## PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP WAKTU PADA KOPLING DUA AKUMULATOR SEBAGAI SUMBER DAYA LISTRIK CADANGAN
Cekmas Cekdin (1*) dan Siti Sailah (2)
(1) Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Palembang
(2) Program Studi Fisika Fakultas MIPA Universitas Sriwijaya Palembang
(*) E-mail Corresponding Author : cekmas_cekdin@yahoo.com

## Abstrak
Pemakaian akumulator selama ini sebagai sumber energi hanya dalam keadaan darurat dan terbatas dengan waktu pakai yang dinamakan Uninterruptible Power Supply (UPS). Cara kerja alat ini tidak efektif dan tidak handal sehingga perlu ada inovasi baru yang dapat digunakan kapan saja dan tidak terbatas  dengan  waktu  pakai.  Hasil  penelitian  menyajikan  Kopling  Dua  Akumulator  Sebagai Sumber Daya Listrik Cadangan sebagai salah satu alternatif penyedia sumber energi utama untuk memberikan jalan keluar bila terjadi gangguan PLN, dan bekerja dengan waktu relatif cukup lama. Kopling  Dua  Akumulator  Sebagai  Sumber  Daya  Listrik  Cadangan    diawali  dengan  menentukan karakteristik setiap komponen seperti akumulator, inverter, rectifier, rangkaian current booster , dan sensor tegangan. Tahap berikutnya adalah menentukan pembebanan maksimum agar sistem bekerja cukup lama. Selanjutnya dianalisis dengan baik dan dalam waktu cukup lama agar hasil rancangan betul-betul  layak  digunakan  sebagai  Kopling  Dua  Akumulator  Sebagai  Sumber  Daya  Listrik Cadangan yang handal.
Kata Kunci: akumulator, inverter, rectifier, rangkaiaan current booster , sensor tegangan.

## Abstract
The use of accumulators so far as an energy source is only in an emergency situation and is limited by the time of use. The tool is called an Uninterruptible Power Supply (UPS). The way of  the tool works  is ineffective and unreliable, so there there needs to be a new innovation that can be used at any time and is not limited to the time of use. The results of the study present the coupling of two accumulators as a backup power source as an alternative provider of the main energy source that can provide a way out in the event of interference from PLN, and work for a relatively long time. Coupling  of  Two  Accumulators  as  a  backup  power  source  begins  with  determining  the characteristics  of  each  component  such  as  accumulators,  inverters,  rectifiers,  current  booster circuits, and voltage sensors. The next step is to determine the maximum loading for the system to work long enough. Furthermore, it is analyzed carefully and in a long time so that the design results is really suitable for use as a coupling of two accumulators as a reliable backup power source.
Keywords: Accumulator, Inverter, Rectifier, Current Booster Circuit, Voltage Sensor.

## 1 PENDAHULUAN
Energi  listrik  yang  digunakan  sekarang  terbanyak berasal  dari  sumber  energi  fosil  dan  tidak  dapat diperbarui.  Penggunaan  energi  tersebut  telah berdampak buruk dikarenakan menghasilkan pencemaran  udara.  Setiap  tahun  terjadi  peningkatan penggunaan  daya  listrik  tahun  2014  sebesar  28  %, tahun 208 sebesar 35 %, dan tahun 2019 sebesar 36 %.  Data  ini  berdasarkan  laporan  EIA  ( Energy Information  Administration )    Terjadi  peningkatan dalam pemakaian maupun memproduksi bahan bakar cair dunia juga, yaitu dimulai 94-barrel juta per hari di tahun 2014 hingga 100 juta barrel per hari di tahun 2018.  Peningkatan  ini  berdampak  pada  biaya produksi.  Oleh  karena  itu,  bentuk  energi  alternatif yang  ramah  lingkungan  diperlukan  agar  mampu
mengatasi  peningkatan  konsumsi  energi  fosil  dan juga mampu  mengatasi polusi hasil reaksi pembakaran  bahan  bakar  yang  berasal  dari  fosil tersebut [1].
Tanpa  menggunakan  energi  fosil  atau  lainnya  yang belum  ramah  lingkungan,  daya  listrik  tersedia  di dunia  ini  dalam  jumlah  tak  terbatas.  Saat  ini, keinginan  masyarakat  dunia  beralih  ke  energi  baru terbarukan  atau  EBT  sangat  besar.  EBT  dapat diperoleh dari sumber-sumber alam yang berlimpah, seperti  energi  termal,  energi  matahari,  energi gerak/getaran  dan  lainnya.  Sumber  EBT  ini  dapat diubah  menjadi  energi  listrik  yang  dapat  digunakan untuk mensuplai kebutuhan bagi peralatan elektronik dan  mesin.  Sumber  energi  potensial  dengan  inovasi baru adalah penggunaan akumulator secara optimal.
Pemanfaatan  akumulator  perlu  dipertimbangkan mengingat  pemakaian  akumulator  sebagai  sumber energi  belum  optimal  pemanfaatannya  sampai  saat ini.  Terutama  pemanfaatan  untuk  memenuhi kebutuhan energi di lokasi dan penggunaan tertentu, seperti kegunaan di lokasi yang terisolasi dan lainnya. Keluaran  energi  akumulator  bersumber  dari  muatan listrik  pada  akumulator  tersebut.  Akumulator merupakan komponen  aktif  yang  mengubah muatan listrik menjadi energi listrik [2].
Penelitian  ini  merupakan  temuan  baru  yang  akan disajikan  dari  Kopling  Dua  Akumulator  sebagai sumber  daya  listrik  cadangan  sebagai  bagian penyedia  sumber  energi  utama  dan  dapat  mengatasi bila  terjadi  gangguan  atau  pemadaman  dari  sumber energi PLN.

## 2 METODOLOGI

## Studi Literatur
Penggunaan  akumulator  sebelumnya  digunakan sebagai  sumber  energi  dalam  keadaan  darurat  dan terbatas  dengan  waktu  pakai,  yang  dinamakan Uninterruptible Power Supply (UPS) [3]. Tulisan ini berbeda  dari  tulisan-tulisan  lainnya  dalam  hal penggunaan  akumulator    sebelumnya.  Keterbaruan dalam  penelitian  ini  adalah  berupa  Kopling  Dua Akumulator Sebagai Sumber Daya Listrik Cadangan sebagai  salah  satu  penyedia  sumber  energi  utama yang  dapat  memberikan  solusi  dari  ketergantungan akan  energi  fosil.  Masing-masing  peralatan  pada Kopling  Dua  Akumulator  Sebagai  Sumber  Daya Listrik Permanen dijelaskan berikut ini.
Akumulator atau dikenal dengan Storage Battery [4] merupakan  sel  atau  elemen  sekunder  dan  sebagai sumber  arus  listrik  searah  yang  mengubah  energi kimia  menjadi  energi  listrik.  Sebagai  elemen sekunder, akumulator termasuk elemen elektrokimia yang  dapat  mempengaruhi  zat  pereaksinya.  Kutub positif  akumulator  memakai  lempeng  oksida  dan kutub negatifnya memakai lempeng timbal, sedangkan  larutan  elektrolitnya  adalah  larutan  asam sulfat.  Ketika  akumulator  digunakan,  terjadi  reaksi kimia  yang  mengakibatkan  endapan  pada  anode (reduksi) dan katode (oksidasi). Akan menyebabkan, dalam waktu tertentu antara anode dan katode tidak terdapat  beda  potensial,  artinya  akumulator  tidak menyimpan muatan. Agar akumulator dapat bekerja lagi,  harus  diisi  dengan  muatan  listrik  ( charger ) dengan  cara  mengalirkan  arus  listrik  kearah  yang berlawanan  dengan  arus  listrik  yang  dikeluarkan akumulator tersebut. Ketika akumulator diisi dengan muatan  listrik  ( charger )  akan  terjadi  akumulasi muatan  listrik.  Akumulasi  jumlah  muatan  listrik dinyatakan  dalam  ampere  jam,  yaitu  yang  disebut dengan  tenaga  akumulator.  Dari  hasil  pengamatan, pemakaian  akumulator  tidak  dapat  mengeluarkan seluruh  energi  yang  tersimpan  akumulator  itu.  Oleh karenanya,  akumulator  mempunyai  rendemen  atau
efisiensi. Hasil penelitian akumulator yang digunakan yaitu  akumulator  dengan  sumber  tegangan  12  Volt DC.  Kemampuan  akumulator  mengeluarkan  aliran arus  listrik  disebut  kapasitas.  Besar  kapasitas  arus listrik  pada  akumulator  dinyatakan  dalam Ampere hour (Ah).  Sensor  Tegangan  adalah  suatu  peralatan listrik  yang  berfungsi  menyambungkan  (ON)  atau memutuskan (OFF) tegangan dari suatu sumber daya listrik.  Adapun  rangkaian  dasar  inverter  jembatan penuh  satu-fasa  dengan  beban  resistif  dan  bentuk gelombangnya  ditunjukan  pada  Gambar  1  [5]. Demikian  pula,  dalam  rangkaian  ini  dibutuhkan  2 (dua)  kapasitor  agar  menghasilkan  titik  N  supaya tegangan  pada  setiap  kapasitor  Vi/2  dapat  dijaga konstan. Terdapat 2 (dua) sisi sakelar, yaitu : sakelar S1+ dan S1- serta S2+ dan S2-. Masing-masing sisi sakelar ini, sakelar S1+ dan S1- dan atau S2+ dan S2- , tidak boleh bekerja secara serempak atau simultan, berbahaya  akan  terjadi  hubung  singkat  pada rangkaian.  Kondisi  ON  dan  OFF  dari  kedua  sisi sakelar ditentukan dengan teknik modulasi, menggunakan prinsip PWM, sebagaimana dijelaskan pada inverter setengah-jembatan.
+ - + - v i /2 C + + - v i /2 C - . . . N i i . . . . S 1+ S 1- . . . . . . . S 2+ S 2- . D 1+ D 1- D 2+ D 2- i o . a b + - v o . .
Gambar 1 Rangkaian Inverter Satu Fasa Jembatan Penuh
Arus  bolak-balik  akan  diubah  menjadi  arus  searah oleh  suatu  rangkaian.  Rangkaian  ini  dinamakan rectifier . Rectifier yang  dipakai  adalah  rangkaian penyearah gelombang penuh  [6], simbol dari rectifier seperti ditunjukan pada Gambar 2.
Gambar 2 Simbol Rectifier
Rangkaian  current  booster  adalah  rangkaian  untuk peningkatan  arus  masukan  kecil  menjadi  arus keluaran  (Iout)  yang  besar.  Untuk  itu,  Iout  dapat diatur  sesuai  dengan  kebutuhan.  Adapun  transistor penaik arus TIP 3055 yang digunakan. Transistor ini memiliki  kapasitas  maksimum  arus  15  Ampere dengan tegangan 18 Volt yang didapat dari spesifikasi transistor  TIP  3055  [7].  Rangkaian Current  Booster ini  dapat  meningkatkan  arus  sampai  15  Ampere
dengan  tegangan  kerja  30  Volt  dc.  Cara  kerja rangkaian Current  Booster ini  dapat  dilihat  seperti pada Gambar 3 [8].
. + - C1 + - C2 4700 µF  / 50 Volt 4700 µF  / 50 Volt . G round . . 2 3 1 . . . C 3 . . . E C B E C B . E C B TR1 TR2 . E C B . E C B . E C B . Output L  = 20 mH TR3 TR4 TR5 TR6 Input 18 Volt dc/ 2-3 Ampere IC LM 317
R 2 = 220 Ω D IN 4004 VR = 2000 Ω R 1 = 1500 Ω 10.000 µF / 50 Volt 18 Volt dc / 15 Ampere R 3 = 0.22 Ω R 4 = 0.22 Ω R 5 = 0.22 Ω R 6 = 0.22 Ω R 7 = 0.22 Ω R 8 = 0.22 Ω . . . . Gambar 3 Rangkaian Current Booster
Masukan dari pin 3 pada IC LM 317 sebagai regulator tegangan dan arus akan disaring oleh kapasitor C 1 dan C 2 dengan  kapasitas  masing-masing  sebesar  4700 μF/50  Volt  dc,  pada  pin  2  IC  LM  317 dipasang  R 2 yang  berfungsi  menghindari  arus  balik  ke  pin  1  IC LM  317  dan  dioda  IN  4004  sebagai  pemutus  dan penyambung,  VR  ( Variable  Resistor )  berfungsi sebagai pengatur besar/kecilnya tegangan. Tegangan dan  arus  yang  telah  diatur  oleh  IC  LM  317  akan disaring kembali pada bagian keluaran rangkaian ini dengan  menggunakan kapasitor  elektrolit  C 3 dengan kapasitas 10.000 μF/50 Volt dc. Arus dan tegangan yang sudah stabil yaitu arus 2-3 Ampere dan tegangan sebesar  18  Volt  dc.  Kemudian  arus  dinaikan
menggunakan  transistor  TR 1 ,  TR 2 ,    TR 3 , TR 4 ,  TR 5 , dan TR 6 menjadi  15  Ampere  dengan  tegangan  30 Volt  dc.  Peningkatan  arus  oleh  kolektor  (I C ) didapatkan dari spesifikasi transistor TIP 3055 [7] [9] [10]  dengan  total  10  Ampere.  Arus base (I B )  total keseluruhan adalah 8 Ampere. Selanjutnya, spesifikasi transistor TIP 3055 dapat ditentukan dari jumlah  transistor  yang  dibutuhkan  dengan  terlebih dahulu menentukan daya yang diperlukan [7].

## Aplikasi  Kopling  Dua  Akumulator  sebagai Sumber Daya Listrik Cadangan
Aplikasi  secara  diagram  blok  dan  prinsip  kerja  dari Kopling  Dua  Akumulator  Sebagai  Sumber  Daya Listrik Cadangan dapat dilihat seperti Gambar 4.
Load Inverter Diode 1 : 60 Ampere 2,5 Ampere Input 12 Volt dc Output 220 Volt ac Current Booster Circuit Rectifier Accumulator 2 Voltage Sensor 1 15 Ampere High Voltage : 14,5 Volt dc Low Voltage : 11 Volt dc High Voltage : 14,5 Volt dc Low Voltage : 11 Volt dc Accumulator 1 Voltage Sensor 2 Diode 2 : 60 Ampere
Prinsip  kerja  Kopling  Dua  Akumulator  Sebagai Sumber  Daya  Listrik  Permanen  pada  Gambar  4  di atas  adalah  dari  Akumulator  1  mengeluarkan tegangan  dan  arus.  Tegangan  dari  Akumulator  1  ini akan  diubah  dari  12  Volt  dc  menjadi  220  Volt  ac melalui Inverter. Tegangan dan arus keluaran Inverter akan disuplai ke Beban, dan dibuat cabang satu lagi ke Rectifier . Rectifier suatu rangkaian untuk merubah dari ac ke dc, tegangan keluaran Rectifier adalah 18 Volt  dc,  arus  keluarannya  2,5  Amper  dc.  Keluaran dari Rectifier sebagai  masukan  Rangkaian Current Booster ,  arus  yang  masuk  pada  Rangkaian Current Booster yaitu 2,5 Amper dc akan ditingkatan menjadi keluaran  5  Amper  dc.  Keluaran  Rangkaian Current Booster untuk  men- charger Akumulator  1  atau Akumulator  2.  Tegangan  pada  Akumulator  1  akan dikontrol  oleh  Sensor  Tegangan  1.  Ketika  tegangan pada  Akumulator  1  terjadi  penurunan ±  11  Volt dc, maka  Sensor  Tegangan  1  akan  “OFF”,  dan  Sensor Tegangan  2  akan  “ON”  untuk  men- charger Akumulator  1.  Selanjutnya  suplai  daya  ke  Beban dapat dari Akumulator 2. Tegangan pada Akumulator 2  akan  dikontrol  oleh  Sensor  Tegangan  2.  Ketika tegangan pada Akumulator 2 terjadi penurunan ± 11 Volt dc, maka Sensor Tegangan 2 akan “OFF”, dan Sensor  Tegangan  1  akan  “ON”  untuk  men- charger Akumulator  2.  Begitu  seterusnya  prinsip  kerja  dari Kopling  Dua  Akumulator  Sebagai  Sumber  Daya Listrik  Permanen  ini.  Tegangan  maksimum  dari masing-masing akumulator adalah 14,5 Volt dc.

## 3 HASIL DAN PEMBAHASAN

## Tool Design
Bahan yang digunakan dalam membuat alat ini adalah 4 resistor R = 10 kΩ, 2 resistor R = 220 kΩ, 2 R = 1 kΩ, 1 R = 2 kΩ, 1 resistor variabel VR = 1 kΩ, 1 diode zener 5  Volt,  1  diode  IN4001,  1 diode  bridge 40 Amper, 1 transistor TR C1815, 1 IC regulator 7809, 1  IC  LM  555  N,  1  kapasitor  C  =  470  µF/50  V,  1 kapasitor C = 100 nF/100 V, 1 LED merah dan hijau, 1 relay 5 pin 12 Volt, 1 PCB, 1 transformator single tap dengan  input  220  Volt  dan  tegangan  output  12 Volt pada arus 5 Amper, dan 2 akumulator 100 Ah/12 Volt DC.
Hasil  rancangan  Kopling  Dua  Akumulator  Sebagai Sumber Daya Listrik Cadangan seperti Gambar 5.
Gambar 5 Hasil Rancangan Kopling Dua Akumulator Sebagai Sumber Daya Listrik Cadangan

## Hasil Pengukuran
Kopling  Dua  Akumulator  Sebagai  Sumber  Daya Listrik  Cadangan  dibebani  dengan  lampu  LED Hannochs dari  5-Watt  sampai  300  Watt.  Hasil pengukuran dari Rancangan Kopling Dua
Akumulator Sebagai Sumber Daya Listrik Cadangan dapat dilihat seperti pada Tabel 1 dan 2.
Tabel 1. Hasil Pengukuran dari Rancangan Kopling Dua Akumulator Dengan Menggunakan Current Booster Sebagai Sumber Daya Listrik Cadangan
Beban (Watt) Tegangan Awal di Akumulator (Volt DC) : Arus Keluar Akumulator (Amper DC), di Akumulator : Arus Masuk Akumulator (Amper DC), di Akumulator : Lamanya Beban Digunaakan (Jam) Charger Pada Posisi di Akumulator ke : Tegangan Setelah di Akumulator (Volt DC) : 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 75 12,4 2 - 7,93 - - - 32,11 √ - 10,9 6 - 100 - 12,45 - 8,14 5 - 26,75 - √ - 11,04 125 12,4 7 - 8,57 - - 5 24,68 √ - 11,0 7 - 150 - 12,45 - 9,27 5 - 20,37 - √ - 10,78 200 12,3 9 - 11,13 - - 5 13,28 √ - 11,1 5 - 225 - 12,28 - 13,45 5 - 8,83 - √ - 10,85 250 12,2 5 - 14,24 - - 5 7,82 √ - 10,7 4 - 275 - 12,21 - 17,25 5 - 5,25 - √ - 11,03 300 12,1 7 - 21,42 - - 5 3,09 √ - 10,2 8 -
Tabel 2. Hasil Pengukuran dari Rancangan Kopling Dua Akumulator Tanpa Dengan Menggunakan Current Booster Sebagai Sumber Daya Listrik Cadangan Beban (Watt) Tegangan Awal di Akumulator (Volt DC) : Arus Keluar Akumulator (Amper DC), di Akumulator : Lamanya Beban Digunaaka n (Jam) Charger Pada Posisi di Akumulator ke : Tegangan Setelah di Akumulator (Volt DC) : 1 2 1 2 1 2 1 2 75 12,45 - 7,28 - 14,36 √ - 11,02 - 100 - 12,36 - 8,27 12,32 - √ - 11,21 125 12,47 - 9,54 - 10,53 √ - 11,13 - 150 - 12,40 - 11,24 9,31 - √ - 10,58 200 12,37 - 11,93 - 8,07 √ - 11,04 - 225 - 12,38 - 13,38 7,85 - √ - 10,95 250 12,35 - 15,38 - 6,97 √ - 10,94 - 275 - 12,17 - 19,18 3,42 - √ - 10,07 300 12,06 - 23,54 - 2,03 √ - 10,04 - Analisis Hasil pengukuran Rancangan Kopling Dua
Akumulator dengan menggunakan Rangkaian Current  Booster Sebagai  Sumber  Daya  Listrik Cadangan  dan  tanpa  menggunakan  Rangkaian Current Booster seperti pada Tabel 1 dan Tabel 2, di mana  dengan  menggunakan  Rangkaian Current Booster lamanya beban digunakan cukup lama untuk perpindahan charging akumulator berikutnya, sedangkan  tanpa  menggunakan  Rangkaian Current Booster lamanya  beban  digunakan  terlihat  terlalu cepat  untuk  perpindahan charging akumulator
berikutnya.  Cukup  lamanya  untuk  perpindahan charging akumulator  dikarena  pengaruh  dari charging Rangkaian Current  Booster .  Arus  masuk pada Rangkaian Current Booster adalah ± 2 Amper, sedangkan keluarannya konstan 5 Amper.

## 4 KESIMPULAN
Sebagai  sumber  energi  cadangan  bila  terjadi gangguan atau pemadaman dari sumber energi PLN maka  hasil  Rancangan  Kopling  Dua  Akumulator
dengan  menggunakan  Rangkaian Current  Booster cukup efektif dan cukup lama waktu operasinya.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Jiankai Dong, Long Zhang , Yiqiang Jiang, A comparative  study  on  system  performances  of multi-split  air  sourceheat  pump  with  different energy  accumulators  and  storage  methods, Energy & Buildings , 2020.
[2]  Eneojo Godwin Ameh, Daniel Oluwagbemiga Aina, Search for
autochthonous plants as accumulators and translocators in a toxic metal-polluted coal mine soil in Okaba, Nigeria, Scientiﬁc African
10, 2020.
[3] Zachary  R.  Harvey, Advanced  light  source- Upgrade accumulator-ring gas bremsstrahlung production,  Nuclear  Inst.  and  Methods  in Physics Research , 2020.
[4]  Shubhani  Aggarwal,  Neeraj  Kumar, Chapter Six -  Accumulators,  Advances  in  Computers, Volume 121, pages 123-128, 2021.
[5]  Fang  Lin  Luo, Hong  Ye, Advanced  DC/AC Inverters:  Applications  in  Renewable  Energy (Power  Electronics,  Electrical  Engineering,
Energy, and Nanotechnology), 1st Edition , CRC Press, 2013.
[6]   Sanjay  Kumar  Madupoju,  Venkata  Satya  Sai Teja  Dasara,  N.  Thangadurai,  H.Basavaraj, Akhil  Sai  Sure,  Aswanth  Reddy  Eda, Diode Modelling of Rectifier for Mobile Charging Unit with Emission Coefficient Analysis, materialstoday: Proceedings , 2021 [7]   W. Foulsham, Tower's
International Transistor Selector , 5 th Edition , BPB Publications, 2008.
[8]   Peter  K.  Wu,  Justin  C.  Biffinger,  Lisa  A. Fitzgerald,  Bradley  R.  Ringeisen, A  low power DC/DC booster circuit designed for microbial fuel cells, Process Biochemistry, Volume 47, pages 1620-1626, 2012. [9]  Cekmas Cekdin, Zainuddin Nawawi, Muhammad  Faizal, Improving  Capacity Thermoelectric  Generator  Using  Current Booster  Circuit,  Jour  of  Adv  Research  in Dynamical & Control Systems , Vol. 11, Special Issue-05, 2019.
[10]  Smrithi  Radhakrishnan,  Venugopal  LV, Vanitha  M, Hardware  Implimentation  of Linear Current Booster for Solar Pumping Applications, ARPN
Journal of
Engineering and Applied Sciences, Volume 11(1), pages 1124-1126, 2016.