## OTOMATISASI SISTEM PENGISIAN BATERAI PADA SISTEM TENAGA SURYA

## AUTOMATION OF THE BATTERY CHARGING SYSTEM IN THE SOLAR POWER SYSTEM
Yuli Prasetyo 1 , Budi Triyono 2 , R. Jasa Kusumo H. 3 , Aditya Pradana P. 2
1,2,3,4 Politeknik Negeri Madiun, Jl. Serayu No 84, Madiun, Jawa Timur, Indonesia.
E-mail: yuliprasetyo2224@pnm.ac.id

## ABSTRAK
Panel  surya  merupakan  alat  yang  dapat  menghasilkan  energi  listrik  dari  energi matahari.  Penggunaan  panel  surya  biasanya  berkaitan  dengan  penggunaan  baterai untuk  penyimpan  energi.  Waktu  pengisian  yang  singkat  diinginkan  dari  sistem bertenaga baterai. Namun, waktu pengisian yang singkat juga harus memperhatikan keandalan  sistem.  Dimana  waktu  pengisian  yang  singkat  tidak  menyebabkan kerusakan pada sistem kendali dan baterai. Baterai  memiliki peran penting sebagai sumber  suplai  tenaga  saat  matahari  tidak  cerah.  Dengan  meminimalisir  waktu pengisian  baterai,  baterai  dapat  dimanfaatkan  secara  maksimal  sebagai  penyimpan tenaga.  sehingga  didapat  waktu  pengisian  yang  minimum,  tetapi  dengan  daya penyimpanan  yang  maksimal.  Kontrol  pengisian  baterai  dengan  metode  pengisian cepat  dan  mematikan  secara  otomatis  pada  sistem  ini  dihadirkan  dalam  peneltian ini.  Kontroler  didasarkan  pada  skema  kontrol  muatan  arus  dan  tegangan  konstan (CCV).  Untuk  menjaga  agar  parameter  tetap  konstan,  prototipe  penelitian  ini menggunakan  pengontrol  DC-DC  tipe  buck  converter.  Hasil  eksperimen menunjukkan periode pengisian berkurang secara signifikan. Selain  itu, pengontrol yang diusulkan memiliki akurasi tinggi dan mengurangi pengisian daya baterai yang berlebihan.  Lampu  indikator  pada  sistem  pengisian  baterai  menyala  saat  proses pengisian dan lampu indikator padam saat proses pengisian baterai telah selesai atau baterai kondisi penuh.
Kata  Kunci:  Panel  Surya ,  Overcharging Baterai,  Buck  Converter,  Pengisian Baterai

## ABSTRACT
Solar panels are devices that can produce electrical energy from solar energy. The use of  solar  panels  is  usually  related  to  the  use  of  batteries  for  energy  storage.  Short charging  times  are  desirable  from  battery  powered  systems.  However,  the  short charging time should also pay attention to the reliability of the system. Where the short charging time does not cause damage to the control system and battery. Batteries have an important role as a source of power supply when the sun is not bright. By minimizing the battery charging time, the battery can be utilized optimally as a power store. so that the  minimum  charging  time  is  obtained,  but  with  maximum  storage  power.  Battery charge  control  with  fast  charging  method  on  and  off  automatically  in  this  system  is presented.  The  controller  is  based  on  a  constant  current  and  voltage  (CCV)  charge control  scheme.  To  keep  the  parameters  constant,  this  research  prototype  uses  a  buck converter type DC-DC controller. The experimental results show the charging period is significantly  reduced.  In  addition,  the  proposed  controller  has  high  accuracy  and reduces battery overcharging. The indicator light on the battery charging system lights up  during  the  charging  process  and  the  indicator  light  goes  out  when  the  battery charging process is complete or the battery is full.
Keywords: Solar Panel, Battery Overcharging, Buck Converter, Battery Charging

## PENDAHULUAN
Energi  matahari  merupakan  energi  yang terbarukan  yang  dapat  digunakan  oleh  semua orang. Indonesia yang terletak di negara dengan iklim  tropis  maka  akan  memiliki  energi matahari  yang  cukup  melimpah.  Penggunaan energi  matahari  ini  sangat  ramah  lingkungan dan tidak menimbulkan polusi. Energi matahari ini juga dapat dirubah menjadi energi listrik [1], [2]. Alat yang digunakan untuk merubah  energi matahari  menjadi  energi  listrik  adalah  panel surya.  Panel  surya  atau  Photovoltaic  (PV) adalah teknologi yang berfungsi untuk mengubah  atau  mengkonversi  radiasi  matahari menjadi  energi  listrik  secara  langsung.  Dalam sebuah  modul  panel  surya  terdiri  dari  beberapa sel surya  yang bisa disusun secara seri  maupun
paralel.  Tegangan  output  yang  dihasilkan  dari panel surya merupakan tegangan DC [3], [4].
Pada sistem panel surya untuk menghasilkan energi listrik diperlukan beberapa peralatan  atau  komponen.  Komponen  yang digunakan  dalam  sistem  panel  surya  berupa panel  surya,  baterai,  sistem  control,  beban  DC. Sistem panel surya ini juga dapat menghasilkan tegangan  output  AC.  Untuk  menghasilkan tegangan  output  AC,  maka  sistem  panel  surya memerlukan  inverter  yang  dapat  mengubah tegangan  DC  menjadi  tegangan  AC.  Sehingga sangat  dimungkinkan  untuk  membuat  suatu sistem  power  station  yang  berasal  dari  energi matahari.
Penggunaan panel surya biasanya berkaitan  dengan  penggunaan  baterai  untuk penyimpan  energi.  Waktu  pengisian  yang singkat  diinginkan  dari  sistem  bertenaga baterai.  Namun,  waktu  pengisian  yang  singkat juga  harus  memperhatikan  keandalan  sistem [5],  [6].  Dimana  waktu  pengisian  yang  singkat tidak  menyebabkan  kerusakan  pada  sistem kendali  dan  baterai.  Baterai  memiliki  peran penting  sebagai  sumber  suplai  tenaga  saat matahari  tidak  cerah.  Dengan  meminimalisir waktu pengisian baterai, baterai dapat dimanfaatkan secara maksimal sebagai penyimpan  tenaga  [7],  [8].  sehingga  didapat waktu  pengisian  yang  minimum,  tetapi  dengan daya  penyimpanan  yang  maksimal  [9].  Oleh karena  itu  penelitian  ini  memiliki  fokus  pada otomatisasi  sistem  pengisian  baterai  sehingga dapat menambah umur baterai dan meminimalkan terjadinya overcharging.

## METODE PENELITIAN
1. Panel Surya
Panel  surya  adalah  alat  yang  dapat mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik.  Panel  surya  atau  Photovoltaic  (PV) adalah  teknologi  yang  berfungsi  untuk mengubah atau mengkonversi radiasi matahari menjadi energi listrik secara langsung.  Dalam  sebuah  modul  panel  surya terdiri  dari  beberapa  sel  surya  yang  bisa disusun  secara  seri  maupun  paralel.  Contoh alat panel surya sesuai dengan gambar 1.
Gambar 1. Panel Surya

## 2. Buck Converter
Buck  converter  merupakan  konverter penurun  tegangan  khusus  yang  menerapkan sistem  SMPS  (Switching  Mode  Power Supply). Buck converter dapat memanfaatkan sifat  induktor  terhadap  guncangan  listrik berfrekuensi  tinggi  dan  bekerja  dengan adanya denyut tegangan (sebagaimana layaknya  SMPS).  Sebuah  rangkaian  buck converter di dalamnya selalu terdapat generator  sinyal,  transistor  penguat,  dioda, kondensator dan  induktor seperti ditunjukkan pada gambar 2.
Gambar 2. Buck Converter

## 3. Voltage Regulator
Voltage Regulator atau Pengatur Tegangan  merupakan  salah  satu  rangkaian yang  sering  dipakai  di  peralatan  Elektronika. Fungsi  Voltage  Regulator  adalah  untuk mempertahankan  atau  memastikan  Tegangan
pada  level  tertentu  secara  otomatis.  Artinya,
Tegangan  Output  (Keluaran)  DC  pada Voltage  Regulator  tidak  dipengaruhi  oleh perubahan  tegangan  input  (masukan),  Beban pada  output  dan  juga  suhu.  Tegangan  stabil yang  bebas  dari  segala  gangguan  seperti noise  ataupun  fluktuasi  (naik  turun)  sangat dibutuhkan  untuk  mengoperasikan  peralatan elektronika.  Gambar  3  menunjukkan  bentuk dari alat voltage regulator.

## Gambar 3. Voltage Regulator

## 4. Skema Penelitian
Skema  penelitian  dibuat  bertujuan untuk memudahkan pembaca mengenai proses  dari  kerja  sebuah  alat  penelitian  ini. Pada  gambar  4  dijelaskan  bahwa  sumber tegangan  dari  panel  surya  dan  baterai. Sedangkan  untuk  output  berupa  beban  DC dan  beban  AC.  Beban  DC  seperti  lampu LED,  kipas  DC  dll.  Beban  AC  dapat  berupa kipas angin, TV, Laptop dll.
Gambar 4. Skema Penelitian

## HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Tahap hasil dan pembahasan dilakukan  beberapa  pengujian  pada  sistem untuk memperoleh data.

## 1) Hasil Pengujian Panel Surya
Pada  proses  pengujian  panel  surya dilakukan  untuk  mengetahui  nilai  tegangan output  pada  panel  surya.  Panel  surya  yang digunakan memiliki spesifikasi  yaitu 100WP. Tegangan  output  ini  yang  akan  digunakan sebagai  input  sistem  pengisian  baterai  pada sistem  panel  surya.  Pengujian  tegangan output  panel  surya  seperti  pada  gambar  5. Pengujian  panel  surya  dilakukan  dari  jam  9 pagi  sampai  jam  14  siang.  Hasil  pengujian panel  surya  seperti  pada  tabel  1.  Tegangan output  yang  dihasilkan  panel  surya  memiliki tegangan  DC  dan  sangat  bervariasi.  Faktor cuaca  atau  kondisi  cuaca  yang  tidak  cerah menyebabkan  tegangan  output  panel  surya menjadi lebih kecil. Kondisi panel surya yang tertutup sesuatu benda juga dapat menyebabkan tegangan output menjadi berkurang.
Tabel 1. Hasil Pengujian Panel Surya
No Time Output Voltage (V) 1 09.00 13.5 2 09.30 13.5 3 10.00 13.0 4 10.30 14.0 5 11.00 14.4 6 11.30 14.4 7 12.00 14.8 8 12.30 14.8 9 13.00 14.5 10 13.30 14.5 11 14.00 13.2

## 2) Hasil Pengujian Sistem Control
Proses  pengujian  selanjutnya  adalah pengujian  sistem  control  buck  converter. Pengujian  ini  dilakukan  untuk  melihat tegangan output pada buck converter.
Gambar  6  menunjukkan  gambar  rangkaian buck  converter.  Hasil  tegangan  output  dari buck converter dapat terlihat pada gambar 7.
Gambar 6. Rangkaian Buck Converter
Gambar 7. Hasil Tegangan Output Buck Converter
Hasil  pengujian  tegangan  output  buck converter  menunjukkan  bahwa  tegangan output  buck  converter  dapat  tetap  konstan sesuai  dengan  tegangan  yang  diinginkan. Perubahan pada tegangan input buck converter  tidak  mempengaruhi  tegangan output pada buck converter. Hal ini menunjukkan  bahwa  jika  terjadi  perubahan pada  tegangan  output  panel  surya  maka tegangan  output  buck  converter  akan  tetap konstan.

## 3) Hasil Pengujian Sistem Charging
Hasil  pengujian  berikutnya  dari  sistem pengisian  baterai  atau  sistem  charging  baterai. Baterai  yang  digunakan  memiliki  kapasitas tegangan sebesar 12Vdc. Gambar 8 menunjukkan  sistem  charging  baterai  saat terjadi  pengisian  baterai.  Saat  terjadi  proses pengisian  baterai  maka  lampu  indikator  pada sistem  charging  akan  menyala.  Sedangkan  jika baterai  dalam  kondisi  penuh  atau  tidak  dalam kondisi  pengisian  baterai  maka  lampu  indicator pada  sistem  charging  akan  padam.  Hal  ini menunjukkan  sistem  charging  dapat  dengan otomatis  melakukan  pengisian  dan  pemutusan pengisian baterai. Sehingga kondisi baterai tidak akan  mengalami  overcharging  atau  kelebihan tegangan  pengisian  yang  dilakukan  terus menerus.  Gambar  9  menunjukan  kondisi  saat sistem  charging  dapat  memutus  pengisian baterai.  Data  hasil  pengujian  sistem  charging dapat dilihat pada tabel 2. Tegangan pada proses
pengisian baterai akan lebih tinggi dibandingkan dengan  tegangan  nominal  pada  baterai.  Jika tegangan  sistem  charging  sudah  sesuai  dengan tegangan  nominal  baterai  maka  tidak  akan  ada arus pengisian baterai yang mengalir dan berarti baterai  dalam  kondisi  penuh.  Hasil  penelitian menunjukkan  periode  pengisian  berkurang secara  signifikan.  Selain  itu,  pengontrol  yang diusulkan  dapat  mengurangi  pengisian  daya baterai yang berlebihan.
Gambar 8. Tegangan Sistem Charging Saat Pengisian
Baterai
Gambar 9. Tegangan Sistem Charging Saat Baterai Kondisi Penuh
Tabel 2. Hasil Pengujian Sistem Charging
Tegangan Charging (V) Tegangan Alat Ukur (V) Kondisi Lampu Indikator 13.1 13.00 On 13.1 13.00 On 13.0 12.96 On 12.9 12.87 On 12.9 12.81 On 12.8 12.77 On 12.8 12.70 On 11.9 12.00 Off

## KESIMPULAN
Penelitian  ini  telah  berhasil  membuat rancang bangun sistem pengisian baterai otomatis dari  sumber  panel  surya.  Teknik  yang  diusulkan dapat  mengontrol  tegangan  yang  diterapkan  pada konverter  DC  -  DC.  Hal  tersebut  dapat  dilihat dari  hasil  percobaan  saat  lampu  indikator  sistem pengisian  padam  dan  proses  charging  akan otomatis  berhenti  ketika  tegangan  baterai  telah tercapai yaitu 12 Vdc. Jika lampu indicator masih menyala  maka  proses  pengisian  akan  terus berlanjut  hingga didapatkan nilai tegangan sesuai set point yaitu 12 Vdc.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Y. Prasetyo, B. Triyono, and H. Kusbandono, “Dual Axis Solar Tracker Using Astronomic Method Based  Smart  Relay,”  JAREE  J.  Adv.  Res.  Electr.  Eng.,  vol.  5,  no.  1,  Apr.  2021,  doi: 10.12962/jaree.v5i1.156.
[2] B.  Triyono,  Y.  Prasetyo,  and  H.  Kusbandono,  “Optimasi  Output  Dual  Axis  Solar  Tracker Menggunakan Metode  Astronomi  Berbasis Smart Relay,” Transmisi, vol. 23, no. 1, pp. 1–4, Jan. 2021, doi: 10.14710/transmisi.23.1.1-4.
[3] Y. Prasetyo, B. Triyono, H. Kusbandono, and A. T. A. Salim, “Optimization of Solar Panel Output Using Smart Relay,” vol. 5, no. 4, p. 3.
[4] Y.  Prasetyo,  B.  Triyono,  and  A.  C.  Arifin,  “Optimalisasi  Daya  Output  Dual  Axis  Solar  Tracker Dengan Metode Umbrella System,” vol. 02, no. 02, p. 8, 2019.
[5] S.  Triwijaya,  N.  Sugiantoro,  Y.  Prasetyo,  Firdaus,  R.  S.  Wibowo,  and  O.  Penangsang,  “Security Constrained  Optimal  Power  Flow  Considering  Dynamic  Line  Rating,”  in  2018  10th  International Conference on Information Technology and Electrical Engineering (ICITEE), Kuta, Jul. 2018, pp. 46–51. doi: 10.1109/ICITEED.2018.8534755.
[6] S.  Triwijaya  and  Y.  Prasetyo,  “Pengaturan  Batas  Keamanan  Sistem  Aliran  Daya  Optimal  Dc Menggunakan Metode Quadratic,” vol. 03, no. 012, p. 7, 2020.
[7] B. Triyono  and  Y.  Prasetyo,  “Multi  Input  Energi  Terbarukan  Pada Sistem  Dc  Bus  Menggunakan Buck Boost Converter,” vol. 02, no. 01, p. 8, 2019.
[8] Y.  Prasetyo,  B.  Triyono,  and  H.  Kusbandono,  “Penerapan  Smart  Relay  Untuk  Penentuan  Posisi Sudut  Panel  Surya  Dengan  Metode  Astronomi,”  JEECAE  J.  Electr.  Electron.  Control  Automot. Eng., vol. 5, no. 2, pp. 39–41, Nov. 2020, doi: 10.32486/jeecae.v5i2.624.
[9] Y. Prasetyo, B. Triyono, H. N. K. Ningrum, R. J. K. Haryo, N. A. H., and W. Muchsin, “Penerapan Automatic Transfer Switch Pada Sistem Irigasi Di Desa Rejosari Kabupaten Madiun,” JATI EMAS J. Apl. Tek. Dan Pengabdi. Masy., vol. 4, no. 2, p. 99, Nov. 2020, doi: 10.36339/je.v4i2.313.