Volume  10  No.2 Juli 2018 ISSN : 2085 – 1669 e-ISSN : 2460 – 0288 Website : jurnal.umj.ac.id/index.php/jurtek Email :  jurnalteknologi@umj.ac.id

## U  N  I  V  E  R  S  I  T  A  S   M  U  H  A  M  M  A  D  I  Y  A  H   J  A  K  A  R  T  A

## ANALISIS DAYA PIEZOELEKTRIK MODEL HYBRID SOLAR CELL- PIEZOELECTRIC SKALA RENDAH
Ery Diniardi 1 , Syawaluddin 1 , Anwar Ilmar Ramadhan 1,* , Nurul Hidayati Fithriyah 2 , Erwin Dermawan 3
1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Jakarta, Indonesia
2 Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Jakarta, Indonesia
3 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Jakarta, Indonesia *Email: anwar.ilmar@umj.ac.id
Diterima: 13 April 2018 Direvisi: 22 Mei 2018 Disetujui: 30 Juni 2018

## ABSTRAK
Indonesia  merupakan  negera  yang  memiliki  sumber  energi  baru  dan  terbarukan  yang  belum  dikembangkan secara  optimal  dan  besar-besaran  digali  dan  digunakan,  terutama  energy  sel  surya  dan  energi  air  hujan. Kelebihan  dari  iklim  tropis,  yaitu  hujan dan  panas,  sudah seharusnya  dikembangkan  secara  masif  dan  secara diversifikasi  energy.  Salah  satunya  energi  air  hujan  dengan  menggunakan  Piezolektrik.  Bahan  piezoelektrik yang  mampu  mengubah  energi  mekanik  menjadi  energi  listrik  menjadi  sumber  utama  pembahasan  dalam penelitian  ini.  Besarnya  energi  yang  dapat  dihasilkan  bergantung  secara  langsung  kepada  ukuran  membran piezoelektrik, ukuran titik air hujan dan frekuensinya. Metode yang dilakukan pada penelitian ini adalah dengan melakukan  pengujian  secara  eksperimental.  Sel  piezoelectric  diukur  dan  dianalisis  daya  yang  diperoleh berdasarkan  pengaruh  tekanannya.  Hasil  yang  diperoleh  Pick  up  Piezo  electric  element  diperoleh  tegangan terbaik di piezo adalah 0,94 volt dengan waktu kapasitor mengumpulkan energi selama 45 detik.
Kata kunci: piezoelektrik, energi, hybrid, model, daya

## ABSTRACT
Indonesia is a country that has a new and renewable energy source that has not been developed optimally and massively  excavated  and  used,  especially  solar  cell  energy  and  rainwater  energy.  The  advantages  of  tropical climate,  namely  rain  and  heat,  should  be  developed  in  a  massive  and  diversified  energy.  One  of  them  is  rain water energy using Piezolektrik. Piezoelectric materials capable of converting mechanical energy into electrical energy became the main source of discussion in this study. The amount of energy that can be produced depends directly on the size of the piezoelectric membrane, the size of the rainwater point and its frequency. The method used in this research is to conduct experimental testing. Piezoelectric cells were measured and analyzed for the power obtained under the influence of the pressure. The result obtained Pick up Piezo electric element obtained the best voltage in piezo is 0.94 volts with capacitor time to collect energy for 45 seconds.
Keywords : piezoelectric, energy, hybrid, model, power

## PENDAHULUAN
Dalam  proses  mengubah  suatu  energi  menjadi bentuk energi lain diperlukan sebuah alat yang disebut  dengan  Tranduser.  Dalam  pengertian yang lebih luas, tranduser kadang-kadang juga didefinisikan  sebagai  sebagai  suatu  peralatan yang  mengubah  gaya  atau  perpindahan mekanis menjadi sinyal listrik (Almanda, 2015, Paulus,  2011,  Febrawi,  2013).  Tranduser Piezoelektrik  merupakan  salah  satu  jenis tranduser aktif dengan prinsip kerja pembangkitan  listrik  dari  bahan  kristal  piezo akibat  gaya  dari  luar  (Sharma,  2006). Tranduser  jenis  ini  dapat  menerima  Inputan berupa  suara,  getaran  maupun  percepatan dalam cara kerjanya (Hananto, 2013).
Karena  itu  diperlukan  energi-energi  alternatif selain  energi  fosil  yang  dapat  digunakan sebagai  pengganti  energi  fosil.  Energi  yang dikembangkan  tersebut  haruslah  energi  baru dan  terbarukan.  Energi  baru  dan  terbarukan adalah  energi  yang  belum  lazim  digunakan dimasyarakat  serta  proses  daur  ulang  atau sumberdaynya  mudah  dan  berlimpah.  Energi baru  dan terbarukan  yang  telah  dikembangkan didunia umumnya adalah energi yang memiliki karakteristik masing-masing pada setiap wilayah.  Seperti  Kincir  angin  pada  negara belanda dimana pada wilayah belanda memiliki  laju  angin  yang  besar  sepanjang tahun  (Krisdianto,  2011).  Indonesia  yang memiliki  dua  musim  yaitu  musim  panas  dan musim  hujan,  memiliki  potensi  energi-energi terbarukan  dari  dua  musim  tersebut.  Yaitu tenaga surya dan tenaga tumbukan dari hujan.
Piezoelektrik  adalah  sebuah  material  yang apabila diberi tekanan akan menghasilkan arus listrik Menurut penelitian sebelumnya pengembangan  terhadap  piezoelektrik  sudah diterapkan  di  beberapa  wilayah  misalnya Yogyakarta  berupa  piezoelektrik  sebagai sistem  deteksi  dini  gempa,  dan  sebagai penghasil  listrik  yang  dihasilkan  dengan  cara memberikan tekanan pada piezoelektrik (Rahayu,  2013).  Pengembangan  piezoelektrik sebagai  penghasil  listrik  diterapkan  dengan beberapa  pengaplikasian  misalnya  diletakan  di alas  sepatu,  bola,  alas  keset  dan  pada  polisi tidur.  Banyaknya  pembuatan  piezoelektrik dibeberapa  pengaplikasian  mendorong  peneliti untuk membuat piezoelektrik dengan memanfaatkan  energi  alam,  hal  ini  bertujuan
untuk  mengurangi  penggunaan  listrik  dari pemerintah.
Indonesia  merupakan  negara  tropis,  sehingga membuat Indonesia memiliki dua musim yaitu musim hujan dan musim kemarau. Pemanfaatan  alam  sebagai  energi  listrik  pada musim  kemarau  dimanfaatkan  dengan  cara memanfaatkan  panas  matahari  sebagai  energi yang disimpan pada siang hari dan dimanfaatkan  atau  digunakan  sebagai  listrik pada  malam  hari.  Namun,  pada  musim  hujan belum  ada  pemanfaatan  energi  yang  dapat dimanfaatkan  atau  digunakan  sebagai  energi listrik.  Sehingga  dalam  hal  ini  peneliti bermaksud memanfaatkan energi yang dihasilkan  dari  tekanan  air  hujan  yang  turun dari  langit  sebagai  energi  tekan  pada piezoelektrik.  Dengan  bantuan  tekanan  air hujan  pada  piezoelektrik,  maka  piezoelektrik dapat  menghasilkan  energi  listrik  yang  dapat digunakan  untuk  keperluan  sehari-hari,  seperti penerangan (Widodo, dkk, 2015).
Selain  itu  energi  matahari  dapat  dimanfaatkan dengan  bantuan  peralatan  lain,  yaitu  dengan merubah  radiasi  matahari  kebentuk  lain.  Ada dua  macam  cara  merubah  radiasi  matahari  ke dalam  energi  lain,  yaitu  melalui  solar  cell  dan collector.  Tidak  diragukan  lagi  bahwa  energi surya  adalah  salah  satu  sumber  energi  yang ramah  lingkungan  dan  sangat  menjanjikan pada masa yang akan datang, karena tidak ada polusi  yang  dihasilkan  selama  proses  konversi energi,  dan  juga  sumber  energinya  banyak tersedia di alam (Almanda, dkk, 2016).
Oleh karena itu penerapan teknologi Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS) untuk memanfaatkan potensi energi surya yang tersedia  dilokasi-lokasi  tersebut  merupakan solusi yang tepat (Ramadhan, dkk, 2016).
PLTS  atau  lebih  dikenal  dengan  sel  surya  (sel Photovoltaic) akan lebih diminati karena dapat digunakan  untuk  berbagai  keperluan  yang relevan  dan  di  berbagai  tempat  seperti perkantoran,  pabrik,  perumahan,  dan  lainnya. Sehingga  hal  ini  dipandang  perlu  untuk  dikaji lebih  lanjut.  Agar  diperoleh  kajian  yang komprehensif  secara  teknik  (Ubaidillah,  dkk, 2012).
Jurnal Teknologi 10 (2) pp 139 - 146 © 2018
Diniardi, dkk (2017) telah melakukan penelitian  mengenai  analisis  desain  pickup piezoelektrik  dari  model  hybrid  solar  cell- piezoelectric  untuk  daya  rendah,  hasil  yang diperoleh  adalah  perhitungan  gaya  aksi  dan reaksi pada posisi piezolektrik perlu dilakukan untuk  mengetahui  pola  sebaran  hujan  ke piezoelektrik membran, sehingga dapat ditentukan  jumlah  piezoelektrik  yang  akan digunakan dalam model Hybrid. Hasil perhitungan  analisis  sebaran  gaya  diperlukan tambahan  adjuster  sebagai  pembuat  kondisi stabil pada susunan piezoelektrik.
Syawaluddin,  dkk  (2017)  melakukan  analisis desain  optimum  model  hybrid  solar  cell- piezoelectric  dengan  cad  program  dengan hasilnya  yaitu  Hasil  perhitungan  analisis sebaran  gaya  diperlukan  tambahan  adjuster sebagai  pembuat  kondisi  stabil  pada  susunan piezoelektrik,  yaitu  5,33  buah      6  Buah  dan kebutuhan Piezo 23.48 buah   24 Buah.
Didalam  penelitian  ini  tranduser  piezoelektrik dengan luasan tertentu dijadikan sebagai media konversi energi yaitu gaya tekan air hujan yang jatuh menjadi energi listrik. Sehingga nantinya dapat  diketahui  seberapa  besar  energi  listrik yang  dihasilkan.  Untuk  mengetahui  besaran nilai  energi-nya  maka  dilakukan  analisis  daya pick  up  Piezoelektrik  pada  elemen  dari  model Solar  Cell-Pieoelectric ,  agar  dapat  diketahui daya yang diperoleh.

## METODE PENELITIAN
Metodologi  atau  pendekatan  yang  akan dilakukan adalah pemodelan awal dari piezoelectrik  untuk  membran  pizoelektrik  dan sel surya sebagai media penghasil energi listrik yang bersumber dari pengaruh gaya tekan atau tumbukan yang bersumber dari rintik air hujan dan  juga  sinar  matahari  Langkah-langkah metodologinya, sebagai berikut:
1. Melakukan studi literatur dan melakukan  analisis  berdasarkan  data- data  awal  dari  penelitian  mengenai pembuatan  membran  pizoelektrik  dan juga mengenai perubahan energi listrik yang  bersumber  dari  gaya  tekan  yang pernah  dilakukan  dan  studi  literatur mengenai sel surya yang akan digunakan.
2. Melakukan  perhitungan  dan  analisis Piezoelektrik  elemen  untuk  model Hybrid Solar Cell-Pizeoelectric.
Langkah  penelitian  dapat  dilihat  pada  Gambar 1.

## Gambar 1 . Alur penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Daya pada Piezoelectric Elemen
Proses  analisa  dan  percobaan  selanjutnya adalah Percobaan tenaga hujan dengan material Piezoelectrik element yang difungsikan sebagai  pick  up  Piezoelectric  pada  gitar Akustik. Piezoelectric element ini
Menterjemahkan  getaran  dari  gitar  menjadi aliran  listrik  lalu  dikuatkan  kembali  dengan amplifier  sehingga  menghasilkan  suara  gitar yang  lebih  besar.  Dalam  Percobaan  kali  ini akan  dibahas  membuat  material  piezoelectric sebagai  material  penghasil  listrik.  Untuk mengetahui  daya  dari  piezoelectric  yang dihasilkan  dalam  percobaan  akan  dilakukan dengan  getaran  dari  ketukan  dan  tekanan  dari tangan. Dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Pick up Piezoelectric element
Pada  analisa  ini  akan  dilakukan  percobaan dengan dua jenis parameter yaitu frekuensi dan tekanan.  Percobaan  ini  akan  dilakukan  dengan ketukan  dan  tekanan  tangan.  Percobaan  ini ditujukan untuk menentukan Piezoelectric akan bekerja  efektif  pada  tekanan  tinggi  atau frekuensi  tinggi  serta  metode  manakah  yang terbaik dalam membentuk arus listrik, Gambar 3 dan Gambar 4.
Gambar 3. Ilustrasi rangkaian percobaan
Gambar 4. Percobaan piezoelectric element
Pada  analisa  ini  dilakukan  dengan  mengetuk piezo  dengan  Paramater  frekuensi  ketukan tangan, untuk mengetahui besar tegangan yang dapat  dihasilkan.  Berikut  ini  hasil  percobaan yang dilakukan, dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 . Hasil Percobaan piezoelectric element (frekuensi)
Pada  Hasil  Percobaan  diatas  terlihat  bahwa dengan  ketukan  tangan  frekuensi  tinggi  hanya dapat  menghasilkan  sampai  dengan  0.66  Volt. Dan Hasil tegangan tidak stabil seiring dengan frekuensi.  Pada  analisa  ini  dilakukan  dengan mengetuk  piezo  dengan  Paramater  Tekanan berulang  tangan,  untuk  mengetahui  besar tegangan  yang  dapat  dihasilkan.  Berikut  ini hasil percobaan yang dilakukan (Tabel 2).
Tabel 2. Hasil Percobaan piezoelectric element (tekanan)
Pada  Hasil  Percobaan  diatas  terlihat  bahwa dengan  tekanan  tangan  berulang  tinggi    dapat
Jurnal Teknologi 10 (2) pp 139 - 146 © 2018
menghasilkan  sampai  dengan  2.94  Volt.  Dan Hasil  tegangan  tidak  stabil  seiring  dengan frekuensi tekanan.
Berdasarkan hasil analisa dari satu piezoelectric element pada pembahasan diatas, hasil  tegangan  piezoelectric  element  tidak stabil.    Ketidakstabilan  tegangan  ini  membuat daya  dari  piezoelectric  elemen  tidak  dapat disimpan  pada  alat  penyimpan  tenaga  seperti baterai, aki, dll. Untuk mestabilkan  daya pada Piezoelectric  element  ini  maka  dibentuklah rangkaian  penstabil  tegangan.  Pada  rangkaian stabil  tegangan  terdiri  dari  beberapa  bagian penting  yang  memiliki  peran  penting  sebagai penstabil  tegangan  yaitu:  Membuat  tegangan yang naik dan turun pada piezo menjadi searah menimbulkan  tegangan  DC,  seperti  pada Gambar 5-7.
Gambar 5. Dioda yang digunakan
Kapasitor  pada  rangkaian  penstabil  tegangan ini yang paling berperan. Kapasitor menyimpan  tegangan  yang  tidak  stabil  dari piezoelectric  element  dan  menyalurkannya kembali  dengan  stabil.  Karena  seperti  kita ketahui  kapasitor  juga  device  yang  digunakan untuk  safety  dari  tegangan  mendadak  pada rangkaian elektronika.
Dari bagian-bagian tersebut dibentuklah rangkaian penstabil tegangan untuk
piezoelectric  element.  Berikut  ini  rangkaian yang  digunakan  pada  uji  coba  penstabil tegangan  pada  piezoelectric  element  berikut ini.
Gambar 7 .  Rangkaian Penstabil tegangan
Dalam aktual pengerjaan percobaan
menggunakan  PCB  sebagai  dasar  rangkaian. Dengan  aktualisasi  sebagai  berikut  (Gambar 8).
Gambar  8 .  Percobaan  rangkaian  penstabil tegangan
Percobaan yang dilakukan dengan sama seperti dengan  percobaan  tanpa  rangkaian  penstabil tegangan yaitu dengan parameter frekuensi dan tekanan.  Berdasarkan  hasil  percobaan  didapat
hasil  sebagai  berikut,  dapat  dilihat  pada  Tabel 3.
Tabel 3. Hasil Percobaan piezo with stabilizer
Dari hasil percobaan dapat dilihat metode yang terbaik  dalam  membuat  piezo  menghasilkan listrik  dengan  frekuensi  dan  tekanan  sedang. Sehingga  kapasitor  mampu  menyimpan  energi listrik  yang  cukup  untuk  meningkatkan  dan menstabilkan  tegangan.  Berdasarkan  analisis percobaan Pick up Piezo electric element dapat disimpulkan  tegangan  terbaik  yang  didapat piezo adalah 0,94 volt dengan waktu kapasitor mengumpulkan energi selama 45 s.

## KESIMPULAN
Dari  hasil  analisis  daya  piezoelectrik  dapat disimpulkan  yaitu:  Untuk  Pick  up  Piezo electric  element  diperoleh  tegangan  terbaik  di piezo adalah 0,94 volt dengan waktu kapasitor mengumpulkan energi selama 45 detik.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  menghaturkan  ucapan  terima  kasih kepada  Kementerian  Riset,  Teknologi  dan Pendidikan  Tinggi  Republik  Indonesia  dan Kopertis Wilayah III serta Lembaga Penelitian dan Pengabdian
Masyarakat (LPPM)
Universitas  Muhammadiyah  Jakarta,  yang telah  mendukung  dan  mendanai  penelitian  ini melalui  Hibah  Penelitian  Strategis  Nasional  - Institusi  pada  tahun  2018  dengan  Nomor: 81.SPK/LPPM-UMJ/V/2018.

## DAFTAR PUSTAKA
Almanda,  D.,  Dermawan,  E.,  Ramadhan,  A.I., Diniardi, E., Fajar, A. N., 2015, Analisis Desain  Optimum  Model  Piezoelektrik PVDF Untuk Sumber Pembangkit Listrik Air  Hujan  Berskala  Mini ,  Prosiding Seminar  Nasional  Sains  dan  Teknologi (Semnastek) 2015, Universitas Muhammadiyah Jakarta
Almanda,  D.,  Dermawan,  E.,  Diniardi,  E.,
Syawaluddin,  Ramadhan,  A.I.,  2016,
Pengujian  Desain  Model  Piezoelektrik PVDF  Berdasarkan  Variasi  Tekanan , Prosiding  Seminar  Nasional  Sains  dan Teknologi (Semnastek) 2016, Universitas Muhammadiyah Jakarta Almanda,  D.,  Dermawan,  E.,  Diniardi,  E., Ramadhan,  A.I.,  Hidayat,  S.,  2016, Design And Test Equipment Model Rain Water  Based  Energy  Effect  of  Size  of Printed  Material  of  Piezoelectric  In Indonesia , International Journal of Engineering Inventions, Vol. 5 No 7, pp.
48-55
Christianto,  Paulus,  et  al.  2011. Piezo Vibration  Sensor .  Universitas  Kristen
Maranatha. Bandung
Diniardi,  E,  Syawaluddin,  Ramadhan,  A.I.,
Isnaini, W., Dermawan, E., Almanda, D.,
2017, Analisis Desain Pickup
Piezoelektrik  Dari  Model  Hybrid  Solar Cell-Piezoelectric  Untuk  Daya  Rendah , Jurnal Teknologi, Vol 9 No 2, pp. 83-88, DOI: 10.24853/jurtek.9.2.83-88 Febrawi,  T.,  and  Daryanto,  B.  W.,  2013.
Vibration Energy Harvesting In Washing Machines  with  piezoelectric  mechanism , Journal of Engineering of POMITS, Vol.
2 No 1, pp. 1-5
Hananto,  F.  S.,  et  al.  2011. Application  of Piezoelectric  Material  Film  PVDF (Polyvinylide Flouride) As Liquid
Viscosity  Sensor ,  Journal  of  Neutrino,
Vol. 3 No 2, pp. 129-142 Krisdianto,  A.  N.,  2011. Characteristics  Study of Energy Produced Vibration Mechanism Piezoelectric Energy Harvesting  Methods  To  Imposition Frontal  And  Lateral ,  Institut  Teknologi
Sepuluh Nopember. Surabaya
Rahayu, S., et al. 2013. Piezoelectric Materials Synthesis  BNT-BT  With  the  addition  of Ta2O5  Method  Using  Solid  State Reaction . Universitas Andalas. Padang.
Ramadhan,  A.  I,  Diniardi,  E.,  Mukti,  S.H.,
2016, Analisis Desain Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Kapasitas 50 WP , Jurnal Teknik, Vol. 37 No 2, pp. 59-63, DOI:
10.14710/teknik.v37i2.9011
Syawaluddin,  Diniardi,  E.,  Ramadhan,  A.I., Isnaini, W., Almanda, D., Dermawan, E., 2017, Preliminary  Study  Of  Model Hybrid Solar Cell-Piezoelectric For Low Power  In  Indonesia ,  ARPN  Journal  of
Jurnal Teknologi 10 (2) pp 139 - 146 © 2018
Engineering  and  Applied  Sciences,  Vol. 12 No 17, pp. 4854-4857 Syawaluddin,  Diniardi,  E.,  Ramadhan,  A.I., Almanda,  D.,  Dermawan,  E.,  2017, Analisis  Desain  Optimum  Model  Hybrid Solar  Cell-Piezoelectric  Dengan  CAD Program , Prosiding Semnastek Sharma. 2006. Studies on Structural Dielectric and  Piezoelectric  Properties  of  Doped PCT  Ceramics .  Deemed  University. Punjab Ubaidillah,  Suyitno,  dan  Juwana,  Wibawa Endra,  2012, Pengembangan  Piranti Hibrid  Termoelektrik  –  Sel  Surya Sebagai  Pembangkit  Listrik  Rumah Tangga ,  Jurnal  Litbang  Provinsi  Jawa Tengah, Vol.10 No.2, pp. 194-211 Widodo,  Djoko  Adi,  Suryono,  Tatyantoro  A, 2010, Pemberdayaan  Energi  Matahari Sebagai  Energi  Listrik  Lampu  Pengatur Lalu Lintas , Jurnal Teknik Elektro Vol. 2 No.2, pp. 133-138