## 
Abstract —  Currently  various  outdoor  activities  are carried  out  by  the  community.  These  activities  are sometimes  carried  out  for  several  days.  To  support  these activities,  emergency  power  sources  are  needed  to recharge  the  batteries  for  lighting,  communication equipment  and  other  electronic  equipment.  Emergency power sources used by many people are powerbank with a limited  capacity.  If  the  outdoor  activities  are  carried  out for  several  days,  the  powerbank  will  not  be  sufficient  to meet  the  needs.  Therefore,  a  small  scale  power  plant  is needed  by  utilizing  the  existing  natural  resources  such  as water  flow  or  wind.  This  research  aims  to  design  and  to make a prototype of a nanohydro power plant that can be used  to  meet  electrical  energy  needs  during  outdoor activities. The research begins with designing a nanohydro power  plant  system  includes  a  water  turbine,  mini generator,  and  battery  charger.  After  that,  the  generator prototype  was  made.  The  prototype  was  tested  in  the laboratory  and  on  the  river.  Tests  are  carried  out  in  no- load  and  loaded  conditions.  In  each  test,  a  voltage measurement is carried out on the generating system. The laboratory  test  results  show  that  the  mini  generator  can generate voltage from 0.57 - 6.40 V when rotated at speeds of  150  -  3000  rpm.  When  tested  in  a  river  with  water velocity  varying  from  0.25  to  0.45  m/s,  the  generator  can generate a voltage of 1.9 - 3.1 V.
Index  Terms —  power  plant,  nanohydro,  mini  DC generator, water turbine.
Abstrak –-Saat  ini  berbagai  kegiatan  di  alam  terbuka dilakukan  oleh  masyarakat.  Kegiatan  tersebut  terkadang dilakukan  selama  berhari  –  hari.  Untuk  mendukung kegiatan  tersebut,  seringkali  dibutuhkan  sumber  energi listrik  darurat  untuk  mengisi  ulang  baterai  pada  lampu penerangan, peralatan komunikasi dan peralatan elektronika  lainnya.  Sumber  energi  listrik  darurat  yang sering  digunakan  masyarakat  adalah  powerbank  dengan kapasitas  yang  terbatas.  Jika  kegiatan  di  alam  terbuka tersebut dilakukan selama beberapa hari maka powerbank tidak akan cukup untuk memenuhi kebutuhan energi  listrik.  Oleh  karena  itu,  diperlukan  pembangkit listrik skala kecil dengan memanfaatkan potensi yang ada di alam terbuka seperti aliran air atau angin. Penelitian ini bertujuan  untuk  merancang  dan  membuat  sebuah prototipe  pembangkit  listrik  nanohidro  yang  dapat digunakan  untuk  memenuhi  kebutuhan  energi  listrik  di alam  terbuka.  Penelitian  diawali  dengan  merancang sistem  pembangkit  listrik  nanohidro  yang  meliputi  kincir
Agus  Supardi  dan  Malik  Kusumo  Atmojo  berasal  dari  Program Studi  Teknik  Elektro  Universitas  Muhammadiyah  Surakarta,
Surakarta, Indonesia (telp. 0271-717417; email Agus.Supardi.ums.ac.id )
air,  generator  mini,  dan  charger  baterai.  Setelah  itu dilakukan    pembuatan  prototipe  pembangkit.  Prototipe tersebut  diuji  di  laboratorium  dan  di  sungai.  Pengujian dilakukan  dalam  kondisi  tanpa  beban  dan  berbeban. Dalam  setiap  pengujian  dilakukan  pengukuran  tegangan pada sistem pembangkit.  Hasil pengujian di laboratorium menunjukkan  generator  mini  dapat  membangkitkan tegangan  dari  0,57  -  6,40  V  ketika  diputar  dengan kecepatan  150  –  3000  rpm.  Hasil  pengujian  di  sungai dengan  variasi  kecepatan  air  dari  0,25  –  0,45  m/s mengakibatkan  tegangan  yang  dihasilkan  generator bervariasi dari 1,9 – 3,1 V.
Kata  Kunci —  pembangkit  listrik,  nanohidro,  generator DC mini, kincir air.

## I. PENDAHULUAN
embangkit  listrik  yang  memanfaatkan  potensi sumber  daya  yang  tersedia  di  alam  sangat dibutuhkan karena lebih ramah terhadap lingkungan dan tidak membahayakan ekosistem di sekitarnya. Pembangkit jenis ini dapat memanfaatkan potensi energi yang  tersimpan  dalam  aliran  air  atau  angin.  Potensi energi  tersebut  seringkali  dijumpai  di  daerah  –  daerah terpencil yang jauh dari infrastruktur ketenagalistrikan.
Saat  ini  berbagai  aktifitas  di  alam  terbuka  dilakukan oleh  masyarakat  seperti  kegiatan  mendaki  gunung, outbond,  kemah,  penelitian,  wisata,  dan  lain  –  lain. Kegiatan tersebut terkadang dilakukan selama berhari  – hari.  Untuk  mendukung  kegiatan  tersebut,  seringkali dibutuhkan  sumber  energi  listrik  darurat  untuk  mengisi ulang  baterai  pada  lampu  penerangan,  peralatan komunikasi  dan  peralatan  elektronika  lainnya.  Sumber energi  listrik darurat yang  sudah  sering digunakan  oleh masyarakat  adalah powerbank dengan  kapasitas  yang terbatas.  Jika  kegiatan  di  alam  terbuka  tersebut dilakukan  selama  beberapa  hari  maka powerbank tidak akan  cukup  untuk  memenuhi  kebutuhan  energi  listrik. Oleh  karena  itu,  diperlukan  pembangkit  listrik  skala kecil  dengan  memanfaatkan  potensi  yang  ada  di  alam terbuka seperti aliran air atau angin.
Pembangkit  listrik  nanohidro  merupakan  salah  satu alternatif pilihan yang dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik di alam terbuka. Pembangkit ini memanfaatkan  energi  yang  tersimpan  dalam  aliran  air untuk memutar kincir air yang dikopel dengan generator mini.  Pembangkit  ini  berukuran  kecil  sehingga  dapat dibawa  kemana  –  mana  oleh  masyarakat  yang melakukan  aktifitas  di  alam  terbuka  dalam  waktu  yang

## Rancang Bangun Pembangkit Nanohidro Untuk Keperluan Darurat Di Alam Terbuka

## Agus Supardi, Malik Kusumo Atmojo
P
cukup lama.
Beberapa  permasalahan  energi  yang  terdapat  di Indonesia  antara  lain  ketergantungan  yang  tinggi  pada sumber  energi  fosil,  konsumsi  energi  yang  terus meningkat,  dan  rasio  elektrifikasi  yang  masih  rendah [1]. Untuk memenuhi kebutuhan listrik di pedesaan dan daerah-daerah  terpencil,  perlu  dikembangkan  suatu sistem  pembangkit  listrik  tenaga  air  yang  bersifat portabel, yang dapat memanfaatkan potensi sungai yang tersedia.  Pembangkit  listrik  ini  disebut  dengan Pembangkit  Listrik  Nano  Hidro  (PLNH).  PLNH  ini harus  dapat  beroperasi  dengan  aliran  air  yang  tidak deras.  Air  yang  mengalir  menyimpan  energi  potensial dari  hempasan  di  aliran  air  [2].  Biasanya  sumber  air yang  tersedia  di  alam  akan  berfluktuasi  volumenya akibat perubahan musim. Oleh karena itu, potensi energi yang dihasilkan juga akan bervariasi. Sumber daya alam dapat digunakan secara lebih efektif dan efisien dengan membuat  proyek  berupa portable  nanohydro  power generator dan  mempopulerkan  kepada  pengguna  [3]. Dalam  sistem  pembangkit  tenaga  air  yang  bekerja sendiri,  kecepatan  turbin  akan  bervariasi  akibat  adanya variasi beban yang terhubung [4].
Turbin  Arus  Sungai  (TAS)  bekerja  karena  adanya energi  kinetik  air  yang  mengalir  memasuki  turbin  dan diarahkan  oleh  sudut  pengarah  menuju runner atau sudut  gerak  kemudian  keluar  melalui  sebuah  saluran yang disebut draft tube . Energi kinetik air menyebabkan sudu  turbin  berputar  sehingga  poros  turbin  juga  ikut berputar  [5].  Turbin  air  ini  sangat  cocok  untuk diaplikasikan  di  saluran  irigasi  dan  sungai  datar  [6]. Tegangan  akan  dibangkitkan  oleh  generator  yang dikopel pada turbin tersebut.
Dalam  penelitian  ini  dirancang  sebuah  prototipe pembangkit  listrik  nanohidro  yang  dapat  digunakan untuk  mengisi  baterai  pada  saat  beraktifitas  di  alam terbuka.  Prototipe  dirancang  berukuran  kecil  sehingga cocok untuk dibawa kemana-mana.

## II. METODE PENELITIAN

## A. Alat dan Bahan
Alat  dan  bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini antara lain : generator DC mini, boost converter , modul charger  powerbank ,  kincir  air,  baterai holder ,  baterai lithium  1850  1000  mAh,  voltmeter  DC,  dan  peralatan pendukung.

## B. Blok Diagram Sistem Pembangkit Nanohidro
Prototipe  pembangkit  nanohidro  yang  dirancang mempunyai  sebuah  kincir  air  mini  di  bagian  paling depan.  Kincir  air  inilah  yang  akan  digunakan  untuk mengubah  energi  yang  tersimpan  dalam  aliran  air menjadi  energi  kinetik.  Kincir  air  tersebut  dikopel dengan  generator  DC  mini.  Ketika  kincir  air  telah berputar  akibat  aliran  air  maka  generator  akan  ikut berputar sehingga tegangan akan dibangkitkan di antara terminalnya.  Tegangan  keluaran  generator  mini  ini selanjutnya  dinaikkan  dengan boost  converter agar nilainya  dapat  memenuhi  spesifikasi  yang  diperlukan oleh  modul charger baterai.  Keseluruhan  blok  diagram
sistem  pembangkit  listrik  nanohidro  ditunjukkan  pada gambar  1  sedangkan  peralatan  yang  digunakan ditunjukkan pada gambar 2, 3, 4, 5, 6, dan 7.
Kincir air Generator DC mini Boost converter
Boost step up/down + USB port Modul charger USB port  + baterai Gambar 1 Blok diagram rangkaian Gambar 2. Kincir air mini
Gambar 3. Boost converter
Gambar 5. Modul charger + USB port
Gambar 6. Generator DC mini
Gambar 7. Baterai C. Flowchart Penelitian
Flowchart penelitian ditunjukkan pada gambar 8.
Mulai Perancangan sistem pembangkit darurat nanohidro Pembuatan sistem charger baterai Apakah sistem sudah benar?
Pengambilan data Analisis data Perbaikan sistem
Selesai

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengujian generator dalam kondisi tanpa beban ditunjukkan pada tabel 1.
T ABEL 1 H ASIL PENGUJIAN GENERATOR TANPA BEBAN Kecepatan Putar (RPM) Tegangan Generator (V) Tegangan Boost Converter (V) 150 0,57 0 350 1,12 0 500 2,71 14,8 1150 3,95 45 1500 4,20 73 3000 6,40 96
Gambar 9 Tegangan generator saat tanpa beban

## Gambar 10 Tegangan boost converter saat tanpa beban
Tabel 1 dan gambar 9 menunjukkan  variasi tegangan keluaran  generator  DC  mini  ketika  diputar  dengan kecepatan yang bervariasi. Generator dapat membangkitkan tegangan sebesar 0,57 V ketika diputar dengan  kecepatan  sebesar  150  rpm.  Ketika  kecepatan putarnya  dinaikkan  menjadi  350  rpm,  maka  tegangan generatornya  juga  ikut  naik  menjadi  1,12  V.  Variasi kecepatan  putar  generator  dari  150  –  3000  rpm mengakibatkan variasi tegangan keluaran generator dari 0,57  –  6,4  V.  Hasil  pengujian  ini  menunjukkan  bahwa semakin tinggi kecepatan putar generator maka semakin tinggi  tegangan  keluaran  generator.  Hal  ini  sesuai dengan  teori  yang  berlaku.  Hasil  pengujian  juga menunjukkan bahwa tegangan generator pada kecepatan putar  yang  rendah  mempunyai  nilai  yang  sangat  kecil sehingga  tidak  dapat  memenuhi  spesifikasi  minimal yang dibutuhkan oleh charger baterai . Oleh karena itu, tegangan  tersebut  perlu  dinaikkan  dengan  peralatan tertentu.  Peralatan  yang  digunakan  untuk  menaikkan tegangan DC adalah boost converter .
Tabel  1  dan  gambar  10  menunjukkan  variasi tegangan boost  converter ketika  generator  diputar dengan  kecepatan  yang  bervariasi.  Ketika  generator
diputar  pada  kecepatan  150  dan  350  rpm  dengan tegangan  keluaran  sebesar  0,57  V  dan  1,12  V  maka tegangan  keluaran boost  converter masih  benilai  nol. Hal  ini  berarti  bahwa  tegangan  keluaran  generator tersebut masih terlalu kecil  dan  di  bawah  nilai  minimal yang  dibutuhkan  oleh boost  converter untuk  bekerja secara  normal.  Ketika  kecepatan  putar  dinaikkan menjadi  500  rpm  dan  generator  membangkitkan tegangan  sebesar  2,71  V  maka boost  converter sudah dapat  bekerja  secara  normal  sehingga  dapat  menaikkan tegangan  generator  tersebut  menjadi  14,8  V.  Variasi tegangan  generator  dari  2,71  –  6,4  V  mengakibatkan variasi keluaran boost converter dari 14,8 – 96 V. Hasil pengujian  ini  menunjukkan  bahwa boost  converter dapat  bekerja  dengan  baik.  Komponen  penyimpan energi  berupa  induktor  dan  kapasitor  yang  terdapat dalam boost  converter telah  bekerja  dengan  baik sehingga  dapat  menaikkan tegangan keluaran generator DC. Semakin tinggi tegangan masukan boost converternya maka semakin tinggi tegangan keluarannya.  Hasil pengujian  juga  menunjukkan  bahwa tegangan keluaran boost converter menjadi terlalu tinggi nilainya  ketika  generator  diputar  pada  kecepatan  yang tinggi sehingga melebihi batas maksimal yang diijinkan oleh charger baterai.
T ABEL 2
H ASIL PENGUJIAN GENERATOR BERBEBAN
Kecepatan Putar (RPM) Tegangan Generator (V) Arus (A) Kondisi Lampu 150 0,50 0 Mati 350 1,10 0 Mati 500 2,32 0,01 Menyala 1150 2,45 0,01 Menyala 1500 2,50 0,01 Menyala 3000 3,10 0,02 Menyala
Gambar 11 Tegangan generator saat berbeban
pada  saat  dibebani  mempunyai  nilai  yang  lebih  kecil dari  tegangan  generator  pada  saat  tanpa  beban.  Hal  ini disebabkan  adanya  drop  tegangan  yang  terjadi  pada belitan generator. Belitan generator terbuat dari tembaga dengan  hambatan  yang  cukup  kecil.  Ketika  generator dibebani  maka  arus  akan  mengalir  melalui  hambatan tersebut  sehingga  terjadi  drop  tegangan  sebesar  arus yang  mengalir  dikalikan  dengan  hambatannya.  Adanya drop  tegangan  pada  belitan  tersebut  mengakibatkan tegangan terminal menjadi lebih kecil.
Tabel  2  dan  gambar  11  menunjukkan  tegangan generator  bernilai  dibawah  2  volt  ketika  diputar  di bawah  500  rpm.  Tegangan  ini  tidak  cukup  untuk menghidupkan beban yang berupa 3 buah lampu LED 5 mm  1,5  –  3  V.  Ketika  kecepatan  putar  dinaikkan menjadi 500 rpm, tegangan generator naik menjadi 2,32 V  sehingga  arus  sebesar  0,01  A  mulai  mengalir    ke lampu  dan  membuatnya  menyala.  Variasi  kecepatan putar  dari  500  –  3000  rpm  mengakibatkan  tegangan generator  bervariasi  dari  2,32  –  3,10  V  dan  arusnya bervariasi  dari  0,01  –  0,02  A  sehingga  lampunya menyala semakin terang.
T ABEL 3
H ASIL PENGUJIAN GENERATOR DI SUNGAI
Kecepatan Air (m/s) Tegangan Generator (V) Tegangan Boost Converter (V) 0,25 1,9 0 0,26 2,2 0 0,39 2,71 15,2 0,45
3,1 22 Gambar 13 Tegangan generator saat pengujian di sungai
Gambar 14 Tegangan boost converter saat pengujian di sungai
Tabel 3 dan gambar 13 menunjukan hasil pengukuran tegangan  generator  saat  di  sungai.  Pada  pengujian pertama  dengan  kecepatan  air  0,25  m/s  tegangan  yang dibangkitkan  generator  sebesar  1,9  V.  Pada  pengujian
kedua  dengan  kecepatan  air  0,26  m/s    tegangan  yang dihasilkan  generator  naik  menjadi  2,2  V.  Variasi kecepatan  air  0,25  -  0,45  m/s  mengakibatkan  tegangan yang dihasilkan generator juga bervariasi dari 1,9 – 3,1 V.  Hasil  pengujian  di  sungai  tersebut  menunjukkan bahwa  semakin  tinggi  kecepatan  air  semakin  tinggi tegangan  keluaran  generatornya.  Hal  ini  disebabkan semakin cepat aliran airnya maka semakin tinggi energi kinetik  yang  tersimpan  di  dalamnya.  Semakin  tinggi energi  kinetiknya  maka  semakin  cepat  putaran  kincir airnya.  Semakin  cepat  putaran  kincir  airnya  maka semakin  cepat  pula  putaran  generatornya  sehingga tegangan keluarannya juga semakin besar.
Tabel 3 dan gambar 14 menunjukkan tegangan boost converter pada  saat  dilakukan  pengujian  di  sungai. Ketika diuji dengan kecepatan air sebesar 0,25 dan  0,26 m/s, tegangan boost converter tidak keluar atau 0 V. Hal ini  disebabkan  tegangan  masukan boost  converter nya masih  terlalu  kecil  yaitu  hanya  sebesar  1,9  dan  2,2  V sehingga  belum  memenuhi  persyaratan  minimal  yang yang  dibutuhkan  agar  dapat  bekerja  normal.  Tegangan minimal  yang  dibutuhkan  oleh boost  converter sebesar 2,6  V.  Ketika  diuji  dengan  kecepatan  air  sebesar  0,39 m/s  tegangan  keluaran  generator  sebesar  2,71V  dapat diboost  menjadi  sebesar  15,2  V.  Ketika  kecepatan  air naik  menjadi  0,45  m/s  maka  tegangan  generator  naik menjadi  3,1  V  sehingga  tegangan boost  converter nya juga  ikut  naik  menjadi  22  V.  Hasil  pengujian  ini menunjukkan bahwa semakin tinggi kecepatan air maka semakin  tinggi  tegangan  generatornya.  Semakin  tinggi tegangan  generatornya  maka  semakin  tinggi  tegangan boost  converter nya.  Hal  ini  menunjukkan boost converter telah berfungsi dengan baik untuk menaikkan tegangan  DC  keluaran  dari  generator.  Hal  yang  perlu diperhatikan  adalah  tegangan  keluaran boost  converter bisa menjadi terlalu tinggi ketika airnya mengalir terlalu deras.  Oleh  karena  itu,  spesifikasi  peralatan  elektronik yang hendak dihubungkan dengan boost converter harus dicermati  terlebih  dahulu  agar  tidak  mengalami kerusakan.

## IV. PENUTUP
Berdasarkan hasil dan pembahasan sebelumnya dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
 Prototipe  sistem  pembangkit  nanohidro  yang dirancang  untuk  keperluan  darurat  telah  dapat membangkitkan  tegangan  antara  0,57  –  6,4  V ketika  diputar  antara  150  –    3000  rpm  dalam kondisi  tanpa  beban.  Ketika  dibebani  dengan lampu  3  buah  LED  5  mm,  tegangan  generator generator turun menjadi 0,5 – 3,1 V.
 Variasi  tegangan  generator  dari  2,71  –  6,4  V pada  saat  diuji  dalam  kondisi  tanpa  beban mengakibatkan  variasi  keluaran boost  converter dari 14,8 – 96 V.
 Saat  generator  diuji  di  sungai,  variasi  kecepatan air dari 0,25 – 0,45 m/s mengakibatkan tegangan yang  dihasilkan  generator  bervariasi  dari  1,9  – 3,1 V.

## R EFERENCES
[1] Guntara, Rendy, 2016.Analisa potensi Waduk Malahayu sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro. Universitas Muhammadyah Yogyakarta.
[2] Arduser,  K  &  Karcheter,  (2009).  Civil  works  for  micro  hydro power  units,  University  of  Applied  Sciences  Northwestern Switzerland.
[3] Aw, A & Biggs, (2013). Portable Nano-Hidro Power  Generator for the DC House Project,   ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTEMENT, California Polytechnic state University.
[4] Aung,  W  &  Zee,  (2015).  Microcontroller  Based  Electical Parameter Monitoring System of Electronic Load Controller use in  Micro  Hydro  Power  Plant,  Departement  of  Electrical  Power Engineering, Mandalay Technological University ; Myanmar.
[5] Rehiara  ,  Adelhard,  2014.    Design  Planing  Of  Micro  Hidro Powerplant in Hink River Papua : University Of Papua.
[6] Kalai , B & Velamati , K, R, (2015). Power Generation By High Head  Water  In  a  Building  Using  Micro  Hydro  Turbine  –  a Greener Approach