Jurnal Teknologi Bahan dan Barang Teknik Vol. 10, No. 2, Desember 2020: 92-99 e-ISSN: 2715-9116 | p-ISSN: 2089-4767 DOI: 10.37209/jtbbt

## PEMANFAATAN SISTEM HIBRID FOTOVOLTAIK – PLN PADA ELEKTROLISIS KONTINYU UNTUK MENGHASILKAN HIDROGEN

## HYBRID SYSTEM OF FOTOVOLTAIC-PLN IN CONTINUOUS WATER ELECTROLYSIS FOR HYDROGEN PRODUCTION
Pramujo Widiatmoko *1 , Tatto Bustomi 2 , Muhammad Mara Ikhsan 1 , Rizky Eka Rachmatillah Ahmad 1 , Isdiriayani Nurdin 1 , Hary Devianto 1
1 Program Studi Teknik Kimia - Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesha 10, Bandung 40132
2 Balai Besar Bahan dan Barang Teknik, Jl. Sangkuriang 14, Bandung 40135
Diterima: 19 Oktober 2020 Direvisi: 2 Nopember 2020 Disetujui: 22 Desember 2020

## ABSTRAK
Produksi  hidrogen  melalui  elektrolisis  menggunakan  energi  matahari  sangat  potensial  di  Indonesia,  namun terkendala  oleh  ketidakstabilan  penyinaran  matahari.  Penggunaan  sumber  listrik  konvensional  sebagai komplementer  dapat  mengatasi  ketidakstabilan  tersebut.  Dalam  penelitian  ini,  elektrolisis  air  dilakukan  dalam  sel dengan ruang ganda dengan elektrolit larutan KOH 3 M. Variasi dilakukan terhadap jenis dan bentuk elektroda serta laju  alir  elektrolit.  Sumber  energi  listrik  divariasikan  dengan  sumber  listrik  konvensional  dari  PLN,  modul fotovoltaik, serta hibrid dari kedua sistem tersebut. Kinerja elektrolisis dianalisis dengan mengukur volum hidrogen yang terbentuk, rapat energi yang dibutuhkan, serta efisiensi arus listrik. Hasil penelitian menunjukkan  penggunaan sistem  hibrid  dapat  menstabilkan  produksi  hidrogen  untuk  elektrolisis  pada  tegangan  15  V  selama  7  jam  operasi. Dibandingkan dengan penggunaan listrik PLN sepenuhnya, sistem hibrid memberikan peluang penghematan energi hingga 81,64%.
Kata kunci : elektrolisis, hidrogen, hibrid, kinerja, fotovoltaik

## ABSTRACT
Hydrogen  production  through  electrolysis  using  solar  energy  has  potential  application  in  Indonesia. However, instability of solar radiation become significant problem. The use of complement stable electricity sources would  overcome  that  instability.  In  this  study,  water  electrolysis  was  carried  out  in  a  double  chamber  cell  with solution KOH 3 M as electrolyte. Variations on electrodes type and shape were conducted. The electrolyte flow rate was also varied. The electrical energy was obtained from conventional photovoltaic modules, and hybrid. Volume of product  hydrogen,  energy  consumption,  and  current  efficiency  were  analyzed.  The  use  of  a  hybrid  system  could stabilize  hydrogen  production  for  electrolysis  at  a  voltage  of  15  V  for  7  hours.  The  hybrid  system  offered  energy saving up to 81.64% compared to full electricity from PLN.
Keywords : electrolysis, hydrogen, hybrid, performance, photovoltaic

## PENDAHULUAN
Hidrogen  merupakan  salah  satu  senyawa penting  dalam  industri  kimia,  petrokimia,  dan penyediaan  energi.    Produksi  hidrogen  global pada  tahun  2018  mencapai  120  juta  ton  dengan 73,9  juta  ton  dalam  bentuk  hidrogen  murni  dan 46,1 juta ton dalam bentuk campuran dengan gas lain  [1].  Saat  ini,  metode  produksi  hidrogen masih didominasi 95% dari hasil pengolahan gas
alam,  minyak,  dan  batubara.  Sementara  itu, metode  produksi  hidrogen  dengan  elektrolisis mengambil porsi 5% dari seluruh proses produksi hidrogen dunia [2].
Biaya  produksi  hidrogen  dari  elektrolisis air lebih mahal (3  7,5 USD/kg) bila dibandingkan  dengan  reformasi  kukus  gas  alam (0,9–3,2  USD/kg)  atau  gasifikasi  batubara  (1,2– 2,2  USD/kg)  [1].  Namun,  biaya  tersebut diprediksi  akan  turun  hingga  1,6  USD/kg  pada
tahun 2030 dengan penggunaan energi terbarukan seperti  hibrid  fotovoltaik  dan  tenaga  angin  [2]. Penurunan  tersebut  didorong  oleh  biaya  instalasi PV  dan  turbin  angin  yang  semakin  murah  tiap
tahunnya, perkembangan teknologi fuel cell yang berbahan  bakar  hidrogen,  serta  penurunan cadangan gas alam dan batubara.
Dengan  intensitas  penyinaran  matahari rata-rata  4,8  kWh/m 2 [3],  Indonesia  berpotensi besar untuk memproduksi hidrogen menggunakan  listrik  dari  sel  fotovoltaik  [4]. Namun,  fluktuasi  intensitas  penyinaran  harian berakibat  pada  ketidakstabilan  produksi  listrik. Ketidakstabilan  tersebut  dapat  dikurangi  dengan penggunaan  sistem  hibrid,  misalnya  dengan listrik dari Perusahaan Listrik Negara (PLN).
Untuk  itu,  penelitian  ini  dilakukan  dengan sistem  hibrid  fotovoltaik-PLN.  Kedua  sumber listrik  tersebut  digabungkan  dengan  terlebih dahulu  mengubah  listrik  AC  dari  PLN  menjadi DC.  Tujuan  dari  penggabungan  tersebut  untuk mendapatkan  luaran  tegangan  dan  arus  listrik yang  konstan.  Selanjutnya,  percobaan  ini dilakukan  dengan  sistem  elektrolit  mengalir untuk  mengurangi  laju  deaktivasi  permukaan elektroda akibat penumpukan gelembung hidrogen.
Dikarenakan  sistem  yang  digunakan  tidak dilengkapi  pemisah  hidrogen  dan  elektrolit, hidrogen  hasil  elektrolisis  dapat  terbawa  aliran elektrolit dan menyebabkan penurunan perolehan hidrogen.  Karena  itu,  kajian  mengenai  efisiensi kinerja  sistem  hibrid  fotovoltaik-PLN  tersebut perlu dilakukan, dengan terlebih dahulu mempelajari  parameter  yang  memberikan  hasil seperti  jenis  dan  bentuk  elektroda  serta  laju  alir elektrolit.

## BAHAN DAN METODE

## Alat dan Bahan
Elektrolisis  air  dilakukan  menggunakan elektrolit  larutan  KOH  3  M  dalam  sel  dua  ruang ( double  chamber  cell ).  Jenis  elektroda  yang digunakan  adalah  nikel  dan stainless  steel (SS304).  Elektroda  divariasikan  dalam  bentuk spiral  wire dan mesh .  Laju  sirkulasi  elektrolit divariasikan  0;  3,72;  dan  10  mL/s.  Percobaan elektrolisis  dengan  fotovoltaik  dilakukan  dengan panel  surya  berkapasitas  100  Wp.  Percobaan sistem  hibrid  dilakukan  dengan  panel  surya berkapasitas  1000  Wp  dan  DC power  supply . Sketsa  peralatan  percobaan  disajikan  pada Gambar 1.

## Prosedur Percobaan
Percobaan elektrolisis air dilakukan selama 7 jam, dari pukul 09.00 WIB hingga 16.00 WIB. Tegangan  dan  arus  listrik  diukur  dengan voltmeter  dan  amperemeter  yang  terhubung dengan  data  logger  (Gambar  1b).  Volum hidrogen  hasil  elektrolisis  diukur  menggunakan metode water displacement pada gelas ukur.
Pengujian kinerja elektrolisis air dilakukan pada overpotential 1,2 V dari tegangan minimum elektrolisis.  Data  yang  didapatkan  berupa  arus dan  beda  potensial  pada  elektrolisis,  serta  laju produksi  hidrogen.  Parameter  kinerja  yang
(a)

## (b)
Gambar 1. Skema Peralatan Percobaan (a) Konfigurasi Sel Elektrolisis
(b) Konfigurasi Elektrolisis dengan Sumber Listrik Power Supply,  Panel Surya, dan Hibrid
Jurnal Teknologi Bahan dan Barang Teknik Vol. 10, No. 2, Desember 2020: 92-99 e-ISSN: 2715-9116 | p-ISSN: 2089-4767 DOI: 10.37209/jtbbt
digunakan  adalah  efisiensi  elektrolisis (  c ), kebutuhan  energi  ( E ),  serta  penghematan  energi ( Eh ) pada sistem hibrid. Ketiga parameter kinerja tersebut  dihitung  menggunakan  persamaan- persamaan (1), (2) dan (3).
𝜂 𝑐 = 𝑃𝑉𝑛𝐹 R𝑇𝑖𝑡 (1) 𝐸 = (∫ 𝑈(𝑡)𝑖(𝑡)𝑑𝑡) 𝑉 𝐻 2 (2) 𝐸 ℎ =   𝐸 𝑡 − 𝐸 𝑘 (3)
dengan: n =  jumlah elektron terlibat F =  konstanta Faraday P =  tekanan hidrogen V =  volume hidrogen terproduksi R  =  konstanta gas ideal E k =  konsumsi listrik konvensional E t =  konsumsi listrik hibrid total U =  tegangan kerja

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Penentuan Parameter Percobaan
Parameter  percobaan  yang  perlu  diuji untuk  mendapatkan  kondisi  operasi  yang  paling sesuai adalah jenis dan bentuk elektroda serta laju alir  elektrolit.  Jenis  elektroda  menentukan tegangan minimum operasi dan kebutuhan energi listrik. Bentuk elektroda dan laju alir berpengaruh pada  pembentukan  turbulensi  di  permukaan elektroda.  Aliran  turbulen  akan  menurunkan ketebalan lapisan difusi Nernst sehingga perpindahan  massa  berlangsung  lebih  efektif sesuai  hukum  Ficks  [6].  Selain  itu,  turbulensi juga  mengurangi  penumpukan  gelembung  gas  di permukaan  elektroda  yang  dapat  menghambat perpindahan  massa  di  antarmuka  elektroda- elektrolit.
Hasil  percobaan  menunjukkan  bahwa kinerja terbaik diperoleh  menggunakan elektroda Ni  berbentuk mesh dengan  laju  alir  3,72  mL/s. Pengaruh  jenis  dan  elektroda  dapat  dilihat  pada Tabel  1,  dan  pengaruh  laju  alir  disajikan  pada Tabel  2.    Penjelasan  lebih  lanjut  untuk  masing- masing parameter percobaan yang diuji disajikan pada pasal-pasal berikut.

## Jenis dan Bentuk Elektroda
Logam Ni dan SS304 dipilih sebagai bahan elektroda  karena  mudah  diperoleh  dan  relatif
murah  sehingga  cocok  untuk  aplikasi  elektrolisis air  skala  besar.  Percobaan  dilakukan  dengan kondisi  elektrolit  statis.  Kurva  tegangan-arus untuk  elektroda  Ni  dan  SS304  disajikan  pada Gambar  2.  Gas  hidrogen  mulai  terbentuk  di permukaan  katoda  Ni  pada  tegangan  yang  lebih rendah  daripada  katoda  SS304  (1,4    dibanding 1,6 V). Hambatan listrik Ni (7,2 x10 -7 Ω∙m) yang lebih  rendah  dibandingkan  SS304  (9,5  x10 -8 Ω∙m)  menurunkan potential  drop di  katoda  [8]. Dengan menggunakan acuan overpotential sebesar  1,2  V,  tegangan  kerja  elektrolisis menggunakan  Ni  dan  SS304  berturut-turut menjadi  2,6  dan  2,8  V.  Dengan  demikian, konsumsi  listrik (yang sebanding  dengan tegangan)  elektrolisis  dengan  katoda  Ni  akan lebih  rendah  dibandingkan  terhadap  yang  katoda SS304.
Jumlah  hidrogen  yang  dihasilkan  dengan katoda  Ni  lebih  besar  dibandingkan  dengan katoda SS304 (Tabel 1). Katoda Ni memiliki sifat elektro katalis untuk hydrogen evolution reaction (HER)  yang  lebih  baik  dibandingkan  SS304. Fenomena tersebut sejalan dengan hasil penelitian  yang  dilakukan  oleh  Hu,  dkk  (2019). Tafel  slope katoda  Ni foam (130  mv  dec -1 )  dan katoda  Ni mesh (143  mv  dec -1 )  lebih  kecil dibandingkan dengan SS304 mesh (233 mv dec -1 ) [9].  Oleh  karena  itu,  katoda  Ni  mampu melangsungkan  reaksi  pembentukan  hidrogen lebih cepat.
Katoda  Ni  relatif  stabil,  sementara  anoda Ni  mengalami poisoning dengan  terbentuknya NiO 2 yang menempel di permukaannya [10]. Hal tersebut mengakibatkan penurunan drastis arus di awal  reaksi  (Gambar  3)  [7].  Dengan  anoda SS304,  arus  listrik  yang  teramati  lebih  tinggi seiring  dengan  waktu  percobaan.  Namun,  anolit berubah warna menjadi kekuningan akibat korosi SS304  yang  menghasilkan  Fe  dan  Cr  terlarut. Hal tersebut didukung data dari  Moranchell  dkk. (2020)  yang  melakukan  elektrolisis  larutan  basa (pH  14,12)  menggunakan  elektroda stainless steel pada  tegangan  kerja  1,5  –  4  V  selama  70 jam  [11].  Dalam  penelitian  tersebut, chromium hexavalent ditemukan  pada  anolit  dengan konsentrasi  1,766  mg/L  dan  lapisan  pasif  Fe 2 O 3 tipis terbentuk di permukaan stainless steel . Bentuk  elektroda mesh dan spiral  wire disesuaikan  dengan  ketersediaan  bahan  di pasaran.  Hal  ini  penting  terutama  untuk  aplikasi di  lapangan.  Pengaruh  bentuk  elektroda  dapat dilihat  di  Tabel  1.  Pada  tegangan  kerja  yang
sama,  efisiensi  arus  elektroda  berbentuk mesh lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  bentuk spiral wire .
Berdasarkan  hasil  tersebut,  elektroda  yang digunakan untuk percobaan selanjutnya adalah Ni
berbentuk mesh .  Kajian  penting  berikutnya adalah  pengaruh  laju  alir  terhadap  kinerja  sel elektrolisis.
Tabel 1. Parameter Elektrolisis pada Variasi Jenis dan Bentuk Elektroda No. Variasi Rapat Arus (A/cm 2 ) Jumlah energi dibutuhkan (kJ/L) Volume Hidrogen (L) Efisiensi arus (%) Jenis Elektroda Bentuk Elektroda 1. Ni Mesh 6,05 x 10 -4 19,8 0,540 94,6 2. SS304 Mesh 5,64 x 10 -4 23,8 0,525 84,8 3. Ni Spiral wire 5,81 x 10 -4 30,2 0,345 66,4 4. SS304 Spiral wire 5,48 x 10 -4 32,7 0,340 61,6

## Laju Alir Elektrolit
Laju  alir  elektrolit  divariasikan  pada  0 (kondisi  elektrolit  statis);  3,72;  dan  10  mL/s. Peningkatan  laju  alir  meningkatkan  arus  listrik (Gambar  4).  Selain  itu,  penurunan  arus  selama
proses  elektrolisis  juga  lebih  kecil  dengan peningkatan  laju  alir.  Hal  tersebut  menunjukkan bahwa  laju  alir  elektrolit  menipiskan  lapisan difusi  Nernst  sehingga  perpindahan  ion  di  antar muka  elektrolit-elektroda  meningkat.  Selain  itu,
(a) (b) Gambar 2. Kurva I-V Elektrolisis Air dengan Elektrolit KOH 3M Menggunakan Elektroda
(a) Ni dan (b) SS304
(a)
(b)
Gambar 3. Pengaruh Bentuk Elektroda pada Kurva Arus terhadap Waktu pada Elektrolisis (a) Elektroda Ni dan (b) SS304 dengan Elektrolit KOH 3 M pada Kondisi Statis.
Jurnal Teknologi Bahan dan Barang Teknik Vol. 10, No. 2, Desember 2020: 92-99 e-ISSN: 2715-9116 | p-ISSN: 2089-4767 DOI: 10.37209/jtbbt
arus  yang  lebih  stabil  diindikasikan  sebagai penurunan gangguan akumulasi gas di permukaan  elektroda  Di  sisi  lain,  peningkatan laju  alir  berdampak  pada  penurunan  perolehan hidrogen  dan  efisiensi  arus  (Tabel  2).  Sebagian hidrogen  akan  terbawa  oleh  aliran  elektrolit karena  waktu  tinggal  yang  pendek  menyebabkan proses  pemisahan  gas-elektrolit  di  sepanjang reaktor tidak sempurna.
Tabel 2 . Pengaruh Laju Alir Elektrolit terhadap
Kinerja Elektrolisis Laju alir (mL/s) Volum hidrogen (L) Energi yang dibutuhkan (kJ/L) Efisiensi (%) 0 0,160 21,1 88,6 3,72 0,140 25,9 70,5 10 0,125 29,7 64,5
Dengan  mempertimbangkan  kestabilan arus listrik selama percobaan, laju alir 3,72 mL/s dipilih  sebagai  parameter  yang  terbaik  untuk percobaan  selanjutnya.  Arus  yang  dihasilkan setara  dengan  laju  alir  10  mL/s  dan  lebih  tinggi dari  kondisi  elektrolit  statis,  serta  efisiensi  yang lebih baik (70,5%) dibandingkan pada laju alir 10 mL/s (64,5%). Karena itu, percobaan pemanfaatan  sistem  hibrid  PV-PLN  untuk elektrolisis air dilaksanakan menggunakan parameter tersebut dengan elektroda Ni mesh .
Kinerja  Elektrolisis  Air  Menggunakan  Sistem Hibrid PV-PLN
Dalam percobaan ini, kinerja sistem hibrid PV-PLN dibandingkan dengan sistem elektrolisis air dengan PV saja. Hasil percobaan
menunjukkan  bahwa  fluktuasi  arus  dan  tegangan yang  terjadi  di  sistem  PV  dapat  diatasi  oleh sistem  hibrid.  Selain  itu,  sistem  hibrid  dapat menghemat  listrik  dari  PLN.  Ulasan  detail  hasil percobaan disampaikan dalam pasal-pasal berikut ini.

## Kinerja Sistem PV
Percobaan  elektrolisis  dengan  sistem  PV dilakukan pada rentang waktu pukul 09:00  16:00. Parameter percobaan yang digunakan  adalah  elektroda  nikel mesh dalam elektrolit  KOH  3  M  dengan  laju  elektrolit  3,72 mL/s.  Tipikal  arus  listrik  yang  dihasilkan disajikan  pada  Gambar  5.  Arus  listrik  yang dihasilkan pada kondisi cerah relatif stabil hingga pukul  13.30.  Data  iradiasi  matahari  dan  arus listrik  yang dibangkitkan oleh PV disajikan pada Gambar 6.
Tegangan dan arus yang dibangkitkan oleh panel  surya  sebanding  dengan  nilai  iradiasi  dari sinar  matahari.  Hal  ini  sesuai  dengan  hubungan korelasi  arus  listrik  (I)  yang  diturunkan  dari persamaan minority-carrier diffusion pada semikonduktor  [12]  seperti  yang  ditunjukkan pada Persamaan (4).
I = q∙A∙k (4)
Energi  foton  matahari  diwakili  oleh q yang menunjukkan  besar  gaya  listrik  yang  diterima oleh panel surya.
Berdasarkan  hasil  percobaan,  temperatur rata-rata  elektrolisis  dengan  PV  adalah  35 o C  dan efisiensi  arus  71,07%.  Total  produksi  hidrogen pada  rentang  waktu  percobaan  sebesar  5,625  L dengan kebutuhan energi sebesar 68,47 kJ/L.
Gambar 4. Kurva Arus terhadap Waktu,
Elektrolisis dengan Variasi Laju Alir Elektrolit 0; 3,72; dan 10 mL/s. 0,15 0,18 0,20 0,23 0,25 0 30 60 90 120 Ar us ( A) Waktu (menit) 10 mps 3,72 mps 0 mps
Gambar 5. Profil Tipikal Arus Listrik yang Dihasilkan oleh Sumber Listrik PV pada Hari dengan Kondisi Penyinaran yang Berbeda
0 1 2 3 4
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
Ar us ( A) Waktu Pengambilan Data Hari 1 Hari 2

## Kinerja Sistem Hibrid
Elektrolisis  air  menggunakan  sumber listrik  hibrid  dilakukan  pada  rentang  waktu percobaan  yang  sama,  yaitu  pukul  09:00  16:00. Variasi  tegangan  kerja  dari  sistem  hibrid dilakukan pada 2,6 V dan 15 V. Tegangan 2,6 V menyesuaikan tegangan kerja optimum, sedangkan  tegangan  15  V  menyesuaikan  dengan tegangan tertinggi PV selama waktu operasi.
Tabel 3. Parameter Kinerja Sistem Hibrid untuk Elektrolisis Air pada Variasi Tegangan Kerja
Parameter Tegangan Kerja 2,6 V 15 V Jumlah hidrogen terbentuk (L) 0,525 6,605 Temperatur rata-rata ( o C) 27 40 Jumlah energi dibutuhkan (kJ/L) 24,3 175,0 Efisiensi elektrolisis (%) 74,90 60,69 Besar suplai energi konvensional untuk 7 jam elektrolisis (kJ) 21,640 581,082 Efisiensi inverter (%) 2,07 38,90
Pada  tegangan  kerja  2,6  V,  PV  memasok energi  listrik  untuk  elektrolisis  sebesar  633,3  kJ atau 96,69% dari kebutuhan energi total. Gambar 7  menunjukkan  hubungan  arus  dan  tegangan
terhadap waktu dengan diberikan hybrid converter serta  hubungan  daya hybrid  converter dan daya pada tegangan elektrolisis 2,6 V. Peran sistem  hibrid  tidak  signifikan  karena  daya  yang dibutuhkan kecil, pada rentang 0,441  0,557 W. Gambar  8  menunjukkan  kinerja  sistem hibrid  ketika  dioperasikan  pada  tegangan  15  V, sesuai  luaran  maksimum  dari  PV.  Pengaruh fluktuasi  penyinaran  matahari  terhadap  kinerja elektrolisis  terlihat  karena  kebutuhan  daya  yang lebih  besar  (50,6–42,7  W).  Berdasarkan  jumlah energi listrik yang dipasok oleh PV, penghematan listrik  PLN  untuk  melakukan  elektrolisis  adalah 81,64%.  Hasil  ini  memberikan  gambaran  yang cukup baik mengenai potensi penggunaan sistem hibrid untuk memproduksi hidrogen.
Efisiensi inverter yang  digunakan  untuk mengubah  arus  AC  PLN  menjadi  DC  pada tegangan  kerja  elektrolisis  15  V  lebih  tinggi dibandingkan  pada  2,6  V.  Hal  ini  disebabkan semakin  besar  daya  luaran  yang  dibutuhkan  dari suatu alat, efisiensi inverter akan meningkat [13]. Metode penggabungan daya PV-PLN yang digunakan  dalam  percobaan  ini  memiliki kesamaan  tipikal  operasi  dengan  penelitian hybrid  inverter PV-akumulator-biodiesel  yang dilakukan oleh Sechilariu dkk. (2015). Akumulator  dan  energi  daya  generator  biodiesel akan  masuk  ketika  daya  dari  PV  lebih  rendah dibandingkan daya output yang dibutuhkan [14].
Gambar 6. Tegangan, Arus, dan Iradiasi Elektrolisis KOH 3 M Menggunakan Elektroda Nikel mesh dengan Sumber Listrik PV
0,0E+00 2,0E+04 4,0E+04 6,0E+04 8,0E+04 1,0E+05 1,2E+05 1,4E+05 1,6E+05 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 Ir adi ans i ( Lux )
Ar us ( A) Waktu Pengambilan Data Arus Iradiansi 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Te ga nga n (V ) Tegangan
(a) (b) (b)
Gambar 7. Kinerja Sistem Hibrid pada Tegangan Elektrolisis 2,6 V (a) arus dan Tegangan sebagai Fungsi Waktu; (b) Daya Sebagai Fungsi Waktu
(a) (b)
Gambar 8. Kinerja Sistem Hibrid pada Tegangan Elektrolisis 15 V (a) Arus dan Tegangan sebagai Fungsi Waktu; (b) Daya Sebagai Fungsi Waktu
Gambar  9  menunjukkan  kestabilan  arus elektrolisis  pada  tegangan  kerja  sistem  hibrid  15 V  dibandingkan  dengan  PV.  Sistem  hibrid menghasilkan  hidrogen  lebih  banyak  karena pasokan  arus  listrik  yang  lebih  stabil.  Namun, efisiensi  arus  pada  elektrolisis  hibrid  15  V (60,69%)  lebih  rendah  dibandingkan  dengan menggunakan PV (71,07%). Hal tersebut disebabkan  lebih  banyak  energi  listrik  yang  tidak termanfaatkan  dan  terkonversi  menjadi  panas sebagaimana diindikasikan oleh temperatur elektrolisis:  40 o C  pada  15  V  dibandingkan  35 o C pada  2,6  V.  Untuk  meningkatkan  kinerja  sistem hibrid,  penyesuaian  beban  daya  elektrolisis  air dengan  pasokan  listrik  dari  PV  dan  PLN  perlu dipelajari lebih lanjut.
0,0E+00 3,2E+04 6,4E+04 9,6E+04 1,3E+05 1,6E+05 0 2 4 6 8 10 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 Ir ad ia ns i ( Lu x) Ar us ( A) Waktu (menit) Arus PV (A) Arus PLN (A) Iradiansi (lux) 0 5 10 15 20 25 30 Te ga ng an (V) Tegangan PV (V) Tegangan PLN (V) 0,4 0,5 0,6 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 Day a (W ) Waktu Pengambilan Data (Jam ke-) Daya Elektrolisis 0 10 20 30 D ay a (W ) Daya Total Daya PV Daya PLN 0,0E+00 3,2E+04 6,4E+04 9,6E+04 1,3E+05 1,6E+05 0 2 4 6 8 10 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 Ir ad ia ns i ( Lu x) Ar us ( A) Waktu (menit) Arus PV (A) Arus PLN (A) Iradiansi (lux) 0 5 10 15 20 25 30 Te ga ng an (V) Tegangan PV (V) Tegangan PLN (V) 40 44 48 52 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 D aya ( W) Waktu Pengambilan Data (Pukul ke-) Daya elektrolisis 0 50 100 150 D aya ( W) Daya Total Daya PV Daya PLN
Gambar 9. Perbandingan kuat arus elektrolisis sistem PV dan hibrid tegangan kerja 15 V; elektrolit KOH 3 M dan
elektroda nikel mesh
0 1 2 3 4
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
Ar us ( A) Waktu Pengambilan Data Arus PV Arus Hybrid

## KESIMPULAN
Penggunaan sumber listrik hibrid fotovoltaik-PLN  dapat  menstabilkan  produksi hidrogen  untuk  elektrolisis  pada  tegangan  15  V selama  7  jam.  Pada  sistem  hidrid,  penggunaan listrik  PLN  hanya  sebesar  581,08  kJ  atau penghematan  pasokan  listrik  PLN  81,64%  dari total 3150,2 kJ kebutuhan energi total elektrolisis. Jumlah hidrogen yang dihasilkan 6,6 L  dengan  efisiensi  arus  60,69%  dan  efisiensi konversi listrik sebesar 38,9%.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] International  Energy  Agency,  2019,  “The Future  of  Hydrogen,  Seizing  today’s
Opportunities”, Available: https://www.iea.org/reports/,  diakses  1 Juni 2020 [2] D.  Gielen,  E.  Taibi  and  R.  Mirand, “Hydrogen: A Renewable Energy Prospective”,  Abu  Dhabi: International Renewable Energy Agency , 2019
[3] S.  Hamdi,  "Mengenal  Lama  Penyinaran Matahari  sebagai  Salah  Satu  Parameter Klimatologi", Berita  Dirgantara vol.  15, pp. 7–16, 2014.
[4] P.  Widiatmoko,  H.  Devianto,  I.  Nurdin, S.F.  Khairunnisa,  M.  I.  Rafi,  "Potency  of
Solar  Hydrogen  Generation  System  in Urban Area: Case Study of Bandung City", Jurnal  Teknologi  Bahan  dan  Barang Teknik (JTBBT) vol. 6, pp. 49-56, 2016.
[5] W.  Tu,  Y.  Wang,  Y.  Tang,  dan  J.  Xu, "Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics  in  a  Circular  Tube  with Mesh  Cylinder  Inserts", International
Communications  in  Heat  and  Mass
Transfer vol. 75, pp. 130–136, 2016.
[6] M.  Schalenbach,  A.R.  Zeradjanin,  O.
Kasian, S. Cherevko, dan K.J.J. Mayrhofer,  "A  Perspective  on  Low- Temperature Water Electrolysis - Challenges  in Alkaline  and Acidic
Technology", International  Journal  of
Electrochemical Science vol. 13, pp. 1173– 1226, 2018.
[7] Callister  Jr.,  W.D.  dan  Rethwisch,  D.G., “Materials  Science  and  Engineering,  An Introduction”,  Danvers,  MA,  USA: John Wiley & Sons , Inc., 2014.
[8] D.M.F.  Santos,  C.A.C.  Sequeira,  dan  J.L. Figueiredo,  "Hydrogen  Production  By Alkaline  Water  Electrolysis", Química Nova vol. 36, pp. 1176–1193, 2013.
[9] X.  Hu,  X.  Tian,  Y.W.  Lin,  dan  Z.  Wang, "Nickel  Foam and Stainless  Steel Mesh as Electrocatalysts  for  Hydrogen  Evolution Reaction,  Oxygen  Evolution  Reaction  and Overall  Water  Splitting  in  Alkaline Media", RSC  Advances vol.  9,  pp.  31563– 31571, 2019.
[10] Y.I.  Tur’yan,  "Methods  for  Determining Oxygen Overvoltage and Anode Poisoning Over  Time  at  Iron-Group  Metals  under High  Current  Densities  in  Alkaline  Water
Electrolysis", American Journal of
Engineering  Research  (AJER) vol.  5,  pp. 304–307, 2016.
[11] F.A.S.  Moranchell,  J.M.  Sandoval  Pineda, J.N.  Hernández  Pérez,  U.S.  Silva-Rivera, C.A.  Cortes  Escobedo,  dan  R.  de  G. González  Huerta,  "Electrodes  Modified with Ni Electrodeposition Decrease Hexavalent  Chromium  Generation  in  an Alkaline Electrolysis Process", International Journal of Hydrogen Energy vol. 45 pp. 13683–13692, 2020.
[12] A.  Luque,  dan  S.  Hegedus, Handbook  of “ Photovoltaic  Science  and  Engineering”, West  Sussex,  UK:  John  Wiley  &  Sons, Ltd., 2011.
[13] K. Mikhaylov, J. Tervonen, dan D. Fadeev, “Embedded  Systems  -  Theory  and  Design Methodology”,  Chapter  19: Development of  Energy  Efficiency  Aware  Applications Using  Commercial  Low  Power  Embedded Systems , London, UK: Intech Open Access Publisher, 2012.
[14] M.  Sechilariu,  F.  Locment,  dan  B.  Wang, "Photovoltaic  Electricity  for  Sustainable Building.  Efficiency  and  Energy  Cost Reduction  for  Isolated  DC  Microgrid",
Energies vol.  8,  pp.    7945–7967,  2015.