Pemanfaatan Lampu Kabel Serat Optik Tenaga Surya Sebagai Alternatif Pengganti Listrik

My Observation 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan salah satu dari puluhan negara yang mengalami krisis listrik. Hal ini ditandai dengan krisis listrik pada tahun 2009 yang melanda Jawa dan Bali. Sehingga Jawa dan Bali terjadi pergantian pemadaman listrik di tiap wilayah.

Hal ini terjadi diakibatkan karena penggunaan batu bara sebagai bahan bakar listrik. Padahal, batu bara merupakan sumber energi fosil yang tidak dapat diperbaruhi lagi karena merupakan fosil kayu purbakala ratusan juta tahun yang lalu yang terendah di tanah. Serta, jumlahnya sangat terbatas.

Padahal, dengan kita menggunakan batu bara juga menambah pencemaran yang berasal dari asap pembakaran (CO₂ ) batu bara tersebut. Sehingga, dapat menambah pemanasan bumi yang dapat membahayakan lapisan ozon yang merupakan pelindung bumi yang berdampak buruk bagi kehidupan makhluk hidup di Bumi.

Pemerintah telah mencanangkan bahwa harus berhemat energi dengan cara menggunakan lampu secara efisien. Namun, kota-kota besar di Indonesia seperti Jakarta banyak mengggunakan lampu di siang hari. Hal ini disebabkan cahaya matahari tidak dapat masuk ke ruangan dalam gedung karena terhalang oleh sekat ruangan dan gedung yang lebih tinggi dari gedung tersebut.

Sedangkan, matahari merupakan energi berlimpah yang tidak membuat pencemaran dan tidak akan pernah habis. Potensi energi yang dikandung oleh sinar matahari sebenarnya sangat tinggi. Namun, energi sinar matahari yang dikonsumsi oleh dunia hanyalah 1% dari seluruh energi yang dikeluarkan matahari. Jika sinar matahari tersebut dapat dimanfaatkan sebanyak 25% dari energi yang samapai ke Bumi maka kebutuhan energi dunia yang umumnya didapat dari minyak Bumi pasti dapat digantikan semua.

Oleh karena hal itu, peneliti membuat solusi untuk penghematan listrik dengan memanfaatkan sinar matahari untuk penerangan dalam ruangan yang tidak terkena sinar matahari pada siang hari yang diaplikasikan dalam bentuk lampu penerangan yang sederhana dan ramah lingkungan.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apakah kabel serat optik dapat dimanfaatkan sebagai lampu penerangan tenaga sinar matahari ?
2. Bagaimana cara kerja dari lampu penerangan menggunakan kabel serat optik dengan tenaga sinar matahari ?

1.3 Tujuan Penelitian

1. Untuk mengetahui bahwa kabel serat optik dapat dimanfaatkan sebagai lampu penerangan tenaga sinar matahari.
2. Untuk mengetahui cara kerja dari lampu penerangan dengan kabel serat optik tenaga sinar matahari.

1.4 Hipotesa

1. Kabel serat optik dapat dimanfaatkan sebagai penerangan lampu tenaga sinar matahari.
2. Lampu penerangan menggunakan kabel serat optik ini memiliki cara kerja yang dapat membuat alat ini bekerja secara efektif.

1.5 Manfaat Penelitian

Meningkatkan teknologi alternatif dan sederhana serta ramah lingkungan dan memberi solusi untuk penghematan energi listrik di pagi, siang, dan sore hari dengan memanfaatkan sinar matahari yang diaplikasikan dalam lampu penerangan sederhana dan ramah lingkungan (tidak berpolusi).

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sinar Matahari

Sinar matahari atau cahaya matahari adalah sinar yang berasal dari matahari. Tanaman menggunakan cahaya matahari untuk berfotosintesis dan membuat makanan. Tanpa cahaya matahari, takkan ada kehidupan di Bumi.

Sinar matahari bisa berakibat baik maupun buruk kepada kesehatan seseorang. Dalam terang, tubuh manusia memproduksi vitamin D sendiri. Terlalu lama berada di bawah sinar matahari secara langsung bisa menyebabkan kulit terbakar.

Tanaman memerlukan cahaya matahari untuk berfotosintesis tumbuh hijau. Dengan air tanpa cahaya matahari, tanaman akan tumbuh tinggi dengan cepat, namun akan terlihat kuning jika terlalu banyak kena sinar matahari berakibat dan kekurangan air, meskipun saat disentuh, daunnya teraba amat basah.

Gambar 2.1 Sinar Matahari

2.2 Serat Optik

2.2.1 Pengenalan Serat Optik

Serat optik atau biasa disebut juga disebut serat kaca adalah saluran transmisi yang terbuat dari kaca atau plastik yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain. Cahaya yang ada di dalam serat optik sulit keluar karena indeks bias dari kaca lebih besar daripada indeks bias dari udara. Sumber cahaya yang digunakan adalah sinar matahari karena sinar matahari mempunyai spektrum yang sangat lebar. Kecepatan transmisi serat optik sangat tinggi sehingga sangat bagus digunakan sebagai saluran sinar matahari dan komunikasi.

Serat optik umumnya digunakan dalam sistem telekomunikasi serta dalam pencahayaan, sensor, dan optik pencitraan.

Serat optik terdiri dari 2 bagian, yaitu cladding dan core. Cladding adalah selubung dari core. Cladding mempunyai indek bias lebih rendah dari pada core akan memantulkan kembali cahaya yang mengarah keluar dari core kembali kedalam core lagi.

Efisiensi dari serat optik ditentukan oleh kemurnian dari bahan penyusun gelas. Semakin murni bahan gelas, semakin sedikit cahaya yang diserap (dibias hilangkan) oleh serat optik.

2.2.2 Macam-macam Serat Optik

Pembagian Serat optik dapat dilihat dari 2 macam perbedaan :

1. Berdasarkan Mode yang dirambatkan :

a. Single mode : Serat optik dengan core yang sangat kecil, diameter

mendekati panjang gelombang sehingga cahaya yang

masuk ke dalamnya tidak terpantul-pantul ke dinding

cladding.

b. Multi mode : Serat optik dengan diameter core yang agak besar yang

membuat sinar di dalamnya akan terpantul-pantul di

dinding cladding yang dapat menyebabkan berkurangnya

bandwidth dari serat optik jenis ini.

2. Berdasarkan indeks bias core :

a. Step indeks : Pada serat optik step indeks, core memiliki indeks

bias yang homogen.

b. Graded indeks : Indeks bias core semakin mendekat ke arah

cladding semakin kecil.

Jadi pada graded indeks, pusat core memiliki nilai indeks bias yang paling besar. Serat graded indeks memungkinkan untuk membawa bandwidth (lebar pita cahaya) yang lebih besar, karena pelebaran pulsa yang terjadi dapat diminimalkan.

Bagian-bagian serat optik jenis single mode

Reliabilitas dari serat optik dapat ditentukan dengan satuan BER (Bit Error Rate). Salah satu ujung serat optik diberi masukan data tertentu dan ujung yang lain mengolah data itu. Dengan intensitas laser yang rendah dan dengan panjang serat mencapai beberapa km, maka akan menghasilkan kesalahan. Jumlah kesalahan persatuan waktu tersebut dinamakan BER. Dengan diketahuinya BER maka jumlah kesalahan pada serat optik yang sama dengan panjang yang berbeda dapat diperkirakan besarnya.

Sejarah Serat Optik

Sekitar tahun 1930-an para ilmuwan Jerman mengadakan percobaan untuk mentransmisikan cahaya melalui bahan yang bernama serat optik. Hasil percobaan ini tidak bisa langsung dimanfaatkan, namun harus melalui perkembangan dan penyempurnaan lebih lanjut lagi.

Perkembangan selanjutnya oleh ilmuwan Inggris pada tahun 1958. Mereka mengusulkan prototipe serat optik yang sampai sekarang dipakai yaitu yang terdiri atas gelas inti yang dibungkus oleh gelas lainnya. Sekitar awal tahun 1960-an para ilmuwan Jepang berhasil membuat jenis serat optik yang mampu mentransmisikan gambar.

Para ilmuwan juga mencoba untuk ”menjinakkan” cahaya. Kerja keras itupun berhasil ketika sekitar 1959 laser ditemukan. Laser beroperasi pada daerah frekuensi tampak sekitar 1014 GHz-15 GHz atau ratusan ribu kali frekuensi gelombang mikro.

Pada awalnya peralatan penghasil sinar laser masih tidak efeisien dan baru dapat berfungsi pada suhu sangat rendah. Pada kondisi cahaya sangat cerah, pancarannya mudah berbelok-belok mengikuti kepadatan atmosfer. Waktu itu, sebuah pancaran laser dalam jarak 1 km, bisa tiba di tujuan akhir pada banyak titik dengan simpangan jarak hingga hitungan meter.

Seperti halnya laser, serat optik pun harus melalui tahap-tahap pengembangan awal. Sebagaimana medium transmisi cahaya, ia sangat tidak efisien. Hingga tahun 1968 atau berselang dua tahun setelah serat optik pertama kali diramalkan akan menjadi pemandu cahaya, tingkat atenuasi (kehilangan)-nya masih 20 dB/km. Melalui pengembangan dalam teknologi material, serat optik mengalami pemurnian, dehidran dan lain-lain. Secara perlahan tapi pasti atenuasinya mencapai tingkat di bawah 1 dB/km.

Tahun 80-an, pengembangan serat optik bermunculan di dunia. Charles K. Kao diakui dunia sebagai salah seorang perintis utama. Dari Jepang muncul Yasuharu Suematsu. Raksasa-raksasa elektronik seperti ITT atau STL pasti memiliki peranan dalam mendalami riset-riset serat optik.

Operable laser Theodore Maiman, seorang fisikawan dan insinyur elektro di Hughes Research Laboratories, menemukan operable laser dengan menggunakan sebuah kristal batu rubi sintesis sebagai medium.

Peneliti industri Elias Snitzer dan Will Hicks mendemontrasikan sinar laser yang diarahkan melalui serat gelas yang tipis. Inti serat gelas tersebut cukup kecil yang membuat cahaya hanya dapat melewati satu bagian saja tetapi banyak ilmuwan menyatakan bahwa serat tidak cocok untuk komunikasi. 1961 Penggunaan ruby laser untuk keperluan medis. Charles Campbell of the Institute of Ophthalmology at Columbia- Presbyterian Medical Center dan Charles Koester of the American Optikal Corporation menggunakan prototipe ruby laser photocoagulator untuk menghancurkan tumor pada retina pasien. 1962 Pengembangan Gallium arsenide laser Tiga group riset terkenal yaitu General Electric, IBM, dan MIT’s Lincoln Laboratory secara simultan mengembangkan gallium arsenide laser yang mengkonversikan energi listrk secara langsung ke dalam cahaya infra merah dan perkembangan selanjutnya digunakan untuk pengembangan CD dan DVD player serta penggunaan laser printer.

1963 ahli fisika Herbert Kroemer mengajukan ide yaitu heterostructures kombinasi dari lebih dari satu semikonduktor dalam layer-layer untuk mengurangi kebutuhan energi untuk laser dan membantu untuk dapat bekerja lebih efisien. Heterostructures ini nantinya akan digunakan pada telepon seluler dan peralatan elektronik lainnya.

1966 kertas Landmark pada optikal fiber Charles Kao dan George Hockham yang melakukan penelitian di Standard Telecommunications Laboratories Inggris mempublikasikan bahwa fiber optik dapat mentransmisikan sinar laser yang sangat sedikit kurang efisien jika gelas yang digunakan sangat murni.

1970 Ilmuwan Corning Glass Works yaitu Donald Keck, Peter Schultz, dan Robert Maurer menemukan fiber optik yang memenuhi standar yang telah ditentukan oleh Kao dan Hockham. Gelas yang paling murni yang dibuat terdiri atas gabungan silika dalam tahap uap dan mampu mengurangi kurang efisiennya yang cahaya kurang dari 20 decibels per kilometer.

Pada 1972 tim ini menemukan gelas dengan kehilangan cahaya hanya 4 decibels per kilometer.Tahun 1970, Morton Panish dan Izuo Hayashi dari Bell Laboratories dengan tim Ioffe Physical Institute di Leningrad, mendemontrasikan semiconductor laser yang dapat dioperasikan pada temperatur ruang. Kedua penemuan tersebut merupakan terobosan dalam komersialisasi penggunaan fiber optik.

1997 Fiber Optik menghubungkan seluruh dunia Fiber Optik Link Around the Globe (FLAG) menjadi jaringan kabel terpanjang di seluruh dunia yang menyediakan infrastruktur untuk generasi internet terbaru.

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Rancangan Penelitian

Dalam penelitian ini menggunakan metode penulisan sebagai berikut :

a. Metode Literatur : Pada metode ini peneliti menggunakan buku-buku

referesi yang berhubungan dengan masalah yang

akan dibahas.

b. Metode Observasi : Pada metode ini penulis melakukan pengamatan,

pengambilan data, serta pengujian alat yang

dilakukan di sekolah, rumah peneliti dan di area

halaman rumah peneliti.

Jenis penelitian yang digunakan adalah eksperimen. Sehingga metode pengumpulan data diperoleh dengan melakukan eksperimen secara langsung.

Data yang dikumpulkan dalam penelitian :

1) Hasil penelitian dan percobaan pada alat.

2) Keadaan sekitar area alat yang mempengaruhi :

a. Cahaya matahari

Prosedur kerja dalam penelitian adalah :

1. Studi Pustaka : a. Mencari sumber literatur dari internet dan buku

referensi.

2. Desain : a. Pembuatan rancangan dan skema

b. Membeli komponen dan percobaan

c. Menyiapkan bahan-bahan yang diperlukan.

3. Eksperimen : a. Merangkai peralatan dan komponen sesuai rancangan

dan skema.

b. Melakukan pengujian sesuai hipotesa.

4. Hasil : a. Melakukan perbaikan-perbaikan agar sesuai hipotesa.

b. Mendapatkan lampu penerangan tenaga surya dengan

kabel serat optik.

3.2. Tempat dan Waktu Penelitian

1) Tempat

a. Tahap Awal : R. Lab Fisika SMPN 1 Malang

b. Tahap Akhir : R. Lab Fisika SMPN 1 Malang.

2) Waktu Penelitian

1. Tahap Awal : 6 Maret 2009 – 25 April 2009

2. Tahap Akhir : 8 Mei 2009 – 10 Juni 2009

3.3. Alat dan Bahan Penelitian

Adapun kegunaan dari masing-masing komponen lampu kabel serat optik, adalah sebagai berikut :

BENTUK PROTOTYPE :

1. Lensa pembesar : Sebagai pengumpul cahaya matahari.

Berjumlah 1 buah Letak disesuaikan

dengan arah gerak matahari.

2. Kabel serat optik 20 cm dan 30 cm : Sebagai media mengalirkan cahaya

matahari sampai masuk tiap ruangan dan

berfungsi sebagai lampu.

3. Rumah-rumahan 1 : 100. : Sebagai media tempat untuk percobaan.

4. Lampu sorot 1 buah :Sebagai sarana simulasi letak sianr matahari

(untuk peraga di dalam ruangan).

Batasan Masalah

Agar penelitian ini terarah maka dilakukan pembatasan masalah, yaitu :

1. Lampu hanya untuk pagi, siang, dan sore hari untuk ruang dalam gedung tertutup.
2. Lampu hanya untuk kondisi ada sinar matahari.
3. Lampu tidak bias menyala (redup) saat cuaca berawan / gelap.
4. Pengumpul cahaya serat optik diletakkan di atap rumah (tidak terhalang apapun)
5. Lensa pembesar (pengumpul) cahaya matahari harus di atur letaknya agar cahaya matahari tepat masuk ke pengumpul serat optik.
6. Lensa pembesar (pengumpul) cahaya harus diatur ulang setiap awal bulan karena posisi lintasan matahari selalu berubah.

Design Konstruksi :

Bahan : ruang dari kayu, lensa pembesar, kabel serat optik, lampu sorot dan

dimmer lampu.

Pada Kondisi Nyata :

1. Lensa pengumpul sinar matahari (lensa pembesar).

Sebagai pengumpul sinar matahari, difokuskan pada daerah tertentu.

2. Pengumpul sinar matahari (ujung awal masuk sinar ke kabel serat optik)

Sebagai titik untuk memasukkan sinar ke kabel serat optik.

3. Kabel serat optik panjang 20 cm dan 30 cm.

Sebagai penyalur sinar, dari ujung masuk awal disalurkan ke ujung akhir (titik nyala).

4. Ujung akhir (titik nyala) kabel serat optik.

Sebagai tempat akhir saluran sinar, sebagai tempat berpendarnya sinar.

5. Ruang-ruang ukuran 10 cm x 24 cm.

Sebagai simulasi model ruang dengan skala gambar 1 : 100.

Pada Kondisi Simulasi :

1. Sumber daya listrik 220 Volt.

Sebagai sumber untuk menyalakn lampu sorot.

2. Dimmer lampu 50 Watt – 220 Volt.

Sebagai alat pengatur lampu agar redup/ cerah menirukan kondisi alam.

3. Lampu sorot 20 Watt – 220 Volt.

Sebagai alat penimbul cahaya menirukan cahaya matahari

4. Pengumpul sinar (ujung awal masuk sinar ke kabel serat optik)

Sebagai titik untuk memasukkan sinar ke kabel serat optik.

5. Kabel serat optik panjang 20 cm dan 30 cm.

Sebagai penyalur sinar, dari ujung masuk awal disalurkan ke ujung akhir (titik nyala).

6. Ujung akhir (titik nyala) kabel serat optik.

Sebagai tempat akhir saluran sinar, sebagai tempat berpendarnya sinar.

7. Ruang-ruang ukuran 10 cm x 24 cm.

Sebagai simulasi model ruang dengan skala gambar 1 : 100.

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1. Lampu Penerangan Kabel Serat Optik Tenaga Matahari

Lampu kabel serat optik tenaga matahari ini dibuat dengan mempergunakan beberapa komponen sebagai berikut :

1. Lensa pembesar.
2. Kabel serat optik 20 cm dan 30 cm (masing-masing serat).
3. Rumah-rumahan.
4. Lampu sorot 1 buah untuk simulasi letak matahari dalam ruang.

Komponen di atas dirangkai sedemikian rupa. Sehingga, dapat digunakan sebagai percobaan. Namun, belum dapat diaplikasikan dalam masyarakat karena masih dalam bentuk prototype.

Dalam percobaan, sinar matahari berpengaruh terhadap terangnya lampu kabel serat optik tenaga matahari ini. Di bawah ini, data tabel hasil percobaan tentang pengaruh cahaya matahari terhadap lampu kabel serat optik tenaga matahari.

No	Sinar matahari pukul	Pengaruh pada Lampu Kabel Serat Optik (Sinar dalam ruang)
1	06.00 – 08.00	Terang
2	08.00 – 10.00	Terang
3	10.00 – 12.00	Sangat terang
4	12.00 – 14.00	Sangat terang
5	14.00 – 16.00	Terang
6	16.00 – 18.00	Redup

Tabel 4.1 Pengaruh Sinar Matahari Terhadap Lampu

Jadi dari data tabel di atas, dapat disimpulkan bahwa semakin matahari bergerak menuju ke garis lurus terhadap lampu kabel serat optik, maka semakin terang. Sehingga, lampu ini lebih efektif di waktu jam 08.00-16.00.

4.2. Cara Kerja Lampu Kabel Serat Optik Tenaga Matahari

Kabel serat optik tenaga matahari dapat berfungsi. Hal ini karena memilki cara kerja sebagai berikut :

1. Sinar matahari akan dikumpulkan oleh lensa yang mengarah pada pengumpul sinar.
2. Sinar matahari tersebut diteruskan ke kabel serat optik .
3. Dalam kabel serat optik, sinar matahari bergerak di sepanjang kabel serat optik sepanjang 20cm dan 30 cm.
4. Cahaya matahari akan muncul di ujung kabel serat optik.
5. Ujung kabel serat optik dibuat kasar agar cahaya berpendar (membaur sambil memantul).
6. Cahaya yang berpendar pada ujung kabel sekaligus sebagai lampu penerangan.
7. 
   

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dari uraian pada bab pembahasan, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

1. Semakin matahari bergerak menuju ke garis lurus terhadap lampu kabel serat optik, maka semakin terang. Sehingga, lampu ini lebih efektif di waktu jam 08.00-16.00. Namun, belum dapat diaplikasikan dalam masyarakat karena masih dalam bentuk prototype.
2. Cara kerja alat ini adalah sinar matahari dipantulkan oleh cermin yang mengarah pada pengumpul sinar, sinar matahari diteruskan ke kabel serat optik. Sinar matahari bergerak di sepanjang kabel serat optik. Cahaya matahari akan muncul di ujung kabel serat optik.ujung kabel serat optik dibuat kasar agar cahaya berpendar (membaur saling memantul). Cahaya yang berpendar pada ujung kabel sekaligus sebagai lampu penerangan.

5.2. Saran

1. Berhubung lampu ini dapat menerangi ruangan dalam suatu gedung dengan memanfaatkan kabel serat optik tenaga surya. Maka, diharapkan pemerintah dan masyarakat mendukung adanya penggunaan lampu ini.
2. Lampu ini praktis, dilihat dari segi pembuatan dan pemakaian. Maka, diharapkan pemerintah mensosialisasikan lampu ini di masyarakat.

DAFTAR PUSTAKA

Cheshire, Gerard. 2008. Dunia Sains Fisika : Cahaya dan Warna. PT.Tiga Serangkai Pustaka Mandiri. Solo

Foster, Bob.2004. Eksplorasi Sains Fisika untuk SMP kelas VII. Erlangga. Bandung.

Adriyarkara.2000. Pengering Tenaga Surya Sederhana. Kanisius.Yogyakarta.

www.wikipedia.org/kabel serat optik

www.google.com/gambar/sinarmatahari

www.google.com/gambar/kabelseratoptik

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Nama : Dina Hanifasari

Tempat Tanggal Lahir : Malang, 27 April 1995

Alamat : Jln. Tirto Utomo 4/42B Landungsari, Malang,

Jawa Timur.

Sekolah : SMP Negeri 1 Malang

No.Induk : 13122

Karya-karya Ilmiah yang

pernah dibuat :

1. Fenomena Kimia dalam Rumah Tangga (2009)

2. Pengaruh Internet Terhadap Prestasi Siswa

SMPN 1 Malang (2008)

3. (Limbah Kulit Nangka untuk media tanam dengan cara amoniasi)

Penghargaan-penghargaan

yang pernah diraih :

- Juara Harapan 2 LPIR Nasional Bidang Teknologi

- Juara 2 LPIR se-Kota Malang Bidang Tekonologi

- Juara 1 Barito Vaganza ke-4