## EVALUASI KONDISI BATERAI SISTEM HYBRID DI BARON TECHNO PARK
Ridwan Budi Prasetyo 1,2 *, Agus Nurrohim 1 , Ahmad Gusyairi 1 , Syaiful Mukhid 1 , Munadiyan Nurhuda 1 , Luthfi Maharsa 1 , Fredi Prima Sakti 2 , Ikrima Alfi 2 , Haidar Rahman 2
1 Balai Besar Teknologi Konversi Energi, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, BPPT Gedung Energi No. 625, Kawasan PUSPIPTEK, Serpong, 15314 Telp. (021) 7560550
2 Universitas Teknologi Yogyakarta, UTY Jl. Siliwangi (Ringroad Utara), Jombor, Sleman, D.I. Yogyakarta 55285 *email: ridwan.budi@bppt.go.id
Abstrak  Kawasan  Baron  Techno  Park  merupakan  model kawasan  mandiri  energi  yang  memanfaatkan  sistem kelistrikan  berbasis  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Hybrid (Energi Angin dan Energi Surya). Sistem kelistrikan dibangun menggunakan  sistem  off  grid  sejak  tahun  2011,  dengan memanfaatkan  baterai  sebanyak  120  sel @  1200  Ah  sebagai penyimpan energi. Sistem baterai dengan teknologi lead acid battery  (flooded  battery)  yang  telah  beroperasi  selama  10 tahun  sudah  seharusnya  menjadi  perhatian.  Hal  ini menjadikan  pertimbangan  untuk  diadakan  penelitian  tentang evaluasi  kinerja  baterai  system  hybrid.  Pengukuran Tegangan (V) dan Specific Gravity (SG) dalam kondisi tanpa beban  digunakan  sebagai  metoda  untuk  melihat  kinerja baterai.  Berdasarkan  hasil  pengukuran  diketahui  tegangan rerata  dan  spesific  gravity  rerata  sebesar  2,074  volt  dan 1,160  g/ml.   Dari  pengukuran  juga  ditunjukkan  bahwa  sel baterai  ke  87  mempunyai  kinerja  terrendah,  dengan  nilai tegangan rerata sebesar 2,023 volt dan spesific gravity rerata 1,099 g/ml.
Kata kunci : baterai, system hybrid, Baron Techno Park, off grid

## I. PENDAHULUAN
Kawasan  Baron  Techno  Park  yang  dibangun  BPPT merupakan model kawasan mandiri energi yang memanfaatkan sistem kelistrikan berbasis Pembangkit Listrik Tenaga  Hybrid  (Energi  Angin  15  KW  dan  Energi  Surya  35 KWp).  Sistem  kelistrikan  dibangun  menggunakan  sistem off grid . Ada sejumlah 120 sel baterai dengan kapasitas 1200 Ah sebagai  penyimpan  energi  listriknya.  Sistem  baterai  yang digunakan  merupakan  teknologi lead  acid  battery yang tipenya flooded  battery yang  bisa  diisi  ulang.  Sistem  baterai telah  beroperasi  sejak  komisioning  pada  tahun  2011.  Hal  ini menjadi perhatian menarik untuk dievaluasi kondisi kesehatan baterai.
Untuk  mengetahui  kondisi  sistem  baterai  tersebut, maka  perlu  melakukan  pengukuran  beberapa  parameter, antara lain yaitu tegangan (V) dan Specific Gravity (SG) pada kondisi  tanpa  beban  sebagai  bagian  dari  tindakan  perawatan secara berkala. Hal ini sangat penting untuk mengkaji kinerja baterai.  Dengan  demikian output nya  dapat  dipakai  sebagai bahan  pertimbangan  untuk  efisiensi  biaya  perawatan  [1]. Demikian juga dapat bermanfaat untuk mempertahankan daya
tahan  baterai  [2]  sehingga  tetap  dapat  digunakan  dalam operasional  di  masa  mendatang,  hal  ini  dikarenakan  bahwa menurut  informasi  dari  pabrikan  [3]  bahwa flooded  battery OPzS  dengan  spesifikasi  2  V  1200  Ah  didesain  mempunyai lifetime 22 tahun.
Monitoring  kondisi  sistem  baterai  sangat  penting dilakukan, hal ini mengingat pengadaan baterai menyumbangkan  presentase  yang  cukup  signifikan  dalam pembangunan sistem PV off grid , yakni sekitar 50 % sendiri. [2]  menjelaskan  bahwa  biaya  isntalasi  system  baterai lead acid sekitar 400 sampai 600 $/kWh.
*) penulis korespondensi : Ridwa Budi Prasetyo
Email: ridwan.budi@bppt.go.id

## II. PENELITIAN YANG TERKAIT 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid
Baron  Techno  Park  merupakan  model  kawasan  yang memanfatkan  sistem  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Hybrid (PLTH)  yang  secara  garis  besar  bisa  dijelaskan  seperti  pada tabel 1 berikut ini :
Tabel 1 . Komponen PLT Hybrid di Baron Techno Park
Komponen PLT Hybrid Kapasitas Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) 36 kWp (360 unit @100 Wp) Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) (Fortis) 5 kW (240 V.DC) Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) (Auyad) 5 kW (240 V.DC) Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (Biodisel) 25 kVA Hybrid Power Controller (HPC) 25 kVA Battery bank 288  KVAh  (120  Sel  @1200 Ah) Sistem Monitoring online Pembangkit  Listrik  Tenaga Hibrida (PLTH) bisa dimonitor melalui internet
Komponen  utama  dari  PLT  Hybrid  antara  lain  sub sistem  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS),  sub  sistem Pembangkit  Listrik  Tenaga  Bayu  (PLTB),  sub  sistem Pembangkit  Listrik  Tenaga  Diesel  (PLTD),  sub  sistem penyimpanan energi ( storage ) yang berupa battery bank, dan sub  sistem  kontrol  yang  berupa Hybrid  Power  Conditioner (HPC),  sistem online  monitoring serta  stasiun  cuaca (kecepatan angin, arah angin, radiasi matahari, temperatur dan kelembaban  udara)  sebagaimana  ilustrasi diagram  line pada gambar 1 berikut ini :
Gambar  1. Diagram  line sistem  PLT  Hybrid  di  Baron Techno Park
Untuk  mencukupi  kebutuhan  energi  listrik  pada operasional  harian  (seperti  untuk  penerangan,  AC,  kompor listrik,  pemanas  air,  komputer,  laptop,  PJU  dan  pengolahan air  menggunakan  mesin reverse  osmosis ),  disuplai  dari  PLT Hybrid  tersebut.  Rerata  energi  radiasi  harian  dalam  bulan Januari  sampai  dengan  Desember  2019  adalah  5,3525 kWh/m2  yang  kemudian  dikonversi  menjadi  energi  yang dibangkitkan  oleh  PLTS  rerata  4.410,7  kWh.  Nilai  energi tersebut  untuk  mencukupi  kebutuhan  beban  rerata  sebesar 3.091,1 kWh. Berikut ini adalah gambar 2 yang menjelaskan hal  tersebut  di  atas  tentang  kesetimbangan  energi  bulanan pada tahun 2019.
Gambar 2. Kesetimbangan energi bulanan pada tahun 2019
Pada  gambar  3  berikut  ini  menggambarkan  bahwa pola  konsumsi  energi harian mencapai  optimal  antara  8  pagi sampai  15  siang.  Hal  ini  dikarenakan  adanya  beban  yang membutuhkan suplai energi yang lebih banyak pada jam kerja tersebut, seperti pemakaian komputer atau laptop, pemakaian AC di ruangan serta untuk operasionalnya mesin pengolah air
laut  menjadi  air  bersih  dengan  kapasitas  10.000/  liter  tiap hari.
Gambar  3. Pola  konsumsi  energi  harian  di  Baron  Techno Park
2.2 Battery Bank
Battery bank terdiri 120 buah sel yang disusun menjadi 2  string  yang  dihubungkan  seri,  dimana  setiap  stringnya tersusun  atas  60  buah  sel  baterei.  Spesifikasi  baterei  yang digunakan adalah sebagai berikut [3] :
Tabel 2. Spesifikasi baterei Tipe GFX 1200 flooded lead acid Rated Voltage 2 V C 10 Rated Capacity 1200Ah Dimension (mm) Length : 275 Width : 210
Height : 645 Total Height : 700 Weight (Kg) With electrolyte : 92 Dry : 68 Acid weight : 24 Specity Gravity (g/ml) 1,24 ( pada 25 0 C) Operating temperature 20 0 sampai 55 0 C Self discharge ≤ 10 % (at 25 0 C, 90 hari) Designed  service life 22 tahun
Gambar 4. Battery bank
Supaya  baterai  mempunyai  daya  tahan  lama  karena battery  bank sudah  dilakukan  komisioning  pada  tahun  2011, maka  perlu  dilakukan  pemeliharaan  dan  perawatan  secara rutin dengan melakukan hal hal sebagai berikut seperti :
 Membersihkan  terminal  aki  pada  saat  aki  kotor  atau berkarat  menggunakan  lap  basah  dan  kemudian membubuhkan  vaselin  atau  oli  pelumas.  Hal  ini dikarenakan aki yang kotor atau berkarat mengakibatkan hilangnya arus listrik
 Menjaga  baterai  selalu  dalam keadaan  bermuatan listrik. Karena  gangguan  seperti  sulfatasi  akan  terjadi  jika  aki didiamkan dalam jangka waktu yang lama.
 Mengecek  ketinggian  elektrolit  pada  level  yang  sudah ditentukan.
 Melakukan  pengukuran  tegangan  (voltase)  tiap  sel baterai untuk mengetahui kondisi dan performanya.
 Melakukan  pengecekan specity  gravity pada  tiap  sel
baterai.
Gambar 5 . Tata letak dan konfigurasi seri antar  baterei

## 2.3 Lead Acid Battery
Gambar 6. Lead acid battery jenis flooded
Komponen  yang  konstruksi  pada lead  acid  battery secara garis  besar  bisa  dijelaskan  secara rinci dalam  tabel  3  berikut ini [4] :
Tabel 3. Komponen lead acid battery Nama Elemen Material Elektroda positif PbO 2 Elektroda negatif Pb Container SAN Cover ABS
Terminal Copper Separator Rubber Elektrolit H 2 SO 4
Lead  acid  battery merupakan  akumulator  energi  yang berbasis  elektrokimia. Lead acid  battery merupakan menjadi sub sistem penyimpananenergi yang paling banyak digunakan dalam  sistem  PV  [5].  Fungsi  utama  baterai  asam  timbal adalah  penyimpanan  dan  pasokan  energi  dalam  sistem  PV. Energi  yang  tersimpan  adalah  bahan  kimia  yang  dapat dikonversi menjadi listrik dan sebaliknya. Reaksi elektrokimia  pada  baterai  saat discharge dijelaskan  oleh gambar  7  berikut.  PbO 2 sebagai  elektroda  positif  sedang  Pb sebagai  elektroda  negatif  dan  H 2 SO 4 sebagai  elektrolit  yang berperan  dalam  proses discharge .  Pada  saat discharge ion HSO 4 - bermigrasi  ke  elektroda negatif  dan  menghasilkan  ion H + dan  PbSO 4 .  Sedangkan  pada  ujung  elektroda  positif, bereaksi  dengan  elektrolit  untuk  membentuk  kristal  PbSO 4 dan H 2 O. Tegangan sel relatif tinggi  yakni 2,05 V [2].
Gambar  7. Reaksi  kimia  saat discharge pada lead  acid battery [2].
III. METODE PENELITIAN
Penelitian dilakukan di ruang baterai di Baron Techno
Park selama  9  hari.  Pengukuran  dimulai  dengan  melakukan charging atau  pengisian  terhadap  semua  baterai    120  sel hingga  mencapai  tegangan  maksimal  280  volt.  Kemudian melakukan  pengukuran  dan  pencatatan  tegangan  (V) menggunakan  multimeter  dan Specific  Gravity (SG) menggunakan hydrometer setiap  sel.  Dari  data  yang  sudah diperoleh,  kemudian  dianalisa  dengan  membuat  tampilan grafik serta memghitung nilai reratanya, kemudian dilanjutkan  dengan  perbandingan  nilai  dari  dataset  pabrikan atau referensi peneliti atau perekayasa lainnya.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Baterai  yang  digunakan  di  Baron  Techno  Park merupakan lead  acid  battery dengan  tipe flooded  battery sehingga  bisa  diisi  ulang  (recharge).  Bateri  tersebut digunakan sebagai penyimpan energi listrik yang berasal dari sistem  hybrid  yakni  tenaga  angin  da  tenaga  surya.  Baterai tersebut  digunakan  sejak  komisioning  pada  tahun  2011 hingga  sekarang,  sehingga  membutuhkan  upaya  perawatan
secara  rutin  dan  perawatan  secara  berkala  guna  mendukung kegiatan  operasional.  Perawatan  rutin  diantaranya  dilakukan dengan  pengecekan  ketinggian  cairan  elektrolit  serta pengukuran tegangan secara keseluruhan. Sedangkan perawatan  baterai  secara  berkala  dengan  melakukan pengukuran tegangan dan specific gravity setiap sel baterai. Untuk mengetahui kondisi baterai yang sudah berusia 9 tahun tersebut,  maka  pengukuran  tegangan  dan specific  gravity setiap  sel  baterai  dilakukan  dengan tanpa  beban  atau kondisi normal.
Gambar  1.  Tegangan  dan specific  gravity baterai selama pengukuran.
Pada  gambar  1  tersebut  menggambarkan  dinamika perubahan  tegangan  dan specific  gravity rerata  baterai  dari hari  ke  hari.  Berdasarkan  hasil  pengukuran  diketahui tegangan rerata dan spesific gravity (SG) rerata sebesar 2,074 volt  dan  1,160  kg/l.   Dari  data  hasil  pengukuran  tegangan tersebut,  bahwa  setiap  sel  baterai masih  bisa  diklasifikasikan cukup baik. Menurut [6] bahwa baterai dianggap gagal ketika tegangan  sel  turun  di  bawah  nilai  1,75  Volt.  Sementara  itu, dari  hasil  pengukuran spesific  gravity  (SG) setiap  sel  baterai perlu  mendapatkan  perhatian  karena  setiap  pengukuran menggunakan  alat  hydrometer,  selalu  menunjukkan  di  area warna merah.
Dari pengukuran juga ditunjukkan bahwa sel baterai ke 87 mempunyai  kinerja  terrendah,  dengan  nilai  rerata  V  sebesar 2,023 volt dan spesific gravity (SG) 1,099 kg/l. Oleh karena itu, sel tersebut butuh perlakuan penggantian cairan elektrolit asam  sulfat  (H 2 SO 4 )  dengan  harapan  adanya  kenaikan  nilai tegangan  dan spesific  gravity .  Pembuatan  cairan  elektrolit dibuat  sendiri  menggunakan  air  dari  hasil  pengolahan menggunakan  mesin  reverse  osmosis  dan  asam  sulfat  murni dengan  perbandingan  73%  air  dan  27  %  asam  sulfat  [7]. Diketahui  bahwa  nilai spesific  gravity air  (H 2 O)  sebesar  1 g/ml  pada  suhu  4 0 C  dan  nilai spesific  gravity asam  sulfat
(H 2 SO 4 )  sebesar  1,835  g/ml.    Cairan  elektrolit  yang  dibuat mempunyai  nilai spesific  gravity 1,280  g/ml.  Setelah  cairan tersebut  dimasukan  ke  sel  baterai  87  dan  dilanjutkan recharger ,  maka  didapat  kenaikan  tegangan  sel  baterai  87 sebesar 2,105 volt.

## V. KESIMPULAN
Pengukuran  Tegangan  (V)  dan  Specific  Gravity  (SG) dalam  kondisi  tanpa  beban  digunakan  sebagai  metoda  untuk melihat  kinerja  baterai.  Berdasarkan  hasil  pengukuran diketahui  teganagn  rerata  dan  spesific  gravity  rerata  sebesar 2,074 volt dan 1,160 g/ml.  Dari pengukuran juga ditunjukkan bahwa sel baterai ke 87 mempunyai kinerja terrendah, dengan nilai rerata V sebesar 2,023 volt dan SG 1,099 g/ml.
UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih penulis kepada pimpinan BPPT yang memberikan  fasilitas  selama  penelitian  ini  dilaksanakan  dan kepada  DRPM  Kemenristek/BRIN  yang  telah  memberikan dukungan pendanaan kegiatan riset ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] R. R. Richardson, M. A. Osborne, and D. A. Howey, “Battery  health  prediction  under  generalized conditions  using  a  Gaussian  process  transition model,” J.  Energy  Storage ,  vol.  23,  no.  November 2018, pp. 320–328, 2019, doi: 10.1016/j.est.2019.03.022.
[2] G.  J.  May,  A.  Davidson,  and  B.  Monahov,  “Lead batteries  for  utility  energy  storage:  A  review,” J. Energy  Storage ,  vol.  15,  pp.  145–157,  2018,  doi: 10.1016/j.est.2017.11.008.
[3] A.  Tanaka,  “Power  the  future,”  vol.  54,  no.  8,  pp. 1996–2011, 2013.
[4] M. Iksal, “OPzS Series Battery,” vol. 21, no. 1, pp. 1– 9, 2020.
[5] N. Achaibou, M. Haddadi, and A. Malek, “Modeling of  lead  acid  batteries  in  PV  systems,” Energy Procedia ,  vol.  18,  pp.  538–544,  2012,  doi: 10.1016/j.egypro.2012.05.065.
[6] K.  S.  Gandhi,  “Modeling  of  Sulfation  in  a  Flooded Lead-Acid  Battery  and  Prediction  of  its  Cycle  Life,” J. Electrochem. Soc. , vol. 167, no. 1, p. 013538, 2020, doi: 10.1149/1945-7111/ab679b.
[7] F. Point and W. I. Us, “( 12 ) United States Patent,”
vol. 2, 2019.