Kelemahan jenis panel ini adalah bila cahaya matahari rendah maka efisiensinya akan menurun drastis.

2.Polycrystalline

Panel surya jenis ini adalah campuran silikon yang menghasilkan energi listrik per satuan luas lebih rendah dibanding jenis monocrystalline. Polycrystalline berwana kebiruan, dengan efisiensi 13% – 18%. Harga polycrystalline lebih rendah dibanding monocrystalline karena efisiensinya lebih rendah.

3.Thin Film Photovoltaic

Panel surya jenis ini terdiri dari dua lapisan tipis mikrokristal-silicon dan amorphous. Efisiensinya mencapai 8,5%, lebih rendah dibandingkan monocrystalline dan polycristalline. Produk terbaru yaitu Triple Junction Photovoltaic yang terdiri dari tiga lapisan. Produk ini sangat efisien pada kondisi berawan yang mampu menghasilkan daya listrik hingga 45%.

Detektor Kesuburan Tanah

Perakitan alat dimulai dengan pembuatan sumber energi listrik dari panel surya dan pembuatan detektor. Panel surya yang dipilih dengan efisiensi tinggi, yaitu monocrystalline 10wp. Langkah pertama yaitu solar charge controller (SCC) 10A PWM dihubungkan dengan baterai 12V 5Ah melalui kabel. Lubang pada SCC yang dihubungkan adalah dua lubang di bagian tengah. Selanjutnya pada layar SCC akan terbaca tegangan baterai. Berikutnya, SCC dihubungkan dengan panel surya melalui kabel pada dua lubang SCC bagian kiri.

Selanjutnya akan terbaca pengisian energi listrik dari panel surya menuju bateray melalui SCC. Langkah yang terbalik pada perakitan panel surya akan berakibat pada kerusakan SCC. Apabila SCC dihubungkan dengan panel surya sebelum dengan baterai maka energi listrik yang mengalir tidak akan bisa tersalurkan ke baterai sehingga SCC akan rusak. Inverter tidak digunakan pada perakitan sumber energi listrik ini karena diaplikasikan pada detektor yang bersifat DC.

Berikutnya adalah perakitan detektor kesuburan tanah berbasis solar cell. Prinsip kerjanya adalah daya hantar listrik (konduktivitas). Oleh karena itu dibutuhkan sumber energi listrik yang terhubung ke alat ini. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dipilih karena sumber energinya yang ramah lingkungan, melimpah, dan terbarukan. Selain itu juga, PLTS cocok dipilih untuk area yang jauh dari akses listrik PLN. Detektor kesuburan tanah berbasis solar cell menggunakan indikator nyala lampu.

Elektroda dihubungkan dengan lampu dan sumber energi listrik melalui kabel. Elektroda, kabel, dan lampu dikemas dalam casing pipa yang dibentuk sedemikian rupa seperti huruf “T”. Apabila alat ini dihubungkan dengan PLTS, maka arus listrik akan mengalir ke elektroda melalui kabel. Elektroda ini berfungsi untuk mendeteksi kesuburan tanah dengan memanfaatkan konduktivitas tanah. 

Detektor kesuburan tanah berbasis solar cell diimplementasikan pada lahan pertanian dengan tujuan untuk mengetahui kesuburan suatu tanah yang menunjang kesuksesan pertanian. PLTS sangat tepat diterapkan pada area pertanian, mengingat area pertanian jauh dari pemukiman penduduk sehingga susah mendapatkan akses listrik PLN. Implementasi PLTS pada lahan pertanian bisa dimanfaatkan untuk instalasi lampu penerangan, pompa air, dan pada proyek ini diterapkan pada alat detektor kesuburan tanah.

Baca Juga: Membangun Filantropi Santri Mandiri Melalui Hidroponik

Konsep yang digunakan pada alat detektor kesuburan tanah berbasis solar cell adalah sifat konduktivitas suatu materi. Tanah memiliki sifat konduktivitas, inilah yang dimanfaatkan sebagai parameter kesuburan tanah. Tanah yang subur memiliki kondukstivitas tinggi, sedangkan tanah yang kering memiliki konduktivitas rendah. Untuk menguji konduktivitas tanah, maka alat detektor ini perlu dihubungkan dengan sumber energi listrik supaya ada arus listrik yang mengalir, yaitu yang diperoleh dari PLTS.

Panel surya mengubah energi sinar matahari menjadi energi listrik. Arus listrik yang dihasilkan panel surya akan dialirkan ke baterai melalui SCC sebagai pengontrolnya. Arus listrik yang tersimpan dalam baterai ini siap digunakan untuk alat detektor kesuburan tanah berbasis solar cell. Alat ini bersifat DC sehingga arus listrik dari baterai bisa langsung digunakan tanpa melalui inverter yang berfungsi untuk mengubah arus DC menjadi AC.

Arus yang masuk ke dalam detektor akan melewati sampel tanah. Tanah subur dengan konduktivitas tinggi akan memiliki banyak ion-ion bergerak bebas yang bisa menghantarkan arus listrik hingga ke lampu, sehingga lampu akan menyala terang. Berbeda pada tanah kering atau kurang subur, konduktivitasnya rendah sehingga memiliki sedikit ion-ion bergerak bebas yang mampu menghantarkan arus listrik ke lampu, hasilnya yaitu lampu yang menyala redup atau mati.

Baca Juga: Meningkatkan Rasio Elektrifikasi di Daerah 3T dengan Green Technology Of Clay (GTC)

BekelSego adalah media yang menyediakan platform untuk menulis, semua karya tulis sepenuhnya tanggung jawab penulis.