JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) Vol. 12 No. 3, pISSN: 2303-0577 eISSN: 2830-7062              http://dx.doi.org/10.23960/jitet.v12i3.4452

## INOVASI  ENERGI  HIJAU:  PIEZOELEKTRIK  UNTUK
MENGUBAH GETARAN

## KENDARAAN MENJADI LISTRIK
Agus Kiswantono 1 , Adi Irwan 2
1,2 Program Studi Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Bhayangkara Surabaya; Jl. Ahmad Yani No.114, Ketintang, Kec. Gayungan, Kota SBY, Jawa Timur 60231, Telp. 031- 8285602,8291055
Received: 29 Mei 2024 Accepted: 31 Juli 2024 Published: 7 Agustus 2024
Keywords: piezoelektrik; piezoelektronik; energy terbarukan; pembangkit portable.
Corespondent Email: kiswantono@ubhara.ac.id, adiirwan97531@gmail.com
Abstrak. Penelitian ini memperlihatkan potensi besar teknologi piezoelektrik dalam  mengubah  getaran  kendaraan  menjadi  sumber  energi  portabel  yang efisien.  Dengan  memanfaatkan  prinsip  piezoelektrik,  sistem  yang  dirancang dapat mengekstrak energi dari getaran kendaraan selama operasi normal. Salah satu  hal  yang  menonjol  dari  penelitian  ini  adalah  desain  sistem  yang ergonomis, memungkinkan penempatan perangkat piezoelektrik secara efisien di  dalam kendaraan untuk mengoptimalkan pengumpulan energi. Percobaan yang  dilakukan  dengan  menggunakan  simulasi  dan  prototipe  perangkat menunjukkan  bahwa  sistem  ini  mampu  menghasilkan  energi  portabel  yang cukup untuk mengisi daya perangkat elektronik kecil. Implikasi dari penelitian ini  sangat  signifikan  dalam  konteks  keberlanjutan  energi  dan  lingkungan. Dengan memanfaatkan energi piezoelektrik dari getaran kendaraan, kita dapat mengurangi ketergantungan pada sumber daya listrik konvensional dan bahan bakar fosil, sesuai dengan upaya global untuk mengurangi emisi karbon dan mempercepat  transisi  menuju  energi  terbarukan.  Rata-rata  tegangan  output yang lebih tinggi dari rangkaian seri, sebesar 4,766 V, dibandingkan dengan rangkaian  paralel,  sebesar  4,612  V,  memberikan  gambaran  efisiensi  dan kinerja kedua konfigurasi rangkaian dalam mengumpulkan energi dari getaran kendaraan.  Penelitian  ini  menjadi  landasan  penting  dalam  menginspirasi langkah-langkah  praktis  menuju  masyarakat  yang  lebih  berkelanjutan  dan efisien  secara  energi,  serta  mendorong  industri  dan  pemerintah  untuk menginvestasikan  lebih  lanjut  dalam  pengembangan  teknologi  energi terbarukan yang ramah lingkungan..
Abstract.  This  research  highlights  the  significant  potential  of  piezoelectric technology in converting vehicle vibrations into an efficient source of portable energy. By harnessing the principles of piezoelectricity, the designed system can  extract  energy  from  vehicle  vibrations  during  normal  operation.  One notable aspect of this study is the ergonomic design of the system, enabling efficient  placement  of  piezoelectric  devices  within  the  vehicle  to  optimize energy  harvesting.  Experiments  conducted  using  simulations  and  prototype devices  demonstrate  that  the  system  is  capable  of  generating  sufficient portable  energy  to  power  small  electronic  devices.  The  implications  of  this research  are  profound  in  the  context  of  energy  sustainability  and environmental conservation. By tapping into piezoelectric energy from vehicle vibrations, we can reduce reliance on conventional electrical power sources and fossil fuels, aligning with global efforts to mitigate carbon emissions and expedite the transition to renewable energy. The higher average voltage output from  the  series  circuit,  at  4.766  V  compared  to  4.612  V  from  the  parallel circuit,  provides  insight  into  the  efficiency  and  performance  of  both  circuit configurations  in  harvesting  energy  from  vehicle  vibrations.  This  research serves  as  a  crucial  foundation  for  inspiring  practical  steps  towards  a  more
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
sustainable  and  energy-efficient  society,  while  also  encouraging  further investment  from  industries  and  governments  in  the  development  of environmentally friendly renewable energy technologies.

## 1. PENDAHULUAN
Dalam  era  teknologi  yang  berkembang pesat,  permintaan  akan  energi  portabel  terus meningkat,  terutama  untuk  mengisi  daya perangkat  elektronik  kecil  seperti  ponsel, laptop, dan sensor nirkabel [1][2][3]. Salah satu solusi  inovatif  yang  menjanjikan  adalah pemanfaatan  teknologi  piezoelektrik  untuk mengubah  energi  mekanik  dari  getaran kendaraan  menjadi  energi  listrik  yang  dapat digunakan  [4][5][6].  Teknologi  piezoelektrik bekerja  berdasarkan  prinsip  bahwa  material tertentu  dapat  menghasilkan  tegangan  listrik ketika dikenai tekanan mekanis [7][8][9]..
Piezoelektrik  adalah  suatu  bahan  cerdas yang  menanggapi  pengaruh  dari  tegangan mekanis  atau  tegangan  listrik.  Nama  awalnya berasal  dari  bahasa  Yunani  'piezein''  yang berarti  menekan,  sehingga  khusus  menerima tekanan [10][11]. Bahan yang mampu memberikan  pengaruh  ke  piezoelektrik  adalah Barium  titanat  dan  beberapa  jenis  keramik. Piezoelektrik  menggunakan  prinsip  momen dipol  yang  menyebabkan  pemadatan  muatan listrik  dan  perbedaan  tegangan  listrik  ketika disekat  [12][13][14].Pemberian  medan  listrik kemudian menyebabkan  terjadinya  gaya  gerak listrik  dan  menghasilkan  gerak  mekanis  atau sebaliknya.  Gaya  ini  mampu  mengubah mengubah ukuran benda menjadi lebih panjang, tetapi memperkecil lebar penampangnya
[15][16][17]. Penelitian ini bertujuan untuk
mengembangkan dan menguji sistem piezoelektrik  yang  dapat  dipasang  dalam kendaraan untuk memaksimalkan pengumpulan energi dari getaran yang terjadi selama operasi normal  [18][19][20].  Dengan  menggunakan simulasi dan prototipe perangkat, penelitian ini mengevaluasi  efisiensi  dan  kinerja  sistem dalam  berbagai  kondisi  jalan  dan  operasional. Selain  itu,  penelitian  ini  membandingkan konfigurasi rangkaian seri dan paralel dalam hal tegangan output untuk menentukan konfigurasi yang  paling  efisien  dalam  mengumpulkan energi[21][22][23].
Dengan  mengurangi  ketergantungan  pada sumber  daya  listrik  konvensional  dan  bahan
bakar fosil, pemanfaatan teknologi piezoelektrik  dapat  mendukung  upaya  global dalam mengurangi emisi karbon dan mempercepat  transisi  menuju  penggunaan energi terbarukan[24][25][26]. Hasil penelitian ini  diharapkan  dapat  memberikan  kontribusi signifikan  dalam  mengembangkan  teknologi energi  portabel  yang  lebih  berkelanjutan  dan ramah lingkungan[27].

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
a. Piezoelektrik
Material  piezoelektrik  merupakan  material yang terbuat dari silikon atau germanium yang mampu  menghasilkan  energi  listrik  ketika mengalami  defleksi  (direct  piezoelectric) sebaliknya, saat diberi tegangan akan terdefleksi (inverse piezolectric).

## Gambar 1. Piezoelektrik
Material  piezoelektrik  dapat  mengalami defleksi dengan diberi tekanan secara langsung atau digetarkan melalui media perantara seperti kantilever.. Pemberian tekanan secara langsung akan menghasilkan tegangan piezoelektrik yang sebanding dengan besar gaya tekan akan tetapi piezoelektrik rentan mengalami kerusakan.
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062

## Agus  dkk

## Gambar 2. Mekanisme Piezoelektrik
b. Rangkaian Generator Piezoelektrik
Piezoelektrik  dalam  sekali  tekan  dan dilepaskan akan menghasilkan arus bolak-balik. Sehingga  untuk  mendapatkan  energi  yang maksimal dan dapat disimpan dalam baterai maka perlu disearahkan dengan rectifier. Karena energi listrik  yang  dihasilkan  piezoelektrik  sangat  kecil, energi  listrik  disimpan  terlebih  dahulu  dalam baterai  atau  kapasitor  sebelum  digunakan  pada beban.
Gambar 3. Rangkaian Penyearah

## c. Hubungan  tegangan  listrik  piezoelektrik dengan energi mekanik
Massa  beban  dan  posisi  beban  yang dijatuhkan pada permukaan piezoelektrik erat kaitannyadengan  besarnya  energi  mekanik/ energi  potensial  (joule)  yang  diterima piezoelektrik.
Dengan menggunakan
Persamaan 1 dapat diketahui besarnya energi potensial  dalam  satuan  Joule  yang  diterima permukaan piezoelektrik.
Selanjutnya, kaitan energi potensial dari beban  yang  dijatuhkan  ke  permukaan piezoelektrik  dapat  memiliki  korelasi  antara energi  mekanik  dari  guncangan  yang  timbul dalam  perjalanan  berkendara  dengan  gaya tekan pada permukaan piezoelektrik. Semakin besar  dan  sering  permukaan  piezoelektrik menerima  tekanan  dari  pemukul  berpegas, maka  energi  listrik  dari  piezoelektrik  dapat dihasilkan.  Kecepatan  pemukul  berpegas memukul  permukaan  piezoelektrik  akan mempengaruhi  energi  mekanik  yang  akan diterima  permukaan  piezoelektrik.  Energi  ini dinyatakan dengan energi kinetik
sebagaimana pada Persamaan 2.
Energi  mekanik  yang  diterima  oleh permukaan  piezoelektrik  dapat  berasal  dari energi kinetic yang bersumber dari guncangan- guncangan yang dialami kendaraan

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
. Konfigurasi  seri  dan  paralel  dengan  jumlah piezoelektrik  dan  energi  mekanik  yang  sama akan diberikan pada permukaan piezoelektrik.
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
Gambar 4. Rangkaian Piezoelektrik secara seri
Gambar  5.  Rangkaian  Piezoelektrik  secara parallel

## Pengukuran baik dengan konfigurasi seri dan
paralel dilengkapi dengan komponen tambahan diode  jembatan  seperti  pada  Gambar  3.Dioda jembatan berfungsi sebagai penyearah tegangan sehingga  tegangan  keluaran  piezoelektrik berupa sinyal bolak-balik dapat diukur dengan multimeter berupa sinyal searah (DC).

## Gambar 6. Desain prototype
Dalam tahapan uji coba perangkat dilakukan melalui  simulasi  menggunakan  Proteus  8. Proteus  8  dipilih  sebagai  alat  simulator dikarenakan  kelengkapan  library[9].  Dengan melakukan  uji  coba  menggunakan  simulator, dapat mengetahui ada atau tidaknya  kesalahan dalam  perancangan  tanpa  adanya  resiko kerusakan pada bahan yang dipergunakan.
Dalam simulasi yang dilakukan terdapat dua jenis  konfigurasi  rangkaian  yang  diuji  coba, yaitu rangkaian seri dan parallel. Perbedaan dari kedua  konfigurasi  rangkaian  tersebut  berada pada  rangkaian  penghubung  di  bagian  output diode bridge dari piezoelectric. Parameter yang dipergunakan  dalam  simulasi  ini  adalah pengukuran  tegangan  output  pada  rangkaian generator piezoelektrik.
Berikut adalah konfigurasi rangkaian seri yang disimulasikan  di  Proteus.  Dapat  diperhatikan pada masing-masing bagian output diode bridge dihubung  secara  seri,  kemudian  dilakukan pengukuran tegangan output pada ujung output positif  diode  bridge  piezoelektrik  pertama  dan output  negative  diode  bridge  piezoelektrik keempat.
Gambar 7. Simulasi rangkaian piezoelektrik seri di proteus
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
Konfigurasi  rangkaian  parallel  yang diujicoba pada proteus ditunjukan pada gambar 8.  Nampak  masing-masing  output  positive diodabridge  dihubungkan,  begitu  pula  pada masing-masing  output  negative  diode  bridge. kemudian  dari  output  positive  dan  negative dilakukan pengukuran tegangan outputnya.

## Gambar 8. Simulasi rangkaian piezoelektrik parallel di proteus
Berikut adalah hasil dari percobaan melalui simulator.

## Hasil Percobaan Simulasi Rangkaian Seri
Table 1 Hasil percobaan rangkaian seri Percobaan Seri (v) Pertama 4,74 Kedua 4,72 Ketiga 4,8 Keempat 4,78 Kelima 4,79
Gambar 9. Grafik percobaan rangkaian seri

## Hasil Percobaan Simulasi Rangkaian Paralel

## Table 2 Hasil percobaan rangkaian seri
Percobaan Paralel (v) Pertama 4,59 Kedua 4,61 Ketiga 4,62 Keempat 4,63 Kelima 4,61

## Gambar 10. Grafik percobaan rangkaian seri
Melalui simulasi ini didapati hasil yang lebih optimal didapat dari konfigurasi rangkaian seri. Tentunya dengan menambahkan jumlah perangkat piezoelektrik akan menambah jumlah energy listrik yang didapat.

## 4. KESIMPULAN
Penelitian ini berhasil menunjukkan potensi besar teknologi piezoelektrik dalam mengubah getaran  kendaraan  menjadi  energi  listrik  yang dapat  digunakan  sebagai  sumber  energi portabel.  Hasil  eksperimen  menunjukkan bahwa  sistem  piezoelektrik  yang  dirancang mampu  mengumpulkan  energi  secara  efektif dari  getaran  kendaraan,  dengan  konfigurasi rangkaian  seri  menghasilkan  tegangan  output yang  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan konfigurasi  paralel.  Hal  ini  menunjukkan bahwa  teknologi  ini  bisa  diterapkan  untuk mengisi  daya  perangkat  elektronik  kecil, memanfaatkan energi yang sebelumnya terbuang percuma.
4,65 4,7 4,75 4,8 4,85 Seri (v) 4,56 4,58 4,6 4,62 4,64 Paralel (v)
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
Implementasi teknologi piezoelektrik dalam kendaraan menawarkan solusi ramah lingkungan  dan  berkelanjutan,  yang  dapat mengurangi ketergantungan pada sumber daya listrik  konvensional  dan  bahan  bakar  fosil. Penggunaan  teknologi  ini  mendukung  upaya global  untuk  mengurangi  emisi  karbon  dan mempercepat transisi menuju energi terbarukan. Dengan mengubah getaran kendaraan  menjadi  listrik,  teknologi  ini  tidak hanya  memanfaatkan  sumber  daya  yang  ada tetapi  juga  berkontribusi  pada  pengurangan jejak karbon.
Pengembangan  lebih  lanjut  dari  sistem  ini, termasuk  peningkatan desain  dan  penambahan jumlah perangkat piezoelektrik, dapat meningkatkan jumlah energi yang dikumpulkan secara  signifikan.  Dengan  demikian,  teknologi piezoelektrik  ini  memiliki  potensi  besar  untuk menjadi  bagian  penting  dari  solusi  energi terbarukan  masa  depan,  mendukung  upaya global menuju masyarakat yang lebih berkelanjutan  dan  efisien  secara  energi. Penelitian ini memberikan landasan kuat untuk eksplorasi lebih lanjut dan implementasi praktis dari  teknologi  piezoelektrik  dalam  berbagai aplikasi sehari-hari.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  T.  Elektro,  F.  Teknik,  and  U.  B.  Surabaya, “Fuzzy  Control  Innovation :  Optimizing  DC Motor  Performance  with  Solar  Energy Matahari,” pp. 31–44.
[2]  A. Kiswantono, A. Rozak, F. Syah, and M. A. M.  A,  “Realizing  Energy  Independence : Automation  Solutions  with  Visual  Studio  for PLN  and  PLTS  Integration  via  ATS  Panel Studio untuk Integrasi PLN dan PLTS melalui Panel ATS”.
[3]  A. Kiswantono and Y. Hermanto,
“PENINGKATAN
KINERJA
PLTB
MELALUI  KENDALI,”  vol.  12,  no.  1,  pp. 137–147, 2024.
[4]  O. Suhu, P. Studi, T. Elektro, F. Teknik, and U. B.  Surabaya,  “Revitalisasi  Sistem  ATS : Integrasi Smart Relay dan Teknologi,” pp. 56– 63, 2023.
[5]  Y.  Hermanto  and  A.  Kiswantono,  “Stability Control  of  Frequency  and  Voltage  in  Wind Power Plant Using Complementary Load with Pid  Control,  Pwm  and  Thingspeak  Monitor,” JEECS (Journal Electr. Eng. Comput. Sci. , vol. 7,  no.  1,  pp.  1159–1168,  2023,  doi:
10.54732/jeecs.v7i1.211.
[6]  H. Singkat and B. Capasity, “Analisa Simulasi Gangguan  Hubung  Singkat  Dan  Breaking Capasity  Circuit  Breaker  Menggunakan,”  pp. 619–622.
[7]  A.  Kiswantono,  E.  N.  Cahyono,  and Hermawan,  “Profile  of  Automation  of Electricity  Distribution  System  Bhayangkara University Surabaya,” JEECS (Journal Electr. Eng.  Comput.  Sci. ,  vol.  6,  no.  2,  pp.  1071– 1080, 2021, doi: 10.54732/jeecs.v6i2.201.
[8]  B.  H.  S.  Samsoeri  and  M.  Surabaya, “ENERGY SYSTEM AUDIT MEASUREMENT AT RS,” vol. 7, no. 2, pp. 1263–1272, 2022.
[9]  H.  T.  P.  Ryko  and  A.  Kiswanto,  “Analisis Stabilitas  Tegangan  Listrik  Menggunakan Panel  Surya  Pada  Lampu  Penerangan  Jalan Umum  (Pju)  Berbasis  Arduino,” Aisyah  J. Informatics Electr. Eng. , vol. 3, no. 2, pp. 148–
152, 2021, [Online]. Available:
http://jti.aisyahuniversity.ac.id/index.php/AJI EE
[10]  J. I. Tech, “Transformasi Pemantauan Energi : Kontrol  Daya  Listrik  3  Fasa  Dengan Antarmuka  Grafis  Pengguna  (  Gui  )  Secara Langsung,” vol. 1, no. 2, pp. 76–84, 2023.
[11]  M.  Suripto,  A.  Kiswantono,  T.  Elektro,  F. Teknik,  and  U.  B.  Surabaya,  “Evaluasi Perencanaan  Sistem  Pentanahan  Gardu  Induk 150  kV  Jabon  Dengan  Simulasi  Software CYMGRD,” J. Sist. Telekomun. Elektron. Sist. Kontrol Power Sist. Komput. , vol. 1, no. 2, pp. 137–148, 2021.
[12]  A.  Syaefudin,  A.  Kiswantono,  and  B. Purwahyudi, “Sistem Kendali Kinerja Motor 1 Phasa pada WTP Menggunakan ESP8266 Tipe 01,” Sent.  Vi  2021 ,  no.  November  2021,  pp. 110–119, 2021.
[13]  H. D. Paminto and A. Kiswantono, “Volume 3 Issue  1  Aisyah  Journal  of  Informatics  and Electrical  Engineering  Rancang  Simulasi Sistem  Over  Current  Relay  Pada  Jaringan Distribusi 20kv Mengggunakan Etap,” vol. 3, no. 1, pp. 45–49.
[14]  T.  M.  Etap,  “Simulasi  Gangguan  Relay Differential Trafo Pada Saluran,” pp. 548–553.
[15]  A.  Kiswantono et  al. ,  “Rancang  Bangun Proteksi  Transmisi  Listrik  Terhadap  Multi Gangguan,”  vol.  05,  no.  02,  pp.  113–118, 2023.
[16]  R.  Bangun,  B.  Charge,  C.  Atmega,  and  M. Sepeda,  “Design  of  Atmega2560  Charge Controller Battery Using Static Bicycle,” vol. 7, no. 1, pp. 79–93, 2023.
[17]  M.  Thingspeak,  “Voltage  and  Frequency Controller  for  Wind  Turbine  With  PID Controller , PWM and Thingspeak Monitor”.
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
[18]  R. Bangun, S. Proteksi, S. B. Motor, P. Waktu, and W. Heater, “Design of Single Phase Motor Current  ,  Voltage  ,  Over  Temperature Protection System and Temperature Timing in Water Heater”.
[19]  A.  Transfer,  S.  Ats,  and  M.  Arduino, “Automatic  Transfer  Switch  (  ATS  )  Using Arduino  Uno  ,  IoT-Based  Relay  and Monitoring dan Monitoring Berbasis IoT,” pp.
1–8.
[20]  T. M. Iot, “Remote reading beban listrik pada rumah  yang  terintegrasi  menggunakan  iot,” vol. 3, no. 2, pp. 143–147.
[21]  H. Margareth, No  Title ةيبرعلا ةغللا سيردت قرط . 2017.
[22]  A.  Kiswantono,  P.  Studi,  T.  Elektro,  U.  B. Surabaya,  B.  Arus,  and  P.  Daya,  “Analisa kelistrikan  pada  gedung  fakultas  teknik universtas bhayangkara surabaya”.
[23]  P.  Hermawan  and  A.  Kiswantono,  “Rancang Bangun Automatic Transfer Switch ( Ats ) Dan
Automatic  Main  Failure  (  Amf  )  Berbasis Arduino Uno R328P Pada Prototipe
Pembangkit,” Semin. Nas. Fortei7-3 , pp. 101– 106, 2020.
[24]  Y. Hermanto, “Prototype Monitoring Electricity System 220v of Wind Power Plant
( PLTB ) based on the Internet of Things,” vol. 01, 2021, doi: 10.31763/iota.v1i3.469.
[25]  D. B. Prasetyo and A. Kiswantono, “Sinkronisasi Dan Monitoring Generator Dengan Pengendali Berbasis Arduino Mega
2560,” Vol. 3, No. 2, Pp. 163–170.
[26]  M. A. Faza, T. Elektro, F. Teknik, And U. B. Surabaya, “Rancang Bangun Alat Monitoring Online Temperatur Klem Pada,” Vol. 14, no.
1, 2022.
[27]  E. Engineering, S. Program, U. B. Surabaya, K. Gayungan, and J. Timur, “Electrical Analysis Using Esp-32 Module In,” vol. 7, no. 2, pp. 1273–1284, 2022.