Pendahuluan
      Indonesia merupakan negara tropis yang memiliki curah hujan yang tinggi. Rata-rata curah hujan di Indonesia cukup tinggi yaitu sekitar 2.000 -- 3.000 mm/tahun. Namun kondisi curah hujan pada masing-masing wilayah berbeda. Variasi curah hujan harian sebabkan faktor topografi seperti bukit, pegunungan dan variasi hujan bulanan atau musiman dipengaruhi oleh angin darat dan laut serta variasi hujan tahunan dipengaruhi oleh perilaku sirkulasi atmosfer global dan kejadian badai (Oni).
Pola curah hujan di Indonesia dibagi menjadi tiga, pola Moonson, pola ekuatorial dan pola lokal. Pola Moonson memiliki ciri bentuk pola hujan yang bersifat unimodal (satu puncak musim hujan) yaitu sekitar bulan desember. Pola ekuatorial memiliki ciri pola hujan bimodal (dua puncak musim hujan) yang biasa terjadi pada bulan Maret dan Oktober sedangkan pola lokal mempunyai ciri pola hujan unimodal namun berlawanan arah dengan pola moonson (Oni). Pola moonson berada di pulau Jawa, Bali, NTB, NTT, dan sebagian pulau Sumatera. Pola ekautorial berada di wilayah sepanjang garis khatulistiwa dan pola lokal berada di wilayah Ambon (Maluku). Pada Gambar 1 menunjukkan perubahan normal pola curah hujan yang dialami beberapa wilayah di Indonesia.
Sumber : http://www.bmkg.go.id/iklim/perubahan-normal-curah-hujan.bmkg
Hujan adalah jatuhnya hidrometeor yang berupa partikel-partikel air berdiameter 0,5 mm atau lebih (Sri, dkk, 2015). Air hujan dapat diukur berdasarkan volume air hujan per satuan luas. Sehingga jika curah hujan sebesar 1 mm setara dengan 1 liter/m2. Hujan merupakan sumber air yang sangat melimpah. Air hujan digunakan untuk kebutuhan sehari-hari seperti untuk air minum dan air resapan. Jatuhnya air hujan menghasilkan energi potensial yang berpeluang menghasilkan listrik.Â
Kondisi curah hujan yang cenderung tinggi menjadikan air hujan sebagai sumber energi terbarukan. Energi potensial yang dihasilkan air hujan saat jatuh ke tanah dapat dirubah menjadi listrik menggunakan teknologi Piezoelektrik. Piezoelektrik merupakan material yang dapat merubah energi mekanik menjadi listrik dan juga sebuah elemen sensor yang bekerja akibat adanya gaya tekanan (Atiek, dkk, 2013). Sehingga melalui teknologi Piezoelektrik, air hujan dapat digunakan sebagai sumber energi terbarukan untuk menghasilkan listrik.
Hujan dan Piezoelektrik
      Hujan merupakan fenomena alam yang terdapat dalam siklus hidrologi yang sangat dipengaruhi oleh iklim. Peran hujan sangat besar bagi kehidupan untuk memenuhi kebutuhan air. Hujan dibagi menjadi 5 jenis berdasarkan kondisi iklimnya, diantarnya hujan siklonal (hujan yang terjadi karena udara panas dan angina yang berputar), hujan zenithal (hujan yang sering terjadi di daerah ekuator), hujan orografis (hujan yang terjadi karena udara mengandung uap air yang bergerak horizontal), hujan frontal (hujan yang terjadi apabila massa udara yang dingin bertemu dengan massa udara panas) dan hujan muson (hujan yang terjadi karena adanya pergerakan semu tahunan matahari antara garis balik utara dan garis balik selatan). Selain itu hujan terbagi menjadi lima tingkatan berdasarkan intensitas hujannya (ukuran jumlah hujan per satuan waktu) yang ditunjukkan oleh Tabel 1.
Tabel 1. Tingkatan hujan berdasarkan intensitasnya
      Berdasarkan intensitas hujan yang terjadi di Indonesia, air hujan dapat dijadikan sebagai sumber listrik yang didukung oleh variasi hujan harian atau musiman. Teknologi untuk mengkonversi energi yang dihasilkan oleh air hujan menjadi energi listrik dinamakan Piezoelektrik. Jacques dan Pierre Curie yang menemukan pertama kali bahan piezoelektrik pada tahun 1880. Efek piezoelektrik terjadi jika medan listrik terbentuk ketika material diberi tekanan atau regangan.Â
Nilai koefisien muatan piezoelektrik berada pada rentang 1 -- 100 pico Coloumb/Newton (Joko, 2015). Piezoelektrik adalah efek yang reversible, ketika bahan piezoelektrik diberi tekanan akan menghasilkan listrik, sebaliknya jika bahan piezoelektrik diberi tegangan listrik akan menghasilkan tekanan dan perubahan dimensi (Joko, 2015). Gambar 2 menunjukkan bagaimana piezoelektrik bekerja.
Sumber : Joko, 2015
Bahan piezoelektrik adalah material yang menghasilkan medan listrik ketika diberi tekanan atau regangan. Terdapat dua material piezoelektrik, piezoelektrik alami seperti kuarsa (Quartz, SiO2), berlinite, turmalin dan garam rossel sedangkan piezoelektrik buatan seperti BariumTitanate (BaTiO3), Lead Zirconium Titanate (PZT), Lead Titanate (PbTiO3), dan lain-lain (Ichwan, 2011). Bahan piezoelektrik terbentuk oleh keramik yang terpolarisasi sehingga beberapa bagian molekul bermuatan positif dan beberapa molekul lainnya bermuatan negatif membentuk elektroda-elektroda yang menempel pada sisi yang berlawanan dan dapat menghasilkan listrik dikarenakan adanya gaya tekan. Pada saat bahan piezoelektrik diberi tegangan listrik, molekul yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik sehingga dihasilkan dipole yang terinduksi dengan molekul bahan.Â
Selain itu,bahan akan mengalami perubahan dimensi akibat penyusaian molekul yang biasa disebut fenomena electrostriction (Joko, 2015). Bahan piezoelektrik yang sedang menarik perhatian adalah bahan piezoelektrik organik berupa Poly Vinylidine Floride (PVdF). PVdF memiliki konstanta piezoelektrik dan elastisitasnya tinggi, densitasnya rendah serta tahan terhadap kejutan mekanik karena kelenturannya sehingga mudah diproduksi dalam berbagai bentuk dan ukuran (Joko, 2015). Teknologi piezoelektrik dapat digunakan sebagai konverter energi dari energi potensial menjadi energi listrik. Energi potensial dihasilkan dari peristiwa jatuhnya air hujan yang akan menekan bahan piezoelektrik sehingga mampu menghasilkan listrik. Untuk mengetahui lebih dalam mengapa air hujan dapat menghsilkan listrik dapat disimak video dibawah ini.
http://gp.alternate-energi.net/piezoelectric-generator-led-lit-by-rain-water_5c0904f45.html
Penutup
      Curah hujan yang tinggi merupakan potensi yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik karena musim hujan adalah musim yang selalu terjadi di Indonesia. Energi potensial yang dihasilkan air hujan saat turun ke tanah dapat dimanfaatkan oleh bahan piezoelektrik untuk menghasilkan listrik. Teknologi piezoelektrik pun sudah digunakan di berbagai industri sejak tahun 1950, seperti penggunaan sensor piezoelektrik untuk menentukan lokasi kerusakan dini pada mesin, penggunaan piezoelektrik pada ultrasonic tranduser untuk pencitraan medis dan di bidang transportasi kereta apai (ketika ada kereta api yang mendekat pada jarak tertentu palang pintu rel akan menutup dan akan kembali terbuka ketika kereta sudah menjauh) serta pada pintuk masuk sebuah stasiun di Jepang (Joko, 2015).Â
Referensi
S, Sri Maulidani, Nasrul Ihsan, dan Sulistiawaty. 2015. Analisis Pola dan Intensitas Curah Hujan Berdasarkan Data Observasi dan Satelit Tropical Rainfall Measuring Missions (TRMM) 3B42 V7 di Makassar. Universitas Negeri Makassar
Huang, Zicheng. 2016. The Research on Rainwater Power Generation System. School of North China Electric Power University
Sukariono, Joko. 2015. Material Cerdas Piezoelektrik.Universitas Negeri Surabaya
Prawira, Atiek, Siti Khoirotun Nisa, dan Khilda Mailatul Haqqi. 2013. "TEH" TIK Energi Harvesting, Pemanen Energi Curah Hujan, Model Piezo Japit Buaya, Pada Daerah Potensial Hujan di Jawa Tengah. Semarang : Universitas Dian Nuswantoro
Yelfianhar, Ichwan. 2011. Piezoelektrik. Diambil dari : https://iwan78.files.wordpress.com/2010/11/8_piezoelektrik.pdf (28 Agustus 2017)
BAB II Landasan Teori. Diambil dari : http://repository.usu.ac.id/bitstream/handle/123456789/41256/Chapter%20II.pdf?sequence=4 (28 Agustus 2018)
Giri, Oni. Perubahan Iklim dan Curah Hujan di Indonesia.Diambil dari : https://www.academia.edu/8267917/Perubahan_Iklim_dan_Curah_Hujan_di_Indonesia (28 Agustus 2017)
Artikel ini dibuat untuk mengikuti kompetisi dari Kementrian ESDM (www.esdm.go.id) #15HariBerceritaEnergi
Baca konten-konten menarik Kompasiana langsung dari smartphone kamu. Follow channel WhatsApp Kompasiana sekarang di sini: https://whatsapp.com/channel/0029VaYjYaL4Spk7WflFYJ2H
