Pengujian Karateristik Pengisian Baterai Dari Generator DC Magnet Permanen Menggunakan Solar Charging Controller
Herris Yamashika 1 , Mahyessie Kamil 2
Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Sumatera Barat 1,2
Email: herrisyamashika@umsb.ac.id 1 , mahyessiekamil@umsb.ac.id DOI: http://dx.doi.org/10.31869/rtj.v4i1.2280
Abstrak: Penelitian  ini  melakukan  pengujian  karateristik  pengisian  baterai  yang  menggunakan generator  DC  magnet  permanen  sebagai  sumber,  dan  pengaturan  pengisian  baterai  menggunakan Solar Charging Controller (SCC) yang sering dipakai sebagai pengatur pengisian dari panel surya. Pengujian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  nilai  tegangan  dan  rpm  minimal  generator  agar  baterai dapat terisi. Pelaksanaan pengujian dilakukan menggunakan generator DC magnet permanen dengan kapasitas  250  watt,  24  Volt,  pada  putaran  2750  rpm.  Genarator  ini  dihubungkan  ke  SCC  untuk mengatur pengisian baterai VRLA 12 Volt 7 Ah, dan beban lampu 12 Volt 5 Watt sebanyak 20 buah. Sebagai  penggerak  mula,  digunakan  motor  induksi  3  fasa  yang  putarannya  dapat  diatur  melalui Variable  Speed  Drive  (VSD).  Parameter  arus  dan  tegangan dari  masing-masing generator,  baterai, dan  beban  lampu  akan  diamati.  Untuk  mengetahui  putarang  generator,  rpm meter  digunakan  untuk mengetahui putaran generator. Dari hasil pengujian diperoleh bahwa tegangan minimum generator agar dapat mengisi baterai adalah 12.3 Volt pada putaran 1630 rpm.
Keywords: Pengisian Baterai, Generator DC Magnet Permanen, Pengujian Karateristik

## PENDAHULUAN
Penggunaan  sumber  energi  baru  dan terbarukan  telah  mengalami  peningkatan, seiring  semakin  menipisnya  cadangan  energi fosil.  Salah  satu  sumber  energi  terbarukan yang  melimpah  di  kondisi  geografis  negara kita  adalah  sumber  daya  air.    Air  dapat dimanfaatkan  untuk  membangkitkan  daya listrik  mulai  dari  skala  watt    sampai  skala mega  watt.  Pembangkit  listrik  tenaga  mikro hidro  (PLTMH)  telah  menjadi  salah  satu alternatif  untuk  memenuhi  kebutuhan  listrik skala  kecil.  Daya  listrik  dengan  kapasitas  <1 kW  dapat  dibangkitkan  menggunakan  aliran air sungai yang tidak membutuhkan bendungan. Listrik pada PLTMH dibangkitkan oleh  generator  sinkron  yang  keluarannya berupa tegangan arus bolak-balik ( AC ). Listrik AC harus  menghasilkan  frekuensi  yang  relatif stabil, agar tidak merusak peralatan.
Pengaturan  kestabilan  frekuensi  dilakukan menggunakan governor untuk mengatur kecepatan putaran turbin atau penggerak mula.
Alternatif  lain  pembangkitkan  listrik adalah  Generator  DC.  Dimana  generator  DC jenis magnet permanen yang sering digunakan pada  pembangkit  listrik  tenaga  bayu  (PLTB) banyak  tersedia  di  pasaran,  dan  harga  yang relatif  lebih  murah  dibandingkan  jenis generator  lain  dengan  kapasitas  yang  sama. Kelebihan  lain  generator  DC  dari  sisi  teknis
adalah dapat dioperasikan tanpa perlu memperhatikan  kestabilan  frekuensi,  sehingga tidak  membutuhkan  governor.  Penggunaan generator  DC  pada  aliran  air  yang  tidak konstan  akan  meyebabkan  fluktuasi  tegangan keluaran.  Agar  dapat  dimanfaatkan  secara optimal, listrik keluaran generator DC disimpan  di  baterai.  Skema  ini  seperti  yang digunakan  pada  pemanfaatan  tenaga  matahari, dimana  listrik  yang  dihasilkan  oleh  sel Photo Voltaic (PV)  akan  diatur  oleh Solar  Charging Controller ( SCC ),  sehingga  bisa  digunakan untuk  mengisi  baterai  dan  memasok  daya  ke beban.  Namun  pemanfaatan  energi  surya sangat  bergantung  kepada irradiance dan temperatur  dari  cahaya  matahari,  dan  hanya dapat  dilakukan  pada  siang  hari.  Berbeda halnya dengan potensi air, pemanfaatan energi air dapat dilakukan sepanjang waktu.
Penggunaan generator DC magnet permanen  yang  biasa  digunakan  oleh  PLTB untuk  pengisian  baterai  perlu  dilakukan  uji kinerja  ketika  beroperasi.  Penelitian  ini  akan melakukan pengujian pada penggunaan generator  DC  tersebut  untuk  pengisian  baterai pada kondisi putaran generator yang bervariasi. Setelah dilakukan pengujian kinerja sistim,  penelitian  tahap  berikutnya  dapat dilakukan pengembangan untuk
mengoptimalkan pengisian.
Salah  satu  cara  mendapatkan  sumber energi listrik terbarukan yang berasal dari alam adalah  dengan  menyimpan  energi  tersebut  di media  penyimpanan,  salah  satunya  adalah baterai.  Daya  listrik  yang  dibangkitkan  dari cahaya  matahari  sangat  fluktuatif,  sehingga bila  dimanfaatkan  langsung  tidaklah  efektif dan efisien. Cara yang paling ideal memanfaatkan  energi  matahari  adalah  melalui penyimpanan  di  baterai.  Daya  listrik  yang dihasilkan  akan  digunakan  untuk  mengisi baterai. Strategi pengisian baterai dan pengaturan  beban  dari  sel  PV  tunggal  telah dilakukan  oleh  (Harrington  &  Dunlop,  1992). Beberapa  algoritma  pengisian  ditampilkan, bersama  dengan  terminologi  yang  digunakan di  industri  PV  untuk battery  charging controller .  Informasi  yang  diperoleh  dari evaluasi  terhadap  charging  controller  yang tersedia  di  pasaran  dibahas  bersaman  data yang  diperoleh  dari  hasil  pengujian  di lapangan.  Hasil yang  diperoleh  adalah karateristik  kinerja  baterai  yang  dibutuhkan desain  dan  pengoperasian  PV  untuk  jangka waktu yang lama.
Teknologi  pengisian  baterai  mengalami perkembangan,  dimana  masing-masing  jenis baterai memiliki algoritma pengisian tersendiri..  (Park  et  al.,  2008)  mencari algoritma  pengisian  yang  dapat  digunakan secara  universal  pada  jenis  baterai  yang berbeda.  Algoritma  yang  cocok  untuk  suatu jenis baterai diperoleh dari analisis karateristik baterai  tersebut.  Algoritma  universal  ini bekerja  dengan  mendeteksi  inflection  point, treshold  point,  dan  termination  point.  Hasil yang diperoleh, algoritma universal ini mampu mengisi  untuk  jenis  baterai,  diantaranya  Ni- Cd, Ni-MH, SLA, Li-Ion dari 2V sampai 18V, Ni-MH, SLA, and Li-Ion.
Penyimpanan  energi  listrik  terbarukan pada  baterai  secara  umum  berasal  dari  energi surya.  Pengisian  baterai  diatur  oleh  charging controller,  dengan  menggunakan  algoritma tertentu.  Penelitian  ini  akan  mengambil  celah untuk  menguji  karateristik  pengisian  baterai yang  berasal  generator  DC  magnet  permanen pada  putaran  yang  berubah-rubah.  Putaran yang  tidak  konstan  ini  merupakan  representai dari  aliran  air  ketika  generator  dc  magnet permanen tersebut digunakan sebagai pembangkit PLTMH. Penelitian
ini bertujuan untuk mendapatkan  nilai  minimal  tegangan  dan
putaran  generator  DC  magnet  permanen  agar bisa mengisi baterai melalui SCC.

## METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan dengan memutar  generator  DC  magnet  permanen dengan  kecepatan  yang  bervariasi.  Generator diputar  oleh  motor  induksi  3  fasa  yang terhubung  dengan variable  speed  drive , sehingga putaran motor induksi tersebut dapat dirubah  sesusai  kebutuhan.  Generator  DC yang digunakan adalah tipe magnet permanen, dengan  kapasitas  250  watt,  tegangan  24  Volt, dan  putaran  2750  rpm.  Keluaran  generator tersebut disambungkan ke charging controller , dimana  dalam  hal  ini  yang  akan  digunakan adalah solar  charging  controller ( SCC )    jenis pulse  width  modulation ( PWM ). SCC akan mengatur pengisian ke baterai dan keluaran ke beban DC. Untuk mendapatkan data parameter,  alat  ukur  dipasang  diantaranya voltmeter , amperemeter ,  dan tachometer . Diagram  lengkap  komponen  yang  digunakan pada  penelitian  ini  seperti  yang  terlihat  pada gambar 1.
+ - A V MOTOR INDUKSI GENERATOR DC MAGNET PERMANEN VSD SUMBER 1 FASA SCC BATERAI BEBAN RPM A V N (rpm) A VG (volt) IG (ampere) VB (volt) IL (ampere) IB (ampere)

## Gambar 1. Skematik Peralatan Penelitian
Skenario  yang  digunakan  adalah  tegangan generator  tanpa  beban  diatur  pada  nilai  14 Volt.  Kemudian  dilakukan  pengisian  baterai tanpa  beban  lampu,  dan  kemudian  dilanjutkan dengan  menambahkan  beban  lampu  secara bertahap  dari  1  buah  lampu  sampai  10  buah lampu.  Setiap  penambahan  beban  baterai  dan lampu diambil data untuk parameter berikut :
 Tegangan generator ( V gen ),
 Arus generator ( I gen ),
 Arus baterai ( I batt ),
 Arus beban ( I load ),
 Tegangan beban ( V load ),
 Putaran generator ( rpm ).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Rancangan  peralatan  penelitian  seperti yang  disampaikan  sebelumnya  dilajutkan dengan  tahap  pembuatan  alat,  sesuai  dengan skematok  pada  Gambar  1.  Hasil  pembuatan peralatan seperti pada gambar 2.
Gambar 2. Alat Penelitian
Hasil  yang  diperoleh  dari  pengambilan data sesuai skenario telah disebutkan sebelumnya adalah sebagai berikut :
Vgen (Volt) Igen (A) Pgen (Watt) x x 14.00 0.02 0.21 v x 13.50 0.40 5.40 v 1 12.80 0.90 11.52 v 2 12.30 1.38 16.97 v 3 11.90 2.00 23.80 v 4 11.50 2.04 23.46 v 5 11.30 2.19 24.75 v 6 11.20 2.33 26.10 v 7 11.10 2.41 26.75 v 8 11.00 2.50 27.50 v 9 10.80 2.55 27.54 v 10 10.80 2.62 28.30 v 11 10.70 2.70 28.89
Generator
Battery No. of Load
Tabel 1. Parameter Generator
Vload (Volt) Iload (A) Pload (Watt) x x 0.00 0.00 0.00 v x 0.00 0.00 0.00 v 1 12.90 0.75 9.68 v 2 12.20 1.43 17.45 v 3 11.60 2.04 23.66 v 4 11.10 2.67 29.64 v 5 10.90 3.32 36.19 v 6 10.60 3.92 41.55 v 7 10.50 4.50 47.25 v 8 10.30 5.10 52.53 v 9 10.10 5.80 58.58 v 10 10.00 6.41 64.10 v 11 9.90 6.96 68.90 Battery No. of Load Load
Tabel 2. Parameter Beban Ibatt (A) Status x x 0.00 off v x 0.38 charging v 1 0.13 charging v 2 0.05 charging v 3 -0.30 loading v 4 -0.65 loading v 5 -1.12 loading v 6 -1.57 loading v 7 -2.10 loading v 8 -2.60 loading v 9 -3.14 loading v 10 -3.62 loading v 11 -4.00 loading
Battery Battery No. of Load
Tabel 3. Parameter Bterai
Tabel  1  sampai  3  memperlihatkan  kondisi pengisian  baterai  ketika  terjadi  penambahan beban.  Pada  kondisi  generator  tanpa  beban tegangan  diatur  pada  14  Volt,  dengan  rpm 1883 rpm. Kemudian generator dibebani untuk mengisi  baterai  melalui  SCC  tanpa  beban lampu,  arus  pengisian  baterai  (I batt )  sebesar
0.38  Ampere  dengan  tegangan  keluaran generator  (V gen )  sebesar  13.5  Volt.  Ketika dilakukan penambahan beban lampu sebanyak 1  buah,    arus  pengisian  baterai  turun  menjadi 0,13  Ampere  dan  tegangan  generator  menjadi 12,8  Volt.  Baterai  akan  tetap  terisi  (charging) sampai  jumlah  beban  yang  dihidupkan sebanyak  2  buah,  dimana  arus  pengisian baterai  (I batt )  menjadi  0.05  Ampere,  dan tegangan  generator  (V gen )  menjadi  12.3  Volt. Pada  kondisi  ini  putaran  generator  sebesar 1630 rpm.
Pembebanan ditambah dengan mengidupkan  beban  lampu  sebanyak  3  buah, hasil  pengukuran  memperlihat  bahwa  baterai tidak  lagi  pada  kondisi  charging,  namun memasok  daya  (loading).  Tegangan  generator menjadi  11.9  Volt,  dan  arus  dari  baterai  ke arah  beban  adalah  0.3  Ampere.  Keadaan  ini terus  berlanjut  jika  beban  lampu  ditambah. Pada  saat  beban  lampu  hidup  sebanyak  10 buah, tegangan generator (V gen ) turun menjadi 10.8 Volt.

## SIMPULAN
1. Nilai  minimal  tegangan  generator  agar dapat mengisi baterai adalah 12.3 Volt, jika tegangan  generator  dibawah  nilai  tersebut
maka  baterai  tidak  lagi  terisi  dan  akan memasok daya ke beban.
2. Putaran  generator  minimal  agar  dapat mengisi  baterai  adalah  1630  rpm,  jika putaran  generator  dibawah  nilai  tersebut maka  baterai  tidak  lagi  terisi  dan  akan memasok daya ke beban.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan  terima  kasih  dipersembahkann kepada  LPPM  UMSB  dan  Pimpinan  UMSB. Penelitian  ini  terlaksana  atas  pendanaan melaluii  skema  hibah  internal  penelitian UMSB.

## DAFTAR PUSTAKA
Harrington,  S.,  &  Dunlop,  J.  (1992).  Battery Charge Controller Characteristics in Photovoltaic Systems. IEEE AES Magazine , (August).
Kenjo, T., & Nagamori, S. (1985). Permanent Magnet  and  Brusless  DC  Motor .  Oxford
University Press.
Park, S., Miwa, H., Clark, B. T., Ditzler, D. S. K.,  Malone,  G.,  &  Neil,  S.  D.  (2008).  A
Universal  Battery  Charging  Algorithm  for Ni-  Cd  ,  Ni-MH  ,  SLA  ,  and  Li-Ion  for Wide Range Voltage in Portable Applications. In 2008 IEEE Power Electronics  Specialists  Conference (pp. 4689–4694).
Priya,  R.  (2016).  Generalized  Mathematical Modeling  and  Analysis  of  a  PMDC Generator.
International Journal of Research and Discovery , 2 (June), 18–20.